0  引言

    國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司西安供電公司南郊變電站--西部大道隧道電纜溝是西安局最為重要的電纜鋪設(shè)通道之一。電纜溝長(zhǎng)度約1 000米，內(nèi)包含南大線(xiàn)、南郭線(xiàn)等7回輸電電纜。2016年8月陜西省西安市南郊變電站因電纜溝井道內(nèi)甲烷濃度超標(biāo)加之溫度過(guò)高，引燃纜溝內(nèi)可燃性氣體引起爆炸，導(dǎo)致變電站多臺(tái)變壓器及設(shè)備燒毀，轄區(qū)用戶(hù)停電多天。在事件發(fā)生后，為確保變電站電纜的運(yùn)行安全，監(jiān)測(cè)電纜通道環(huán)境數(shù)據(jù)，需要對(duì)電纜溝隧道安裝溫濕度及氣體、煙霧等傳感識(shí)別器，實(shí)施電纜隧道的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握變電站現(xiàn)場(chǎng)電力輸送情況。

1  電纜溝傳感器識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1  傳感器監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)

    變電站電纜溝傳感器識(shí)別采用KH-2010前端危險(xiǎn)環(huán)境采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含如下功能：

    （1）原始采集數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有測(cè)量值采用的是自適應(yīng)速率進(jìn)行更新，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)按照被采集數(shù)據(jù)的重要程度來(lái)自定義更新速率。

    （2）為保障原始數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地反映變電站電纜溝廊體內(nèi)的溫濕度、復(fù)雜危險(xiǎn)環(huán)境變化情況，數(shù)據(jù)庫(kù)可自定義的設(shè)置自動(dòng)更新周期。

    （3）當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)數(shù)據(jù)有多個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)來(lái)源時(shí)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)將此不同數(shù)據(jù)來(lái)源進(jìn)行逐個(gè)對(duì)比，實(shí)現(xiàn)智能判斷選用數(shù)據(jù)溯源；當(dāng)多個(gè)監(jiān)測(cè)源頭的數(shù)據(jù)間差值超出了預(yù)先設(shè)置的預(yù)警閾值，則進(jìn)行閃燈及蜂鳴警報(bào)預(yù)警。

    （4）可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站電纜網(wǎng)地下纜溝內(nèi)部環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)傳輸失敗則會(huì)自動(dòng)切換到備用通道，并向數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)人員發(fā)送預(yù)警信號(hào)。

    （5）用戶(hù)可任意選擇一種通信口進(jìn)行配置，并設(shè)置采集盲區(qū)（百分比）、采集時(shí)間、備份信道切換條件（出錯(cuò)百分比）等通信參數(shù)。

    （6）變電站電纜溝傳感器上級(jí)主站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)向省公司其他系統(tǒng)進(jìn)行信息分發(fā)。

    KH-2010電纜隧道集控系統(tǒng)可以提供多源數(shù)據(jù)采集和處理的功能，可獲取的數(shù)據(jù)源兼容性高，并發(fā)處理性能好，數(shù)據(jù)采集可包含如下維度：

    （1）來(lái)自專(zhuān)線(xiàn)分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)、隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、隧道安防系統(tǒng)和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

    （2）來(lái)自備份網(wǎng)絡(luò)通信接入的其他電纜溝集中監(jiān)控系統(tǒng)采集的原始數(shù)據(jù)；

    （3）來(lái)自電纜溝廊體一線(xiàn)人工手動(dòng)錄入的原始數(shù)據(jù)；

    （4）來(lái)自系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘發(fā)送的數(shù)據(jù)；

    （5）來(lái)自本地監(jiān)控裝置采集獲取的原始數(shù)據(jù)；

    （6）其他數(shù)據(jù)來(lái)源補(bǔ)充的數(shù)據(jù)。

1.2  傳感識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用范圍

    KH-2010電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)處理如下數(shù)據(jù)，并提供對(duì)應(yīng)描述：

    （1）系統(tǒng)模擬運(yùn)行獲取的數(shù)據(jù)；

    （2）系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程狀態(tài)量數(shù)據(jù)、監(jiān)控預(yù)警數(shù)據(jù)；

    （3）數(shù)字量如：頻率、電度量等；

    （4）一線(xiàn)人工手動(dòng)錄入的原始數(shù)據(jù)；

    （5）設(shè)備的異常信號(hào)數(shù)據(jù)；

    （6）監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息。

2  基于傳感器識(shí)別技術(shù)的電纜溝監(jiān)測(cè)技術(shù)架構(gòu)

2.1  技術(shù)架構(gòu)

    特高壓變電站電纜隧道集控系統(tǒng)采用分布式分層設(shè)計(jì)的原則，變電站電纜隧道集控系統(tǒng)架構(gòu)共包含五個(gè)層級(jí)，分別為：

    （1）硬件平臺(tái)層  硬件平臺(tái)層的要求不苛刻，可采用如RISC/CISC體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。

    （2）操作系統(tǒng)平臺(tái)  操作系統(tǒng)無(wú)限制要求，可選用主流的LINUX和Windows操作系統(tǒng)。

    （3）通用中間件層  通用中間件層是連接兩個(gè)不同系統(tǒng)之間的介質(zhì)，其作用是使得系統(tǒng)具有應(yīng)用組件所帶來(lái)的如異構(gòu)系統(tǒng)、可伸縮可互操等優(yōu)越性。

    （4）支撐層  統(tǒng)一支撐平臺(tái)層構(gòu)筑在應(yīng)用層和通用中間件層之間，期作用是為各類(lèi)電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行提供統(tǒng)一的支撐平臺(tái)，主要包括系統(tǒng)管理平臺(tái)、報(bào)警事件管理平臺(tái)、人機(jī)子系統(tǒng)、前置通信處理平臺(tái)、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)、分布式網(wǎng)絡(luò)通信管理平臺(tái)。

    （5）應(yīng)用層  應(yīng)用層是前端用戶(hù)作業(yè)層，其作用是實(shí)現(xiàn)各類(lèi)電纜隧道監(jiān)控的前端一線(xiàn)監(jiān)測(cè)應(yīng)用，主要包括：電纜隧道集控中心、分布式電纜監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安防、應(yīng)急通信等。

2.2  數(shù)據(jù)架構(gòu)

    基于傳感器識(shí)別技術(shù)的電纜溝監(jiān)測(cè)集控系統(tǒng)通常采用分布式布局結(jié)構(gòu)，用以滿(mǎn)足監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)、擴(kuò)容升級(jí)等要求。纜溝監(jiān)測(cè)集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用服務(wù)器的所有內(nèi)外部數(shù)據(jù)通信均基于普適的工業(yè)標(biāo)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)放性和兼容性。

    電纜隧道集控系統(tǒng)采用雙網(wǎng)絡(luò)布局結(jié)構(gòu)劃分網(wǎng)段，工作站間利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的局域網(wǎng)連接，按照前端應(yīng)用功能來(lái)分配服務(wù)器和工作。

    電纜隧道集控系統(tǒng)通過(guò)耦合式模塊化設(shè)計(jì)，各組件間均使用的是標(biāo)準(zhǔn)接口及產(chǎn)品，遵循工業(yè)軟硬件標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)軟件和硬件之間的相互獨(dú)立性，使該系統(tǒng)易于擴(kuò)充、升級(jí)，方便系統(tǒng)的日常運(yùn)行管理。

    電纜隧道集控系統(tǒng)前置機(jī)將前端采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至集控系統(tǒng)服務(wù)器，服務(wù)器將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，采用廣播方式同步至應(yīng)用服務(wù)器和工作站，使各個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取信息保持一致，從而完成電纜溝內(nèi)部各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析、控制等功能。

3  基于傳感器識(shí)別技術(shù)的電纜溝監(jiān)測(cè)內(nèi)容研究

    本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容包括：隧道內(nèi)氣體檢測(cè)（一氧化碳、甲烷、氧氣、硫化氫）、隧道內(nèi)水位檢測(cè)、隧道內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)、煙霧監(jiān)測(cè)以及隧道出入口電子防盜井蓋檢測(cè)，并在南郊站建設(shè)數(shù)據(jù)監(jiān)控子站，同時(shí)將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上送至統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)。

    因變電站附近地下電纜溝構(gòu)造復(fù)雜，地上涉及變壓器、開(kāi)關(guān)柜等特高壓設(shè)備，環(huán)境復(fù)雜，需要對(duì)纜溝環(huán)境進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，本研究主要監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目包括：建立統(tǒng)一的供電、通信通道，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)氣體檢測(cè)、水位監(jiān)測(cè)、溫濕度監(jiān)測(cè)、煙霧、可燃?xì)鉂舛缺O(jiān)測(cè)等；實(shí)現(xiàn)南郊變隧道出入口電子防盜井蓋監(jiān)測(cè)；實(shí)現(xiàn)南郊變隧道在線(xiàn)監(jiān)測(cè)子站監(jiān)測(cè)；實(shí)現(xiàn)井蓋防入侵監(jiān)測(cè)；實(shí)現(xiàn)與統(tǒng)一管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)接口，將電纜隧道在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上送至統(tǒng)一管理平臺(tái)。

3.1  供電、通信通道

    在南郊變—西部大道隧道內(nèi)部敷設(shè)供電電纜，并建設(shè)電源管理系統(tǒng)，為監(jiān)測(cè)設(shè)備提供AV220V電源接入。在南郊變—西部大道建設(shè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)，滿(mǎn)足當(dāng)前監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)上傳需求，同時(shí)為以后新增監(jiān)測(cè)設(shè)備留有余量。

3.2  監(jiān)測(cè)子站系統(tǒng)構(gòu)建

    在南郊變電站設(shè)備設(shè)備機(jī)柜，放置監(jiān)控主機(jī)以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)查詢(xún)等。

    電纜隧道集控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于Internet分布式網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)在冗余配置網(wǎng)絡(luò)上的程序之間形成快速、精準(zhǔn)的連接，一旦產(chǎn)生因系統(tǒng)故障或網(wǎng)絡(luò)切換問(wèn)題而發(fā)生通信故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)能夠通過(guò)其他可選的網(wǎng)絡(luò)路徑快速重新建立連接。

    分控變電站通信匯集型二級(jí)遠(yuǎn)程集控監(jiān)測(cè)平臺(tái)通過(guò)現(xiàn)有的綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)以TCP/IP以太網(wǎng)接口的通信方式將全斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息傳送至已建的隧道多狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)服務(wù)器，由子系統(tǒng)服務(wù)器把采集的護(hù)層電流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理后通過(guò)甲方指定的通信協(xié)議上傳到主站系統(tǒng)，同時(shí)可以接收主站系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制命令，達(dá)到遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)、集中顯示報(bào)警、集中聯(lián)動(dòng)控制和集中管理的目標(biāo)。

3.3  隧道出入口井蓋監(jiān)測(cè)

    對(duì)隧道出入口井蓋加裝電子內(nèi)井蓋，實(shí)現(xiàn)井蓋開(kāi)啟關(guān)閉狀態(tài)報(bào)警，并配合被動(dòng)式紅外監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)井蓋人員出入監(jiān)測(cè)。

3.4  可燃?xì)怏w、溫濕度、煙霧、水位監(jiān)測(cè)

    傳感器設(shè)備采用KH-2010前置采集系統(tǒng)，KH-2010前置采集系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)由一線(xiàn)用戶(hù)根據(jù)被測(cè)數(shù)據(jù)的重要性來(lái)確定原始數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)測(cè)量值可采用不同的更新頻率且所有的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)每隔一定周期進(jìn)行一次全量掃描更新，以保證數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)都能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的反映當(dāng)前隧道的環(huán)境狀態(tài)。

    以本項(xiàng)目可燃?xì)怏w、溫濕度、煙霧、水位監(jiān)測(cè)為研究對(duì)象，傳感器識(shí)別監(jiān)測(cè)通過(guò)多個(gè)監(jiān)測(cè)來(lái)源，允許值班員確定選用監(jiān)測(cè)來(lái)源對(duì)象并可實(shí)現(xiàn)進(jìn)行逐個(gè)比對(duì)。如果不同來(lái)源的數(shù)據(jù)之間的差值超出預(yù)算設(shè)置的閥值，則產(chǎn)生蜂鳴及閃燈報(bào)警。電纜隧道集控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具體工作流程如下：

    首先，通過(guò)終端監(jiān)測(cè)耦合裝置，即溫濕度、危險(xiǎn)氣體等各種傳感器和遠(yuǎn)程控制動(dòng)作機(jī)構(gòu)對(duì)電纜溝內(nèi)復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行實(shí)際信息采集。本研究主要終端監(jiān)測(cè)耦合裝置為電纜溝通道內(nèi)有害氣體傳感器、溫濕度傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、分檔式水位探測(cè)儀等，通過(guò)以上傳感器識(shí)別監(jiān)測(cè)終端獲得第一手原始數(shù)據(jù)。

    其次，通過(guò)隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)通用采集器（氣體傳感器、溫濕度傳感器、液位開(kāi)關(guān)等）、遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)控制單元及水泵、風(fēng)機(jī)、照明控制器裝置等各種數(shù)據(jù)采集傳輸裝置和遠(yuǎn)程控制單元，實(shí)現(xiàn)終端識(shí)別設(shè)備實(shí)時(shí)檢測(cè)采集一手原始數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)字化預(yù)處理、控制等功能。

    第三，通過(guò)由電纜、光纜組建而成的具備遠(yuǎn)程供電和對(duì)通信信號(hào)傳輸技術(shù)的數(shù)字總線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)由傳輸采集裝置和遠(yuǎn)程控制單元進(jìn)行數(shù)字化預(yù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。

    第四，由涉及多狀態(tài)綜合監(jiān)控主機(jī)及無(wú)線(xiàn)綜合監(jiān)控主機(jī)等軟硬件設(shè)備組建的二級(jí)遠(yuǎn)程集控監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)進(jìn)行過(guò)數(shù)字化處理的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析存儲(chǔ)。

    最后，由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最上層應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、打印終端、監(jiān)控大屏、輸配電電纜網(wǎng)綜合監(jiān)測(cè)平臺(tái)等軟硬件設(shè)備組建的電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)中心一級(jí)集中監(jiān)控管理應(yīng)用系統(tǒng)將原始識(shí)別的信號(hào)經(jīng)過(guò)層層數(shù)字化轉(zhuǎn)換，通過(guò)設(shè)置監(jiān)控預(yù)警閥值用折線(xiàn)圖、柱狀圖、趨勢(shì)圖等直觀(guān)的展現(xiàn)形式投射在監(jiān)控大屏上，一旦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接近設(shè)置的預(yù)警閥值，便進(jìn)行閃燈和蜂鳴預(yù)警，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。

4  結(jié)論

    本研究主要監(jiān)測(cè)耦合終端設(shè)備為電纜溝通道內(nèi)有害氣體傳感器、溫濕度傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、分檔式水位探測(cè)儀等，通過(guò)以上傳感器識(shí)別監(jiān)測(cè)終端獲得電纜溝通道內(nèi)復(fù)雜環(huán)境及相關(guān)電力設(shè)備的第一手原始數(shù)據(jù)以便于特高壓變電站一線(xiàn)作業(yè)人員，中層管理人員和高層領(lǐng)導(dǎo)可實(shí)時(shí)掌握重點(diǎn)電力物資設(shè)備運(yùn)行情況，提前獲取預(yù)警信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理電力電網(wǎng)設(shè)備隱患。

    基于傳感器識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了特高壓變電項(xiàng)目基建現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)電力設(shè)備資產(chǎn)的信息化、智能化管理水平。強(qiáng)化了特高壓變電站現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的及時(shí)性、可視性，實(shí)現(xiàn)了國(guó)家電網(wǎng)公司變電站現(xiàn)場(chǎng)電力物資設(shè)備管理的有序性、實(shí)時(shí)性、標(biāo)準(zhǔn)性、準(zhǔn)確性和高效性的目標(biāo)追求。

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作者信息:

王  超，張曉楓，解利冬

（國(guó)網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)北京中電普華信息技術(shù)有限公司，北京100089）