电缆隧道在线监测设计与应用

电缆隧道在线监测系统的设计与应用

  　　（深圳市奥企科技有限公司）

　　摘要：近年来，随着我国对电力电缆基础设施的不断投入，电力隧道的长度也在不断地增长中。电力电缆隧道在运行和维护过程中的增长速率不成正比，使其在经济快速发展的前景下出现诸多运行和维护工作方面的问题。因此，让供电公司的各个部门也遭遇了更多的挑战和压力。随着智能电网建设工作的不断发展，电力电缆的在线监测需求也在不断地增加中。目前，使用电力电缆隧道综合在线监测系统能够实现对系统电缆的监测工作。但是，此类系统仍然存在一定问题，在理论方面无法及时收集相关信息的动态数据，导致电力电缆隧道综合系统成为一个信息孤岛。通过电力电缆隧道在线监测数据不难发现，动态安排相应的设备检修工作，能够在很大程度上降低电缆设备故障。通过一定的监测技术手段，将潜在的隐患进行提前预警处理，再制定出针对性地预防措施，将损失降低到最小，从根本上改变传统的周期性监测模式，既能够节约电力系统的运行成本，还能够防止人为事故的发生。

关键词：电力电缆隧道；4G路由器DTU，4G工业级路由器

　　电力电缆隧道在生活当中较为常见，尤其是对于一些大型电力设备工况企业而言，往往在电缆隧道中被铺设一段距离又长走向又很复杂的电力电缆。电缆隧道是电缆高度集中的地方，发生灾害事故也较为频繁[1]。电力电缆隧道的火灾事故发生主要集中在电缆横截面上，电缆温度升高。在电缆着火时，其局部辐射作用非常强，再加上电缆着火时局部的热辐射比较强，所以使得电缆很快被燃烧。在电力电缆接头位置之处，由于电阻过高导致散热不好和接触不良等情况出现。温度一旦过高时就会引起电缆线头炸裂问题，从而引起电缆火灾的情况出现。在造成比较大的经济损失之后，一定要掌握好电力电缆的运行状态，以期能够更好地维护好电力系统的安全与稳定运行。对电力电缆和电力隧道的温度进行实时监控，能够对火灾实施预警和报警行为，在温度监控方面和异常报警功能方面能够达到更好的效果。通过对电缆温度的测量，制定出相关计划，从而经济方面和技术方面加以考虑，能够加大对电力电缆的运行状态监测[2]。

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　　一、 电力电缆隧道运行状态在线监测系统功能的基本需求

　　利用先进的通信技术和数字传感器技术等完成电缆隧道运行状态在线监测系统的设计与开发，在线监测系统中主要包括以下几个方面：其一，光纤测温；其二，水位、气体、温湿度传感；其三，视频监控；其四，处理单元等。光纤测温系统，利用拉曼散射测温原理、光时域反射定位原理和载流量评估原理。通过在电缆上敷设感温光纤，分布式光纤主机上连续测电缆沿线所有点的温度值。测量精度±1℃，空间分辨率和定位精度分别为1m。传感器传输路线不收到电磁的干扰。实时采集电缆工作环境的相关参数，传送到后台监控系统中。在后台监测系统中，实时处理且分析好温度数据，再查询基本历史数据，能够建立长期的数据库，再提出预警功能[3]。

　　整个系统采用双层总线结构，软件内置国际通用的技术协议（IEC61850、Modbus TCP等），具有高度开放性，既可兼容第三方厂家，又可方便与上层自动化系统、电力综合监控系统等无缝对接。当隧道内设备出现异常时，联动隧道内相关设备改善异常。4G网络通讯网实时地将现场监控数据传送至电缆隧道监控中心，实现集中监控、统一管理。

　　二、 电力电缆隧道监控系统的基本结构

　　1. 高压电缆监控子系统

　　高压电缆监控子系统分为：电缆测温DTS、载流量计算AgiCAP、局放监控APD、护套环流监测ASC。分布式4G路由器测温系统（DTS）由光纤测温主机、测温光纤、监控管理软件及相关附件组成，能准确探测高压电缆沿线所有测量点的温度，具有实时在线、测温精度高、本征安全、不受电磁干扰等优点。电缆测温DTS系统本身具备超强的信号传输功能，与此同时也就具备感温功能。将测温光缆紧密地固定在隧道顶部之处，能够测量出电力电缆隧道内的表面温度[4]。一旦被监测的温度达到预警值，能够立即进行报警发送处理，发送短信，也能够通过网络的形式发送到主网站中。

　　载流量计算AgiCAP通过分布式光纤测得的电缆表面温度计算出电缆芯线温度，通过载流量评估软件计算出电缆允许通过的最大稳态载流量。

　　局放监控APD由局放传感器、局放采集器、局放监测主机等组成。局放传感器实时采集高压电缆、电缆接?^处局部放电脉冲信号并将数据传送给局放采集器，再将数据上传至局放监测主机作进一步数据分析。

　　护套环流监测ASC由护层接地电流传感器、护层接地电流采集器以及护层接地电流监测主机组成，监测三相电缆的金属护层接地电流与三相运行电流，实时数据传输至监控中心。

　　2. 隧道环境监控子系统

　　隧道环境监控子系统分为：气体监测、烟感探测、水位监测、井盖监测和温湿度监测。隧道环境监测系统可通过各种传感器对电力隧道内有害气体、空气含氧量、温湿度、水位等环境参量进行监测，可有效实时监测隧道内情况，并根据监控状况，通过手动或自动进行远程，启动风机通风、水泵排水、防火门阻断火势发展等。

　　3. 视频监控子系统

　　电力隧道出入口、电缆接头等重要部位内安装监控摄像机，进行实时的监控管理系统，能够将远程监控功能技术和数字视频技术等运用起来，将监控摄像机的各个采集点进行实时监控，将视频的信号接入到运行监控中心，最终形成一个立体化的隧道监控体系。基于此，对电力电缆隧道的日常状况进行实时监控处理，显著提高电缆隧道的基本运行安全。将隧道内的各个监控点从视频服务器和防水设施等进行数字信号的模拟处理，再通过光纤传送到变电站中，通过磁盘储备方式来保存好视频监控录像。通过数字矩阵将数字信号转换成模拟信号，再承接到电视屏上，实施电缆隧道的在线监控。通过数据分析，及时发现电力电缆系统的绝缘缺陷，分析潜在的隐患和故障，从而显著降低电力电缆的设备故障。通过监测技术手段，实施未雨绸缪行为，将潜在的安全隐患进行提前预警，制定出预防措施之后，将损失减到最小[5]。   　　4. 门禁子系统

　　对隧道出入口进行有限的权限管理，防止非法入侵。

　　三、 电力电缆隧道运行状态在线监测系统方案设计和应用

　　根据系统功能的实际发展状况，将电缆隧道的运行监测系统的工作原理弄清。电缆测温DTS是激光器发出一束激光，通过耦合器调制，射入感温光纤中，反射回的拉曼散射光通过光谱分离模块分解成不同波长的Stokes和Antistokes反射光，其分别与温度和传输介质产生关系，计算出温度分布曲线。激光器发出的脉冲光信号在光纤中传输时，将后向散射光到达探测器与激光器发出光脉冲的时间差乘以光在光纤中的传输速度再除以2，就得到散射点在光纤上的位置。将采集到的温度数据进行深入分析，再得出数据曲线，根据不同的设定值来进行分级报警处理。针对电缆隧道的基本状况，实施监控电缆隧道的环境运行状况。将实时监测到的气体、温湿度、水位等信息传送到处理单元，并传送至综合监控平台。

　　电力电缆隧道综合在线监测系统以云计算和物联网为基础，在设备层实现了隧道内各类设备的物联互通、智慧传感；在数据层实现了各类数据的高速上传、海量存储；在应用层实现了跨部门之间、多平台之间的信息互通与共享。

　　四、 结束语

　　综上所述，在电力电缆专业的管理与维护方面，主要通过奥企4G路由器采集温度来检查运行状态，超过标准之后必须进行停电处理。开展电力电缆运行状态综合监测技术研究，对电缆接头的表面温度和有害气体信息等进行时监测，能够及时地发现其中存在的问题，保证电力电缆系统的供电安全。