在线监测系统解决方案
电缆隧道综合监控系统

方案背景

随着城市建设的不断发展,相应的城市供电设施也随之迅猛发展,电缆作为输送电力的载体在城市下方逐渐形成了一个规模庞大的供电网络,由于电缆分布众多,如何提高电缆运行效率和保障电缆运行安全,是当前电力部门所要面临的问题。因此,对输电电缆的运行状态实现实时在线监测,对保障供电以及电力安全生产有着重要的意义。就输电电缆运行条件而言,运行于隧道环境中的输电电缆通过敷设方式的优化、环境因素的改善,电缆实际载流量和运行寿命将得到提高;就输电电缆本体而言,隧道的建立使得实现对输电电缆的绝缘状况、电缆的运行温度特别是电缆接头的温度变化等关系到电缆运行安全的实时运行状态监视成为可能;就隧道应急事件处理而言,在电缆事故和异常灾害发生时,可以及时通过隧道内各类辅助设施和预警及应急手段以有效控制事件影响范围,确保电网安全稳定、保证人身安全、减少经济损失。上述所有影响电力电缆正常运行的因素和保证电缆状态的措施就是电缆隧道运行和环境监控的基本内容。

系统整体架构

电缆状态监测系统:

采用先进的分布式光纤测温技术对电缆表面温度进行在线监测,通过在电缆表面敷设一根测温光缆实现电缆温度的监测,并通过先进的载流量分析软件对电缆缆芯温度及运行电流进行实时监测,可计算短时许用电流等。

对于电缆接头等处需要进行接地处理,通常情况下,接地电流都比较小,但是当电缆发生故障时,接地漏电电流就会增大。因此需要对接地电流进行监测,以便能够在电缆故障发生时进行及时的处理。此外,对于电缆本体局部放电信号的监测也是电缆故障在线监测的一个重要内容。

电缆隧道环境监控:

在隧道内设置有毒气体探测器、水位探测器、温湿度传感器等对隧道内环境进行综合监控。另外,可根据采集的数据联动隧道内水泵、风机、照明等的开闭,达到对隧道环境的有效监控,保证电缆隧道处在安全的运行环境中。

电缆隧道安防监测

为加强电缆不受外界偷盗,系统在每个井盖处应用智能电子井盖探测器,可对井盖开启状态进行实时监测及远程开启;

另外,在电缆隧道内安装若干摄像头,保证电缆隧道内各个位置的状况都能被监视。在每个防火分区安装一台红外检测器,对隧道内施工人员进行定位。

为达到对电缆隧道出入口进行权限设置,有效防止未经许可人员进入隧道。系统设置门禁监控系统,可以对进出隧道情况做全时记录及授权管理。

设立电缆隧道应急通信子系统,在电缆隧道内安装带有广播功能的高性能电话机,工作人员可在控制室内与现场施工人员喊话、通话、应急指挥等功能。

总的来说,本系统分为以下几个子系统:分布式光纤测温子系统、动态载流量监测子系统、护层电流监测子系统、局部放电监测子系统、隧道环境监测子系统、井盖监测子系统、视频监控子系统、门禁监控子系统、应急通信及人员定位子系统,在变电站控制室内设置电缆线路安全监控系统,对各个子系统进行集成,通过建立一个综合监控平台,对电缆线路情况及电缆运行状况进行综合监控和集中管理。


系统配置原则

1.电缆隧道综合监控平台:
包含通信主站处理系统、数据库服务器、客户端等;
2.分布式光纤测温子系统:
·测温主机:根据项目使用实际光缆量确定采用的测温主机的通道数和测量长度;
·测温光缆:根据电缆回路数、长度等信息确定测温光缆总量;
3.动态载流量监测子系统:在每回电缆本体上安装一套线路电流采集装置; 
4.护层电流监测子系统:在每个电缆接头处的接地线上及电缆终端接地线上安装一套护层电流采集装置;
5.局部放电监测子系统:在每个电缆接头处的接地线上及电缆终端接地线上安装一套局放采集装置;
6.环境监测子系统:
·感温光缆:敷设在电缆隧道顶部,接入电缆光纤测温主机的剩余通道,有毒气体传感器:在电缆隧道内每隔200米处布置一套气体传感器,用于检测隧道内的气体浓度的监测。
·有毒气体浓度、可燃气体浓度及空气含氧量;系统可联动风机进行排风作业;
·温湿度传感器:在电缆隧道内每隔200米处布置一个温湿度传感器,用于检测隧道内的温
·水位传感器:每个集水井内布置一套水位传感器;本工程暂按每隔200米一个集水井设计。
·水泵控制:每个水泵处布置一套水泵控制单元;本工程暂按每隔200米一套水泵设计。 
·风机监测单元:每个通风井处布置一套风机监测单元;本工程暂按每隔200米一个风机设计。
·防火门开闭监测:每个防火门处布置一套防火门开闭监测单元;本工程暂按每隔200米一个防火门设计。
·照明控制:在每个照明控制箱安装一套照明控制单元。本工程暂按每隔200米一个照明控制箱设计。
7.井盖监测子系统:每个井盖处设置一个智能电子井盖;本工程预估有3个工作井。
8.视频监测子系统:为保证电缆隧道全长处在视频摄像机的监控范围内,没有任何盲区,在电缆隧道内每隔100米设置一台摄像机,此外,在每个电缆隧道拐点处也要安装一台摄像机,在隧道出入口及隧道拐弯处安装球机,在隧道直线范围内安装红外枪型机;
9.门禁监控子系统:在隧道内出入口处设置门禁监控系统;本工程暂按2个出入口设计。
10.隧道人员定位子系统:在隧道内每100米安装1套人员定位装置,即每个防火分区设置两套人员定位装置,用于检测隧道内人员活动位置信息。 
11.应急通信子系统:在电缆隧道内每隔200米设置一个防火分区,每个防火分区内设置一台应急通信电话机和扩音器,用于隧道控制室与隧道内施工人员的应急通信。通信系统:主要用于连接现场除测温系统、视频系统以外信号;在电缆隧道内每200米设置一个通信子站,在通信子站处设有配电箱;通信子站与主站之间通过光纤环网方式进行连接。


主要功能

电缆监控系统是整个电缆运行管理的指挥、调度中心,其主要功能将涉及对电缆沟(隧道)内运行的电力电缆本体的实时状态监测、电缆隧道环境以及特殊事件的预警等三个层次。首先系统应能完成对电缆沟(隧道)内主要电缆负载水平、总体绝缘状况、电缆本体固有缺陷以及其他可以表征电缆实际运行状态的信息的采集,在此基础上通过综合计算和深入分析以实现对电力电缆这一电缆沟(隧道)内主要电气运行设备实际工况和环境的实时监测和掌控,确保电缆的安全和性能的可靠,使之正常高效运行并满足电网要求;其次,系统通过对电缆隧道内各类环境信息(环境温度、水位、空气成份等)的监视以控制和提高整个输电线路监测系统运行环境的可靠性;再次,能对灾害、电缆损伤及电网事故等事件进行尽量准确的预警。
电缆综合监控系统对电缆及电缆沟(隧道)监控的实现,并不是简单地对应各类功能需求设置相关的辅助设备并分别完成相应的监视和控制功能,而应在构建完善的计算机综合监控系统的前提下以网络化、集成化和数字化的方式将电缆沟内所有相互独立的电缆负荷及绝缘实时监测,在信息充分共享的基础上实现高度智能和系统的联动,使之形成一个综合性的监控系统。
根据现有电缆沟(隧道)运行经验并结合电网不断发展对电缆沟(隧道)运行的要求,电缆沟(隧道)监控系统具体应具备下列监控功能:
1.对电力电缆运行状况的实时监测;
2.对电力电缆绝缘水平的实时监测;
3.对电缆隧道运行环境(环境温度、水位等)的实时监测;
4.电缆隧道安防监测;
5.控制室与隧道内应急通信功能;
6.智能化的综合处理能力和人性化的人机界面(事件报警、定位、信息的多媒体显示、应急预案等);
上述具体监控功能中,对电力电缆运行状况(载流量、绝缘水平及各类缺陷)的实时监测是现行电缆及电缆沟(隧道)运行管理的薄弱点,应作为电缆沟(隧道)监控主要突破方向;对电缆隧道运行环境的监视应向信息采集整体化、场景显示多维化发展,以完全替代传统的人工巡视方式;人性化的人机交互和必要的智能控制决策手段(包括事件报警及定位、信息的多媒体显示、高级应用软件等)是提高电缆运行管理效率,减轻运行管理人员的劳动强度的有效手段。


系统特点

1.综合性强,应用多种传感器技术,全方位综合监测高压电力电缆及隧道运行状态。
2.性能先进,采用先进的分布式光纤测温技术来实时监测电缆缆表温度,并结合动态载流量技术以计算出电缆缆芯温度、短时安全许用电流、未来许用电流等;
3.可靠性高,在应用分布式光纤测温的同时,对隧道内各类环境信息(如环境温度、水位、空气成分等)和一系列辅助设备的运行状态进行综合监测,全面、有效覆盖整个电缆沟(隧道),不存在探测盲区,且多种监测方式叠加,有效避免误报,提高可靠性。
4.分布式测量精度高、测量时间短。分布式测温技术可实现实时温度监测,在单通道满量程测量的情况下达到测量时间不大于10s,温度分辨率0.1℃。
5.重点区域不间断监测。系统在重点区域(接头井处)安装视频摄像机、烟气传感器等多种传感器,实现重点区域全方位在线监测功能。
6.可扩展性强。系统采用工业设计,具有很强的可扩展性,可同时供多路信息传输。内置多种通信规约,便于在平台集成。
7.多子系统集成。各子系统可按内部数据规约或标准电力规约实现数据上传,统一在系统软件界面上显示。
8.界面友好。用户界面快速定制功能,监控中心软件采用组态化技术,再现电缆走向,设备安装位置,界面显示形象直观,易于用户接受及维护。主界面可扩展应用电子地图方式,定制人机界面。
9.视频图像显示。系统在电缆隧道全长安装有摄像头,实时采集图像信息,使用户界面更加形象直观。


平台概述

公司自主研制开发的一款分布式组态监控平台,该平台以开放式、互动通信规约为基础,可以实现分布式接入多种专业监测子系统,并可实现与各子系统的快速、安全联动。平台提供给用户丰富的展现方式,包括统一客户端显示框架、内置Web页面管理、节点组态、报表输出、多种统计显示等工具,并支持组件化开发方法,具有强大的联动控制配置工具,可以快速应用于不同的行业领域,打造出用户所需要的监控平台,是实现一体化综合监控的有力工具。分布式监控平台适于输电线路综合监测工程、变电站辅助监测工程、工业控制、智能楼宇、智能交通等行业领域,能够完成适用领域的各种综合监控要求。


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