对电缆隧道智能化管理的探究

朱 锋,李国成,张卫东,高 盛

(淄博供电公司,255000)

0 引言

电缆隧道的使用，无疑是解决城市人口密集、土地资源稀缺和电网持续增长矛盾的重要途径。在现阶段，电网隧道网络化已经成为现代社会城市型电网发展的主要方向。为了确保电缆隧道运行和管理的安全性和有效性，就必须引入智能化管理系统，对隧道内电缆的运行状态、运行环境以及各种辅助设备的功能进行实时监控。目前，国内多数供电公司都已经采用了电缆隧道智能化管理系统。其中北京电力供应局自2005 年以来逐步实现了电缆一体化监控系统，主要包括：电缆温度在线监测系统、电缆接地环流在线监测系统以及防火防盗系统等。

1 电缆隧道智能化管理系统的特点

电缆隧道智能化管理系统是确保电力安全输送的重要保证，通过日常监测和维护能够有效的降低故障的发生率以及提高电缆的使用寿命。以分布式混合网络结构构成的电缆隧道智能化管理系统可以有效地实现对隧道内电缆运行状态、隧道环境、辅助设备工作状态以及特殊事件监测和预警等功能。通过对电缆隧道运行环境的监测，可以掌握电缆隧道情况，对出现的异常情况及时做出处理。主要涉及到的监测内容包括环境温度：监测特定位置的环境温度，如附近的环境温度，有利于温度异常升高的判断；环境湿度：是重要的环境评价指标；离子感烟器：是消防报警的补充手段；水位监测及水泵运行控制：监测隧道集水井水位，自动或手动开关水泵。风机运行情况监控：通过位于办公室的电脑，远程监控风机运行，大大提高运行质量，可以在火灾时关闭风机，防止火灾快速蔓延；入口侵入红外报警：在报警解除前，一旦有人进入电缆隧道，立即给予警示。

2 电缆隧道智能化管理系统的设计

2.1 系统架构

电缆隧道智能化管理系统采用分层设计原则，其结构主要分物理层（Physical Layer）、数据链路层（Data Link Layer）、网络层（Network Layer）、传送层（Transport Layer）、会话层（Session Layer）、表示层（Presentation Layer）以及应用层（Application Layer）七个层次，其中物理层和数据链路层属于底层协议，网络层、传送层、会话层、表示层以及应用层属于上层协议。

电缆隧道智能化管理系统的物理层提供了机械、电气、功能性和规程性功能，以便在数据链路实体之间建立、维护和拆除物理连接。给现场总线的物理层进一步规定了通信信号的大小和波形，其形式可以分为基带和宽带两种。此外，物理层还定义了所有导线媒体的类型、导线的传送速度、长度和响应时间以及现场装置联接的数量。

数据链路层主要包括媒体送取控制子层和逻辑链路控制子层两大部分，其中媒体送取控制子层主要实现了对共享总线媒体的传输管理以及检测传输线路的工作状态，而逻辑链路控制子层的作用主要是信号的接收以及对信号传输差错的检测。

应用层直接为用户服务，提供适用于应用、应用管理和系统管理的分布式信息服务。现场总线应用层主要包括应用进程、应用进程对象、应用实体和应用服务元素。主要提供通信功能、特殊功能以及管理功能。

现场总线用户层主要具有标准功能和装置描述功能。标准功能模块的应用是实现过程自动化的控制策略。装置描述功能也可以看作是装置的驱动，该功能主要包括现场装置所有必须的参数描述和操作步骤，同时也包括装置通信所需要的与主站无关的信息，可以使现场装置实现真正的互动。

2.2 系统功能

本文对电缆隧道智能化管理系统的功能特点主要从系统管理、分布式电缆监测、前置机系统以及系统通信接口四个方面进行分析：

首先，电缆隧道智能化管理系统的管理功能不仅涉及物理对象（节点、网络、CPU、磁盘、打印机）的管理，而且还可以对各种逻辑对象（应用节点、应用、数据库、进程等）进行管理，通过列表、图形等显示各个物理对象以及逻辑对象的运行状态，一旦出现异常情况，及时告警并记录下来。

其次，电缆隧道智能化管理系统使用分布式系统的设计理念，分布式系统(Distributed Software Systems)是支持分布式处理的软件系统,是在由通信网络互联的多处理机体系结构上执行任务的系统。该系统建立在网络之上，每一个数据库的分节点相互独立，有本地的数据库管理系统，形成高度自治，而且每一个数据库的分布节点对用户的应用都是透明的，用户无需知道各节点的关系，能够方便的从调度系统中获取一次系统运行数据并进行分析。分布式系统结构如下图-1 所示：

再次，电缆隧道智能化管理系统的前置系统采用组件化的方式建立，可以通过插件进行通讯硬件扩展，支持网络通讯，支持多种不同厂家的通讯设备。前置机系统还支持3 个以上的通讯节点同时并行工作，数据互相冗余备用，任意两个故障不影响整个系统的运行，支持均衡负载的通讯调度策略，通过扩充可以提供足够的系统容量。电缆隧道智能化管理系统的通信接口能定义对数据库中的任何数据转发，并可定义不同数据的转发周期，选择转发的通讯规约等；同时可以定义接受到的数据放入数据库任何位置。具有与其他电缆隧道集控系统通讯的能力以及与其它调度自动化系统的互联能力。

此外，电缆隧道智能化管理系统的支撑平台可以构建在各类广为接受的计算机标准和应用接口基础上。它可以移植和分布到各种硬件体系结构上，具有完整的功能模块系列。构建在电缆隧道智能化管理系统支撑平台基础之上的各个应用功能即可以将所有功能有机地集成为一个整体，又可以分开实现，单独使用。可以很容易与电力公司其它应用系统集成，以保护用户已有的投资，并且将电力企业内部的信息和功能冗余降低到最小。

图-1 分布式系统结构图

3 结论

综上所述，我国人口高度密集、土地资源相对稀缺，城市发展过程中电网的增长持续增高，这就给电网输送提出了较高的要求，必须采用高电压、大容量的输变电设备以提高电力通道资源的利用率。因此，本文主要分析了电缆隧道智能化管理系统，通过该项技术可以综合各种电缆在线监测方法的特点进行综合分析与诊断。开展基于城市电缆网运行温度、局部放电、接地电流、直流分量等多种运行状态的在线监测技术研究，研究分析多状态监测数据与电缆网实际运行状况的对应关系，进而为开展城市电缆隧道的状态检修工作奠定基础。

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