0  引言

    國網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甲烷濃度超標加之溫度過高，引燃纜溝內可燃性氣體引起爆炸，導致變電站多臺變壓器及設備燒毀，轄區用戶停電多天。在事件發生后，為確保變電站電纜的運行安全，監測電纜通道環境數據，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測，實時掌握變電站現場電力輸送情況。

1  電纜溝傳感器識別技術簡介

1.1  傳感器監測采集系統

    變電站電纜溝傳感器識別采用KH-2010前端危險環境采集系統，該系統包含如下功能：

    （1）原始采集數據庫中的所有測量值采用的是自適應速率進行更新，同時可實現用戶按照被采集數據的重要程度來自定義更新速率。

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

    （3）當檢測到某個數據有多個環境監測來源時可自動實現將此不同數據來源進行逐個對比，實現智能判斷選用數據溯源；當多個監測源頭的數據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）可實現對變電站電纜網地下纜溝內部環境數據進行實時采集、監控，當監測到數據傳輸失敗則會自動切換到備用通道，并向數據監測人員發送預警信號。

    （5）用戶可任意選擇一種通信口進行配置，并設置采集盲區（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。

    （6）變電站電纜溝傳感器上級主站監測系統可實現向省公司其他系統進行信息分發。

    KH-2010電纜隧道集控系統可以提供多源數據采集和處理的功能，可獲取的數據源兼容性高，并發處理性能好，數據采集可包含如下維度：

    （1）來自專線分布式光纖測溫系統、隧道環境監測系統、隧道安防系統和調度自動化系統數據；

    （2）來自備份網絡通信接入的其他電纜溝集中監控系統采集的原始數據；

    （3）來自電纜溝廊體一線人工手動錄入的原始數據；

    （4）來自系統標準時鐘發送的數據；

    （5）來自本地監控裝置采集獲取的原始數據；

    （6）其他數據來源補充的數據。

1.2  傳感識別系統應用范圍

    KH-2010電纜隧道集中監控系統可實現處理如下數據，并提供對應描述：

    （1）系統模擬運行獲取的數據；

    （2）系統運行過程狀態量數據、監控預警數據；

    （3）數字量如：頻率、電度量等；

    （4）一線人工手動錄入的原始數據；

    （5）設備的異常信號數據；

    （6）監控設備運行狀態信息。

2  基于傳感器識別技術的電纜溝監測技術架構

2.1  技術架構

    特高壓變電站電纜隧道集控系統采用分布式分層設計的原則，變電站電纜隧道集控系統架構共包含五個層級，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體系結構的計算機。

    （2）操作系統平臺  操作系統無限制要求，可選用主流的LINUX和Windows操作系統。

    （3）通用中間件層  通用中間件層是連接兩個不同系統之間的介質，其作用是使得系統具有應用組件所帶來的如異構系統、可伸縮可互操等優越性。

    （4）支撐層  統一支撐平臺層構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應用軟件的開發和運行提供統一的支撐平臺，主要包括系統管理平臺、報警事件管理平臺、人機子系統、前置通信處理平臺、面向對象數據庫管理平臺、分布式網絡通信管理平臺。

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

2.2  數據架構

    基于傳感器識別技術的電纜溝監測集控系統通常采用分布式布局結構，用以滿足監控系統的維護、擴容升級等要求。纜溝監測集控系統數據庫及應用服務器的所有內外部數據通信均基于普適的工業標和國際標準，體現了本監測系統的開放性和兼容性。

    電纜隧道集控系統采用雙網絡布局結構劃分網段，工作站間利用工業標準級的局域網連接，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品，遵循工業軟硬件標準實現軟件和硬件之間的相互獨立性，使該系統易于擴充、升級，方便系統的日常運行管理。

    電纜隧道集控系統前置機將前端采集的數據實時傳輸至集控系統服務器，服務器將原始數據進行處理后，采用廣播方式同步至應用服務器和工作站，使各個節點獲取信息保持一致，從而完成電纜溝內部各個監測點上的數據采集、監控、分析、控制等功能。

3  基于傳感器識別技術的電纜溝監測內容研究

    本項目監測系統主要研究內容包括：隧道內氣體檢測（一氧化碳、甲烷、氧氣、硫化氫）、隧道內水位檢測、隧道內溫濕度監測、煙霧監測以及隧道出入口電子防盜井蓋檢測，并在南郊站建設數據監控子站，同時將實時監測數據上送至統一監控平臺。

    因變電站附近地下電纜溝構造復雜，地上涉及變壓器、開關柜等特高壓設備，環境復雜，需要對纜溝環境進行綜合監測，本研究主要監測的項目包括：建立統一的供電、通信通道，實現隧道內氣體檢測、水位監測、溫濕度監測、煙霧、可燃氣濃度監測等；實現南郊變隧道出入口電子防盜井蓋監測；實現南郊變隧道在線監測子站監測；實現井蓋防入侵監測；實現與統一管理平臺的數據接口，將電纜隧道在線監測數據上送至統一管理平臺。

3.1  供電、通信通道

    在南郊變—西部大道隧道內部敷設供電電纜，并建設電源管理系統，為監測設備提供AV220V電源接入。在南郊變—西部大道建設光纖通信網絡，滿足當前監測設備數據上傳需求，同時為以后新增監測設備留有余量。

3.2  監測子站系統構建

    在南郊變電站設備設備機柜，放置監控主機以及其他網絡設備，實現數據實時上傳、數據存儲及數據查詢等。

    電纜隧道集控監測系統基于Internet分布式網絡管理子系統，其優點是可實現在冗余配置網絡上的程序之間形成快速、精準的連接，一旦產生因系統故障或網絡切換問題而發生通信故障時網絡管理子系統能夠通過其他可選的網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測平臺通過現有的綜合數據網以TCP/IP以太網接口的通信方式將全斷面監測數據信息傳送至已建的隧道多狀態在線監測子系統服務器，由子系統服務器把采集的護層電流監測數據處理后通過甲方指定的通信協議上傳到主站系統，同時可以接收主站系統的遠程控制命令，達到遠程集中監測、集中顯示報警、集中聯動控制和集中管理的目標。

3.3  隧道出入口井蓋監測

    對隧道出入口井蓋加裝電子內井蓋，實現井蓋開啟關閉狀態報警，并配合被動式紅外監測，實現井蓋人員出入監測。

3.4  可燃氣體、溫濕度、煙霧、水位監測

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

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

    首先，通過終端監測耦合裝置，即溫濕度、危險氣體等各種傳感器和遠程控制動作機構對電纜溝內復雜環境進行實際信息采集。本研究主要終端監測耦合裝置為電纜溝通道內有害氣體傳感器、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測終端獲得第一手原始數據。

    其次，通過隧道環境監測通用采集器（氣體傳感器、溫濕度傳感器、液位開關等）、遠程狀態監測控制單元及水泵、風機、照明控制器裝置等各種數據采集傳輸裝置和遠程控制單元，實現終端識別設備實時檢測采集一手原始數據、進行數字化預處理、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的數字總線通信網絡對由傳輸采集裝置和遠程控制單元進行數字化預處理的數據進行實時傳輸。

    第四，由涉及多狀態綜合監控主機及無線綜合監控主機等軟硬件設備組建的二級遠程集控監測平臺，對進行過數字化處理的信號數據進行統計分析存儲。

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

4  結論

    本研究主要監測耦合終端設備為電纜溝通道內有害氣體傳感器、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測終端獲得電纜溝通道內復雜環境及相關電力設備的第一手原始數據以便于特高壓變電站一線作業人員，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，及時發現和處理電力電網設備隱患。

    基于傳感器識別技術的應用，極大地提高了特高壓變電項目基建現場重點電力設備資產的信息化、智能化管理水平。強化了特高壓變電站現場作業的及時性、可視性，實現了國家電網公司變電站現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

（國網信通產業集團北京中電普華信息技術有限公司，北京100089）