0  引言

    國網(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通道之一。電纜溝長度約1 000米，內(nèi)包含南大線、南郭線等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)甲烷濃度超標加之溫度過高，引燃纜溝內(nèi)可燃性氣體引起爆炸，導致變電站多臺變壓器及設備燒毀，轄區(qū)用戶停電多天。在事件發(fā)生后，為確保變電站電纜的運行安全，監(jiān)測電纜通道環(huán)境數(shù)據(jù)，需要對電纜溝隧道安裝溫濕度及氣體、煙霧等傳感識別器，實施電纜隧道的在線監(jiān)測，實時掌握變電站現(xiàn)場電力輸送情況。

1  電纜溝傳感器識別技術(shù)簡介

1.1  傳感器監(jiān)測采集系統(tǒng)

    變電站電纜溝傳感器識別采用KH-2010前端危險環(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)庫中的所有測量值采用的是自適應速率進行更新，同時可實現(xiàn)用戶按照被采集數(shù)據(jù)的重要程度來自定義更新速率。

    （2）為保障原始數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)能準確、實時地反映變電站電纜溝廊體內(nèi)的溫濕度、復雜危險環(huán)境變化情況，數(shù)據(jù)庫可自定義的設置自動更新周期。

    （3）當檢測到某個數(shù)據(jù)有多個環(huán)境監(jiān)測來源時可自動實現(xiàn)將此不同數(shù)據(jù)來源進行逐個對比，實現(xiàn)智能判斷選用數(shù)據(jù)溯源；當多個監(jiān)測源頭的數(shù)據(jù)間差值超出了預先設置的預警閾值，則進行閃燈及蜂鳴警報預警。

    （4）可實現(xiàn)對變電站電纜網(wǎng)地下纜溝內(nèi)部環(huán)境數(shù)據(jù)進行實時采集、監(jiān)控，當監(jiān)測到數(shù)據(jù)傳輸失敗則會自動切換到備用通道，并向數(shù)據(jù)監(jiān)測人員發(fā)送預警信號。

    （5）用戶可任意選擇一種通信口進行配置，并設置采集盲區(qū)（百分比）、采集時間、備份信道切換條件（出錯百分比）等通信參數(shù)。

    （6）變電站電纜溝傳感器上級主站監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)向省公司其他系統(tǒng)進行信息分發(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）來自專線分布式光纖測溫系統(tǒng)、隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、隧道安防系統(tǒng)和調(diào)度自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

    （2）來自備份網(wǎng)絡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）來自電纜溝廊體一線人工手動錄入的原始數(shù)據(jù)；

    （4）來自系統(tǒng)標準時鐘發(fā)送的數(shù)據(jù)；

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

    （6）其他數(shù)據(jù)來源補充的數(shù)據(jù)。

1.2  傳感識別系統(tǒng)應用范圍

    KH-2010電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)處理如下數(shù)據(jù)，并提供對應描述：

    （1）系統(tǒng)模擬運行獲取的數(shù)據(jù)；

    （2）系統(tǒng)運行過程狀態(tài)量數(shù)據(jù)、監(jiān)控預警數(shù)據(jù)；

    （3）數(shù)字量如：頻率、電度量等；

    （4）一線人工手動錄入的原始數(shù)據(jù)；

    （5）設備的異常信號數(shù)據(jù)；

    （6）監(jiān)控設備運行狀態(tài)信息。

2  基于傳感器識別技術(shù)的電纜溝監(jiān)測技術(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)采用分布式分層設計的原則，變電站電纜隧道集控系統(tǒng)架構(gòu)共包含五個層級，分別為：

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

    （2）操作系統(tǒng)平臺  操作系統(tǒng)無限制要求，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不同系統(tǒng)之間的介質(zhì)，其作用是使得系統(tǒng)具有應用組件所帶來的如異構(gòu)系統(tǒng)、可伸縮可互操等優(yōu)越性。

    （4）支撐層  統(tǒng)一支撐平臺層構(gòu)筑在應用層和通用中間件層之間，期作用是為各類電力系統(tǒng)應用軟件的開發(fā)和運行提供統(tǒng)一的支撐平臺，主要包括系統(tǒng)管理平臺、報警事件管理平臺、人機子系統(tǒng)、前置通信處理平臺、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理平臺、分布式網(wǎng)絡通信管理平臺。

    （5）應用層  應用層是前端用戶作業(yè)層，其作用是實現(xiàn)各類電纜隧道監(jiān)控的前端一線監(jiān)測應用，主要包括：電纜隧道集控中心、分布式電纜監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、安防、應急通信等。

2.2  數(shù)據(jù)架構(gòu)

    基于傳感器識別技術(shù)的電纜溝監(jiān)測集控系統(tǒng)通常采用分布式布局結(jié)構(gòu)，用以滿足監(jiān)控系統(tǒng)的維護、擴容升級等要求。纜溝監(jiān)測集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及應用服務器的所有內(nèi)外部數(shù)據(jù)通信均基于普適的工業(yè)標和國際標準，體現(xiàn)了本監(jiān)測系統(tǒng)的開放性和兼容性。

    電纜隧道集控系統(tǒng)采用雙網(wǎng)絡布局結(jié)構(gòu)劃分網(wǎng)段，工作站間利用工業(yè)標準級的局域網(wǎng)連接，按照前端應用功能來分配服務器和工作。

    電纜隧道集控系統(tǒng)通過耦合式模塊化設計，各組件間均使用的是標準接口及產(chǎn)品，遵循工業(yè)軟硬件標準實現(xiàn)軟件和硬件之間的相互獨立性，使該系統(tǒng)易于擴充、升級，方便系統(tǒng)的日常運行管理。

    電纜隧道集控系統(tǒng)前置機將前端采集的數(shù)據(jù)實時傳輸至集控系統(tǒng)服務器，服務器將原始數(shù)據(jù)進行處理后，采用廣播方式同步至應用服務器和工作站，使各個節(jié)點獲取信息保持一致，從而完成電纜溝內(nèi)部各個監(jiān)測點上的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析、控制等功能。

3  基于傳感器識別技術(shù)的電纜溝監(jiān)測內(nèi)容研究

    本項目監(jiān)測系統(tǒng)主要研究內(nèi)容包括：隧道內(nèi)氣體檢測（一氧化碳、甲烷、氧氣、硫化氫）、隧道內(nèi)水位檢測、隧道內(nèi)溫濕度監(jiān)測、煙霧監(jiān)測以及隧道出入口電子防盜井蓋檢測，并在南郊站建設數(shù)據(jù)監(jiān)控子站，同時將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)上送至統(tǒng)一監(jiān)控平臺。

    因變電站附近地下電纜溝構(gòu)造復雜，地上涉及變壓器、開關柜等特高壓設備，環(huán)境復雜，需要對纜溝環(huán)境進行綜合監(jiān)測，本研究主要監(jiān)測的項目包括：建立統(tǒng)一的供電、通信通道，實現(xiàn)隧道內(nèi)氣體檢測、水位監(jiān)測、溫濕度監(jiān)測、煙霧、可燃氣濃度監(jiān)測等；實現(xiàn)南郊變隧道出入口電子防盜井蓋監(jiān)測；實現(xiàn)南郊變隧道在線監(jiān)測子站監(jiān)測；實現(xiàn)井蓋防入侵監(jiān)測；實現(xiàn)與統(tǒng)一管理平臺的數(shù)據(jù)接口，將電纜隧道在線監(jiān)測數(shù)據(jù)上送至統(tǒng)一管理平臺。

3.1  供電、通信通道

    在南郊變—西部大道隧道內(nèi)部敷設供電電纜，并建設電源管理系統(tǒng)，為監(jiān)測設備提供AV220V電源接入。在南郊變—西部大道建設光纖通信網(wǎng)絡，滿足當前監(jiān)測設備數(shù)據(jù)上傳需求，同時為以后新增監(jiān)測設備留有余量。

3.2  監(jiān)測子站系統(tǒng)構(gòu)建

    在南郊變電站設備設備機柜，放置監(jiān)控主機以及其他網(wǎng)絡設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時上傳、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)查詢等。

    電纜隧道集控監(jiān)測系統(tǒng)基于Internet分布式網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)，其優(yōu)點是可實現(xiàn)在冗余配置網(wǎng)絡上的程序之間形成快速、精準的連接，一旦產(chǎn)生因系統(tǒng)故障或網(wǎng)絡切換問題而發(fā)生通信故障時網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)能夠通過其他可選的網(wǎng)絡路徑快速重新建立連接。

    分控變電站通信匯集型二級遠程集控監(jiān)測平臺通過現(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)測數(shù)據(jù)信息傳送至已建的隧道多狀態(tài)在線監(jiān)測子系統(tǒng)服務器，由子系統(tǒng)服務器把采集的護層電流監(jiān)測數(shù)據(jù)處理后通過甲方指定的通信協(xié)議上傳到主站系統(tǒng)，同時可以接收主站系統(tǒng)的遠程控制命令，達到遠程集中監(jiān)測、集中顯示報警、集中聯(lián)動控制和集中管理的目標。

3.3  隧道出入口井蓋監(jiān)測

    對隧道出入口井蓋加裝電子內(nèi)井蓋，實現(xiàn)井蓋開啟關閉狀態(tài)報警，并配合被動式紅外監(jiān)測，實現(xiàn)井蓋人員出入監(jiān)測。

3.4  可燃氣體、溫濕度、煙霧、水位監(jiān)測

    傳感器設備采用KH-2010前置采集系統(tǒng)，KH-2010前置采集系統(tǒng)可實現(xiàn)由一線用戶根據(jù)被測數(shù)據(jù)的重要性來確定原始數(shù)據(jù)庫內(nèi)測量值可采用不同的更新頻率且所有的數(shù)據(jù)應當每隔一定周期進行一次全量掃描更新，以保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)都能準確、實時的反映當前隧道的環(huán)境狀態(tài)。

    以本項目可燃氣體、溫濕度、煙霧、水位監(jiān)測為研究對象，傳感器識別監(jiān)測通過多個監(jiān)測來源，允許值班員確定選用監(jiān)測來源對象并可實現(xiàn)進行逐個比對。如果不同來源的數(shù)據(jù)之間的差值超出預算設置的閥值，則產(chǎn)生蜂鳴及閃燈報警。電纜隧道集控監(jiān)測系統(tǒng)具體工作流程如下：

    首先，通過終端監(jiān)測耦合裝置，即溫濕度、危險氣體等各種傳感器和遠程控制動作機構(gòu)對電纜溝內(nèi)復雜環(huán)境進行實際信息采集。本研究主要終端監(jiān)測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、可燃氣體傳感器、分檔式水位探測儀等，通過以上傳感器識別監(jiān)測終端獲得第一手原始數(shù)據(jù)。

    其次，通過隧道環(huán)境監(jiān)測通用采集器（氣體傳感器、溫濕度傳感器、液位開關等）、遠程狀態(tài)監(jiān)測控制單元及水泵、風機、照明控制器裝置等各種數(shù)據(jù)采集傳輸裝置和遠程控制單元，實現(xiàn)終端識別設備實時檢測采集一手原始數(shù)據(jù)、進行數(shù)字化預處理、控制等功能。

    第三，通過由電纜、光纜組建而成的具備遠程供電和對通信信號傳輸技術(shù)的數(shù)字總線通信網(wǎng)絡對由傳輸采集裝置和遠程控制單元進行數(shù)字化預處理的數(shù)據(jù)進行實時傳輸。

    第四，由涉及多狀態(tài)綜合監(jiān)控主機及無線綜合監(jiān)控主機等軟硬件設備組建的二級遠程集控監(jiān)測平臺，對進行過數(shù)字化處理的信號數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析存儲。

    最后，由監(jiān)測系統(tǒng)最上層應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、打印終端、監(jiān)控大屏、輸配電電纜網(wǎng)綜合監(jiān)測平臺等軟硬件設備組建的電網(wǎng)運行維護中心一級集中監(jiān)控管理應用系統(tǒng)將原始識別的信號經(jīng)過層層數(shù)字化轉(zhuǎn)換，通過設置監(jiān)控預警閥值用折線圖、柱狀圖、趨勢圖等直觀的展現(xiàn)形式投射在監(jiān)控大屏上，一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)接近設置的預警閥值，便進行閃燈和蜂鳴預警，以達到實時監(jiān)測的目的。

4  結(jié)論

    本研究主要監(jiān)測耦合終端設備為電纜溝通道內(nèi)有害氣體傳感器、溫濕度傳感器、可燃氣體傳感器、分檔式水位探測儀等，通過以上傳感器識別監(jiān)測終端獲得電纜溝通道內(nèi)復雜環(huán)境及相關電力設備的第一手原始數(shù)據(jù)以便于特高壓變電站一線作業(yè)人員，中層管理人員和高層領導可實時掌握重點電力物資設備運行情況，提前獲取預警信息，及時發(fā)現(xiàn)和處理電力電網(wǎng)設備隱患。

    基于傳感器識別技術(shù)的應用，極大地提高了特高壓變電項目基建現(xiàn)場重點電力設備資產(chǎn)的信息化、智能化管理水平。強化了特高壓變電站現(xiàn)場作業(yè)的及時性、可視性，實現(xiàn)了國家電網(wǎng)公司變電站現(xiàn)場電力物資設備管理的有序性、實時性、標準性、準確性和高效性的目標追求。

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作者信息:

王  超，張曉楓，解利冬

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