智慧电缆沟电力电缆的在线监测系统研究

智慧电缆沟电力电缆的在线监测系统研究

洪锰1胡冉1江如锋1周大鹏2

（1深圳供电局有限公司广东深圳518107；2中科（深圳）能源物联网有限公司广东深圳518000）

摘要：电力电缆是城市配电网的关键设备之一，是智能电网建设的重要节点。为了保证配电网系统安全可靠的运行，提升电网的预警和应急处理能力，提高供电能力和改善供电质量，保证社会的持续发展，研制新型、高效的电力电缆在线检测系统已迫在眉睫。

关键词：电力电缆；无线通信；在线监测

前言

电力作为人类最重要的能源之一，与人们的日常生活和社会的正常运转密切相关。人们所使用的电能，通常为发电厂所发出的电能，通过调度中心来进行调配。输电，即电能的传输，将电能输出至不同的地域供人们来支配，其输电的过程的重要性不言而喻。目前，在电力传输中，根据传输的方式可简单的分为架空线缆输送电力与地下敷设电缆输送电力。架空线缆输电有着成本较为低廉且便于维修等优点，是电力传输的最主要的方式。但近年来由于我国城市化进程的逐步推进，在城市电力传输中，架空输电就不占有优势，其影响城市美观，且高压输电线会危及高层建筑居民的安全。在此情况下，通过地下敷设电缆输送电力成为城市电力传输的主要方式。但电缆敷设于电缆沟中，电缆沟内的环境状态将会对电力的传输产生影响。如电缆沟内温度过高，则会影响电缆沟内高压输电线缆的散热，基本上电缆都具有一定的寿命，一般为15~20年，较为老化的高压输电线缆的绝缘层的自燃温度点会降低，存在着自燃损害的风险。电缆沟容易积水，且湿度较大，高压输电线缆长期浸泡在水中或者处于湿度过高的环境中，极易发生电缆头破裂现象，还会损坏电缆绝缘，危害输电系统的安全。尤其是电缆沟内的腐化物易滋生沼气，长期堆积下来会对居民的人身安全带来隐患。我国已出现多起电缆沟爆炸事故，2013年11月，武汉江汉区一条电缆沟突然发生三连爆，厚约10厘米，长约一米的电缆沟的水泥盖板瞬间被掀翻如图1所示，其事故的主要原因则为电缆沟内的堆积的沼气浓度过高，电力电缆短路点燃了浓度过高的沼气并发生爆炸。2014年1月，广西南宁市衡阳13号开闭所附近的电缆井发生爆炸，抢修人员立即赶往事故现场展开抢修工作。事后电力部门确定引起事故的原因为电缆沟内沼气浓度过高，混入了一定空气比例之后达到了着火点，遇到明火发生爆炸。

图1武汉江汉区电缆沟爆炸现场

类似于以上案例还有很多，为此造成了大量的财产甚至是生命的损失，所以及时了解电缆沟的环境状态，排除电缆沟隐患的重要性不言而喻。每年，我国电力部门投入大量的人力物力对电缆沟进行巡检。由于电缆沟本身结构的特殊性，其空间狭小，且沟内电缆较密集，地理位置分布广泛等特点，在对电缆沟的环境状态进行检查时必须打开沉重的电缆井井盖或者电缆沟上的盖板如图2所示，并借助监测仪器进行监测。依靠电力人员对电缆沟逐个排查，排查工作会有一定的难度且实时性较差，效率低下，往往不能及时的发现问题。所以，为了能够让巡检人员实时了解不同位置的电缆沟状态，及时对电缆沟内的问题作出处理，建立一个对电缆沟环境状态进行实时监测的系统则非常有必要。

一、智慧电缆沟---无线网络技术的监测方案

在基于无线网络技术的监测方案中，所利用到的无线通信技术按通信距离的远近GPRS、CDMA、数传电台通信技术等远距离通信技术与ZigBee技术、蓝牙技术、射频识别技术、NFC技术等近距离通信技术。随着无线传感器网络技术的高速发展，其ZigBee技术具有着成本与功耗较低诸多等优势，逐渐在工业监测领域得到运用。其原理为位于不同位置的传感设备基于规定的无线传输协议，组成一定的网络拓扑结构，将数据传输至监测中心，从而达到实时监测的目的。

（一）监控中心设计

统一管理信息平台包含所有系统组成，借助统一管理信息平台，能更好的实现电缆沟管理智能化。该信息平台在整个智慧电缆沟监测中处于核心位置，能够将各类电缆沟信息汇聚在一起，借助BIM技术以及数据聚合等技术，能够有效接收电缆沟内部各个方面信息，结合管理方面的实际需要对这些信息分类汇总，遇到电缆故障能够第一时间做出预警，并且还能根据数据显示等预测高压电缆中存在的风险发出警告。进行科学数据分析，将记录数据及时备份，对电缆的维修以及调整等进行集中运作，同时在电缆沟调度中心绘制运营视图，展开一体化管理。

（二）电缆破损在线监测

科学技术发展以及网络通信技术进步基础上，虽然我国在无线通信以及科学技术等方面正在不断提升科学质量，加强深入研究。但正是因为如此才会导致网络通信更容易受到损坏，并且干扰因素也逐渐增多，造成质量下降。高压电缆在通信技术方面具有重要作用，为了更好的改善其中存在不足，积极推行电缆破损在线监测，同时设置监测点，及时对其进行监测，将监测数据第一时间上报到信息中心，实施监控光纤信息运输变化，若是发现问题及时进行维修。

（三）电缆接地电流在线测试

高压电缆本身对于对于电力电信的防盗等具有非常重要的作用，通过在线监测技术建立通过感应的方式对电缆沟井进行检测，清晰掌握高压电缆沟井井盖的变化，准确分析沟井的开合情况，通过热感应方式，对人体红外线进行感应，能够准确掌握沟井中工作人员的基本位置，将位置第一时间传递到监测系统中。在进行在线监控期间只要井盖出现状况监控中心就会显示出来，同时除了工作人员是否有外来人员进入也会第一时间分辨出来，对于一些非正当理由进入的人员，监测系统会第一时间发出警报，同时启动井盖上的防盗系统以及感应器，防止侵入人员逃跑，在线监测系统很好的提升了高压电缆的防盗系统。

图3报警数据库的查询界面

（四）电缆防火在线监测

在线监测在系统对于电缆的监测还包含防火监测。在线监测系统对这方面进行详细研究，提出防火测试方案。防火测试主要是根据电缆温度的变化作为测试主体，设定固定的温度测试参考基本数据，通过对基本数据的测试，能够分析出电缆的温度变化，并且对其中的接头温度也进行测试。利用热电效应的原理，对电缆进行在线测试，保证电缆的正常应用以及运行。

（五）预警与报警系统

预警报警系统能够对综合电缆沟展开全程监测，通过多功能站将报警以及预警等方面信息向监控中心传递，当有灾情报警和预警时，及时做好应对工作疏散人员。另外，还可以通过通信系统将报警信息传递至电缆沟内工作人员，使工作人员人身安全得到保证。预警与报警系统有两个组成结构：在火灾报警系统方面，电缆沟内的光缆、电缆等都属于可燃物，一旦出现火灾，火势猛烈，很难及时扑灭，存在有触电危险，同时会严重影响到人们的社会生活以及社会经济秩序，必须要采取相应的安全处理措施实现对火灾的有效预防和控制。在智慧电缆沟火灾报警系统中，包含有分布式测温光纤、智能通信基站等设备结构，当有火灾出现时，电缆沟内声光讯响起，监控中心出现火灾区域画面，释放门禁，应急广播，使人员迅速撤离。防火门自动关闭，非消防电源切断，灭火装置启动，灭火后风机启动排出有害气体。在可燃气体探测报警系统方面，包含有分布式测温光纤、智能传感器、智能通信基站、多功能监测基站等组成设备，将天然气探测器、报警电话、声光报警器等先进设备布置在防火区内。监控中心设定好天然气报警浓度阀值，多功能监测基站在接入天然气探测器后，如果天然气管道舱浓度超过阀值，多功能监测基站将会自动启动事故通风设备，切断相关设备。浓度阀值的设定不能超过爆炸下限值，另外还可以通过危险气体积累以及可燃气体报警系统等方式实现对爆炸隐患的有效防范和处理，使燃气电缆沟设施运行的正常性、稳定性得到保证。

二、结束语

随着电缆沟在线综合监测系统的应用，监测系统的构架和布局日趋合理化、规范化，对电缆沟井内的电缆和环境等进行数据采集，并自动化的状态诊断与分析，及时做出合理判断并形成状态检修方案，实现电缆沟数据管理的标准化、精细化和智能化，将监测系统真正融入生产管理环节，搭建成面向未来的电缆沟运行管理新模式。

参考文献：

[1]贾庭兰，骆丽，李哲英.微处理器与DSP器件相结合的嵌入式系统结构设计，监测技术，2004，23：279-280

[2]李善平编.Linux内核2.4版源代码分析大全[M]，机械工业出版社，2002：30-50