电缆隧道集中监控系统的应用

吴让新 张 苏 段尚琪

(云南电网公司昆明供电局，云南 昆明 650011)

1 前言

昆明地区共有220kV电缆线路4回19.46 km，110kV电缆线路46回105.8 km，35kV线路17回14.3 km，负责城区各变电站之间的电源联络;电缆隧道34km，61%的高压电缆敷设在电缆隧道内。随着城市快速发展，电力基础设施投入逐年增加，电缆及电缆隧道的长度在不断增加，其传统运行模式面临着越来越大的压力。

1)电缆等附属设施被盗严重，严重影响电缆安全运行。

2)其他施工单位私自对隧道开孔，对运行电缆也带来安全隐患。

3)电力负荷急剧增加导致电缆过载、过热，隧道内积水、产生有害气体等会影响到电缆安全运行。

4)电缆管理、控制手段薄弱，无法实时了解电缆隧道内电缆及附属设施的运行情况。

目前国内参数采集终端设备的精确性已经能如实反映电缆及环境运行状态。

2009年12月，昆明供电局在南北隧道、西坝隧道、南三环、海硬隧道共17km建成电缆及隧道在线监控系统，采用科技手段解决周期巡视中存在的问题，有效提高了电缆运行环境的安全性。

2 系统介绍

电缆隧道集中监控系统由中心控制层 (输电分局监控室)、区域监控层 (分控主机，设在电缆隧道附近变电站内)及监控终端层 (各监控终端，设在各电缆隧道内)三层结构组成。

2.1 中心控制层

中心控制层是整个电缆隧道集中监控系统的上层核心部分，以REAL－TIME电力监控系统为基础，通过模块化扩展，可构建多个应用子系统和并实现多种监控功能实时远程监测电缆运行参数及电缆隧道内环境变化，实现各监控子系统(含防盗电子井盖、高压电缆线路运行电流、护层电流、瞬间故障电流、电缆接头温度、电缆本体温度、隧道综合环境、隧道应急通信、隧道智能视频监控子系统等)之间的联动功能。

2.2 区域监控层

2.2.1 分控主机

分控主机安装在变电站内，是介于中心控制层和隧道监控终端设备之间，通过通信电缆与隧道内的各类采集器连接，每个分控主机可带48个回路，每个回路最远可达10km。同时分控主机还负责对前端采集器进行远程供电、控制和自动监测，从而实现实时监控。

各变电站的区域分控主机通过已经建成的自动化通信系统，使用TCP/IP实现与电缆集中监控中心的连接，形成覆盖整个监控网的监控系统，网络与外界隔离，没有黑客攻击和病毒感染的危险。

2.2.2 系统供电和数据传输

采集终端设备一般安装在电力隧道或者管沟内，距离变电站达十几公里远，各种现场采集单元分布十分分散，如用普通的低压交流供电方式，长距离供电会使供电质量下降，影响系统的可靠性。且部分管沟段甚至没有低压电源，无法实现对现场设备的供电。

鉴于这一情况，在电缆隧道集中监控系统中采用一种远程供电和通讯共缆传输技术。采用低压远程供电 (10km以上)和载波通讯通过一对双绞线传输;一对双绞线可挂接多个监控终端，通过主机配置通讯和终端供电的时间比来保证系统的稳定性。

针对信号传输中带来的谐波、传导、辐射、串扰等干扰问题，采取端口输出设有共、差模滤波器的方式来消除能量反射，驻波。同时采用脉冲分时复用技术和独特的脉宽检波算法，有效滤除高压电缆运行过程中产生的各种电磁干扰，以保证通讯良好，从而很好地适应电力隧道、沟道内的复杂电磁干扰环境。

分布在电力隧道内的现场采集单元采用低功耗设计，对于充电、发送、接收、控制等各功能电路实行控制分时上电，待机时关断的电源管理方法，有效地降低了系统功耗。

2.3 监控终端层

监控终端层含电缆隧道集中监控系统最基础的控制终端、采集终端及通信链路，实现对风机、水泵、井盖等的开闭管理和对电缆运行、隧道环境等参数的采集。

3 监控子系统介绍

3.1 井盖集中监控子系统

对隧道检查井、防盗门加装电子锁以及控制器，具有应急钥匙 (工具)开启、状态 (开启或关闭)监测、电控开启、非法进入报警及自锁闭功能。可以及时、有效的制止电力隧道偷盗事件发生，规范电力隧道内电缆通道的资源管理，防止各种线路的私拉乱放，保证隧道电缆的安全稳定运行。

电控人井内盖由人井专用电子锁+定制专用内井盖+智能控制模块组成。智能控制模块通过通信线与监控主机通信，实现对井盖的监控，可实现井盖全集中管理，在授权登记下由监控管理中心远程统一开启，开启事由记录可查，安全性强，杜绝管理漏洞。

多种组网方式 (PSTN/TCP IP/DCN)适应不同需要，告警方式灵活可选，可实现PDA，短信通知，语音通知等多种告警模式。在紧急情况下，可以用应急钥匙现场开启井盖，保证紧急抢修的需要，应急钥匙采用定制磁性密码钥匙，具备40万种密码组合，普通用户无法复制，安全性高。

井盖安装位置进行GPS数据采集，并在电缆走向图上显示，形成非法开启地图告警提醒功能，视觉直观显示告警位置，及时有效制止偷盗事件。

3.2 电缆参数监测子系统

对电力电缆运行过程中的重要参数进行在线实时监测，参数包括:护层接地电流、电缆接头温度、电缆接头局部放电、瞬间放电等参数和信号，通过在电缆本体及接头位置安装采集器，实时监测电缆运行状态，防止电缆长期过载发热降低电缆绝缘性能，局部放电信号的测量可以反映多种局部绝缘劣化的发展状况，可作为一个重要指标来检测一些危及电缆整体绝缘的有害缺陷，有效实时掌握电缆运行情况，电缆采集终端安装位置如图1。

图1 传感器安装位置图

3.3 隧道智能视频监控子系统

智能视频监控子系统将采集到的视频信号首先送到光端机，利用通信光纤光端机把视频信号传输到变电站视频编码器，再把模拟信号转化成为可以达到DVD画质的D1格式数字信号，完成本地存储的同时，把视频信号通过网络传输到监控中心，显示在监控中心的电脑屏幕上。

视频监控系统除了具备数字化视频监控系统自身的视频采集、存储、报警、联动等基本功能外，还具备图像分析处理能力，将这种智能化的视频监控系统在电力隧道的出入口和重点部位上进行配置，利用系统的周界警戒和图像处理软件，可以及时发现跨越用户预设的、无形警戒边界的目标，在图像上发出报警信号并自动记录到存储设备。它吸取了“人盯画面”和传感器报警的综合优点，对可疑目标的智能报警和自动记录。

3.4 隧道环境综合监控子系统

对电力隧道内的有害气体、空气含氧量、水位等环境参量进行监测，并根据监测结果联动控制隧道内相应的风机、水泵等前端设备，为电缆的良好运行环境及维护工作人员安全提供全面保障。

3.4.1 有害气体传感器

隧道内的有害气体主要是一氧化碳、甲烷和硫化氢，有害气体传感器的测量精度要求较高，对人体有害的微量存在时就需要探测出并报警。传感器的变送器为PPM级微功耗有毒气体变送器系列产品之一，可检测0～500×10－6一氧化碳、甲烷、硫化氢气体浓度，结果显示于LCD液晶窗口，同时输出对应的 (0～1)V信号，当被测气体浓度达到报警点时，显示器给出报警提示。并联动相应隧道区段内风机动作。

3.4.2 空气含氧量传感器

空气含氧量传感器通过探测隧道空气内的氧气浓度，当浓度下降到危险区间时自动报警，联动隧道内通风设施开启或告知人员疏散，避免事故发生。

3.4.3 水位传感器

在电缆隧道内集水井及水位低点处安装水位传感器，避免由于水泵损坏或水位上涨危急电力设备级辅助设施安全。

3.5 隧道有线应急指挥通信子系统

通过在电缆隧道内每隔200米、水泵、风机、电缆中间接头位置处设置呼叫对讲终端及便携电话插头盒，实现电缆隧道内工作人员能够使用应急通信终端与监控室人工坐席 (值班人员)语音通话;电缆隧道内人员使用不同应急通信终端，可以相互呼叫并语音通话功能。

3.6 分布式测温集中监控系统

通过在隧道内沿线敷设分布式测温光纤对电缆隧道运行环境温度进行实时在线监控，当隧道温度超过设置的告警值时系统将告警，并在电缆通道走向上闪烁提醒运行人员温度超限位置，为异常核实及抢修提供有效信息。

4 系统功能

4.1 参数实时监测

系统运用自身资源接收和处理采集单元传送的监测数据，通过监控软件实时显示各个监测点的数据和曲线，也可以定义系统参数，并对各监测点设定报警参数，并保存至数据库，供用户浏览使用。

在监控中心可实现对高压电缆接头温度、电缆接头护层接地电流、瞬间故障电流信号、局放信号等参数监测、实现超限锁定及报警等功能。

4.1.1 参数历史记录和趋势记录

系统内所有监控点的历史参数都自动保存在服务器内。用户可以随时调看历史记录供分析研究。

4.1.2 链路检测功能

系统随时对下位机及线路中的设备进行巡检，自动诊断链路状态，出现故障立即发出报警信号，保障监控中心与现场设备处于正常通信状态。

4.2 报警管理

报警管理包括监察、缓冲、储存并将报警信号送至指定的操作站上，显示所有报警监控点的有关详细资料，包括发生的时间及日期。根据报警分级，更有效地及时处理严重报警。报警发生后根据用户的事前安排，自动导向至指定的操作站上，若原来的操作站发生故障，报警自动导向至其它指定的后备装置上。在严重性级别最高的报警或特定的报警发生后，这些报警可以通过电话系统自动传到其它地方，使报警得到适当及时的处理。整个传送程序是自动进行的，不需操作员的介入。

5 结束语

1)目前电力电缆及隧道的运行管理还处于计划检修阶段，一般采用定期巡视的方法对电缆的运行状况进行检查。从经济和技术角度来说，计划检修都有很大的局限性:例如定期试验和检修造成了很大的直接和间接经济浪费，许多绝缘缺陷和潜在的故障无法及时发现，通过在线监测系统可及时了解电缆运行状态，为线路检修提供有力数据。

2)有效防止电缆隧道偷盗事件的发生，实现设备运行状态的实时监测，获得精确环境参数。

3)电缆隧道集中监控系统的建设使电缆及隧道的多种状态一目了然，提高了电缆网在线监测的整体水平，为供电增加了保障系数，也为电缆网的建设和发展进行了有益尝试。

4)电缆隧道集中监控系统的建设使电缆及隧道形成一体化的电缆网监控平台，实现“自动化监控、智能化管理”，将传统粗放的电缆运行管理模式转变为“专业化、精细化、规范化”的新模式。

［1］周全仁，张海主编.现代电网自动控制系统及其应用 ［M］.北京:中国电力出版社，2004.

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［4］孙圣和，王延云，徐影.光纤测量与传感技术 ［M］.哈尔滨工业大学出版社2000:1～10.

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