0  引言

    国网陕西省电力公司西安供电公司南郊变电站--西部大道隧道电缆沟是西安局最为重要的电缆铺设通道之一。电缆沟长度约1 000米，内包含南大线、南郭线等7回输电电缆。2016年8月陕西省西安市南郊变电站因电缆沟井道内甲烷浓度超标加之温度过高，引燃缆沟内可燃性气体引起爆炸，导致变电站多台变压器及设备烧毁，辖区用户停电多天。在事件发生后，为确保变电站电缆的运行安全，监测电缆通道环境数据，需要对电缆沟隧道安装温湿度及气体、烟雾等传感识别器，实施电缆隧道的在线监测，实时掌握变电站现场电力输送情况。

1  电缆沟传感器识别技术简介

1.1  传感器监测采集系统

    变电站电缆沟传感器识别采用KH-2010前端危险环境采集系统，该系统包含如下功能：

    （1）原始采集数据库中的所有测量值采用的是自适应速率进行更新，同时可实现用户按照被采集数据的重要程度来自定义更新速率。

    （2）为保障原始数据库中的所有数据能准确、实时地反映变电站电缆沟廊体内的温湿度、复杂危险环境变化情况，数据库可自定义的设置自动更新周期。

    （3）当检测到某个数据有多个环境监测来源时可自动实现将此不同数据来源进行逐个对比，实现智能判断选用数据溯源；当多个监测源头的数据间差值超出了预先设置的预警阈值，则进行闪灯及蜂鸣警报预警。

    （4）可实现对变电站电缆网地下缆沟内部环境数据进行实时采集、监控，当监测到数据传输失败则会自动切换到备用通道，并向数据监测人员发送预警信号。

    （5）用户可任意选择一种通信口进行配置，并设置采集盲区（百分比）、采集时间、备份信道切换条件（出错百分比）等通信参数。

    （6）变电站电缆沟传感器上级主站监测系统可实现向省公司其他系统进行信息分发。

    KH-2010电缆隧道集控系统可以提供多源数据采集和处理的功能，可获取的数据源兼容性高，并发处理性能好，数据采集可包含如下维度：

    （1）来自专线分布式光纤测温系统、隧道环境监测系统、隧道安防系统和调度自动化系统数据；

    （2）来自备份网络通信接入的其他电缆沟集中监控系统采集的原始数据；

    （3）来自电缆沟廊体一线人工手动录入的原始数据；

    （4）来自系统标准时钟发送的数据；

    （5）来自本地监控装置采集获取的原始数据；

    （6）其他数据来源补充的数据。

1.2  传感识别系统应用范围

    KH-2010电缆隧道集中监控系统可实现处理如下数据，并提供对应描述：

    （1）系统模拟运行获取的数据；

    （2）系统运行过程状态量数据、监控预警数据；

    （3）数字量如：频率、电度量等；

    （4）一线人工手动录入的原始数据；

    （5）设备的异常信号数据；

    （6）监控设备运行状态信息。

2  基于传感器识别技术的电缆沟监测技术架构

2.1  技术架构

    特高压变电站电缆隧道集控系统采用分布式分层设计的原则，变电站电缆隧道集控系统架构共包含五个层级，分别为：

    （1）硬件平台层  硬件平台层的要求不苛刻，可采用如RISC/CISC体系结构的计算机。

    （2）操作系统平台  操作系统无限制要求，可选用主流的LINUX和Windows操作系统。

    （3）通用中间件层  通用中间件层是连接两个不同系统之间的介质，其作用是使得系统具有应用组件所带来的如异构系统、可伸缩可互操等优越性。

    （4）支撑层  统一支撑平台层构筑在应用层和通用中间件层之间，期作用是为各类电力系统应用软件的开发和运行提供统一的支撑平台，主要包括系统管理平台、报警事件管理平台、人机子系统、前置通信处理平台、面向对象数据库管理平台、分布式网络通信管理平台。

    （5）应用层  应用层是前端用户作业层，其作用是实现各类电缆隧道监控的前端一线监测应用，主要包括：电缆隧道集控中心、分布式电缆监测、环境监测、安防、应急通信等。

2.2  数据架构

    基于传感器识别技术的电缆沟监测集控系统通常采用分布式布局结构，用以满足监控系统的维护、扩容升级等要求。缆沟监测集控系统数据库及应用服务器的所有内外部数据通信均基于普适的工业标和国际标准，体现了本监测系统的开放性和兼容性。

    电缆隧道集控系统采用双网络布局结构划分网段，工作站间利用工业标准级的局域网连接，按照前端应用功能来分配服务器和工作。

    电缆隧道集控系统通过耦合式模块化设计，各组件间均使用的是标准接口及产品，遵循工业软硬件标准实现软件和硬件之间的相互独立性，使该系统易于扩充、升级，方便系统的日常运行管理。

    电缆隧道集控系统前置机将前端采集的数据实时传输至集控系统服务器，服务器将原始数据进行处理后，采用广播方式同步至应用服务器和工作站，使各个节点获取信息保持一致，从而完成电缆沟内部各个监测点上的数据采集、监控、分析、控制等功能。

3  基于传感器识别技术的电缆沟监测内容研究

    本项目监测系统主要研究内容包括：隧道内气体检测（一氧化碳、甲烷、氧气、硫化氢）、隧道内水位检测、隧道内温湿度监测、烟雾监测以及隧道出入口电子防盗井盖检测，并在南郊站建设数据监控子站，同时将实时监测数据上送至统一监控平台。

    因变电站附近地下电缆沟构造复杂，地上涉及变压器、开关柜等特高压设备，环境复杂，需要对缆沟环境进行综合监测，本研究主要监测的项目包括：建立统一的供电、通信通道，实现隧道内气体检测、水位监测、温湿度监测、烟雾、可燃气浓度监测等；实现南郊变隧道出入口电子防盗井盖监测；实现南郊变隧道在线监测子站监测；实现井盖防入侵监测；实现与统一管理平台的数据接口，将电缆隧道在线监测数据上送至统一管理平台。

3.1  供电、通信通道

    在南郊变—西部大道隧道内部敷设供电电缆，并建设电源管理系统，为监测设备提供AV220V电源接入。在南郊变—西部大道建设光纤通信网络，满足当前监测设备数据上传需求，同时为以后新增监测设备留有余量。

3.2  监测子站系统构建

    在南郊变电站设备设备机柜，放置监控主机以及其他网络设备，实现数据实时上传、数据存储及数据查询等。

    电缆隧道集控监测系统基于Internet分布式网络管理子系统，其优点是可实现在冗余配置网络上的程序之间形成快速、精准的连接，一旦产生因系统故障或网络切换问题而发生通信故障时网络管理子系统能够通过其他可选的网络路径快速重新建立连接。

    分控变电站通信汇集型二级远程集控监测平台通过现有的综合数据网以TCP/IP以太网接口的通信方式将全断面监测数据信息传送至已建的隧道多状态在线监测子系统服务器，由子系统服务器把采集的护层电流监测数据处理后通过甲方指定的通信协议上传到主站系统，同时可以接收主站系统的远程控制命令，达到远程集中监测、集中显示报警、集中联动控制和集中管理的目标。

3.3  隧道出入口井盖监测

    对隧道出入口井盖加装电子内井盖，实现井盖开启关闭状态报警，并配合被动式红外监测，实现井盖人员出入监测。

3.4  可燃气体、温湿度、烟雾、水位监测

    传感器设备采用KH-2010前置采集系统，KH-2010前置采集系统可实现由一线用户根据被测数据的重要性来确定原始数据库内测量值可采用不同的更新频率且所有的数据应当每隔一定周期进行一次全量扫描更新，以保证数据库中的数据都能准确、实时的反映当前隧道的环境状态。

    以本项目可燃气体、温湿度、烟雾、水位监测为研究对象，传感器识别监测通过多个监测来源，允许值班员确定选用监测来源对象并可实现进行逐个比对。如果不同来源的数据之间的差值超出预算设置的阀值，则产生蜂鸣及闪灯报警。电缆隧道集控监测系统具体工作流程如下：

    首先，通过终端监测耦合装置，即温湿度、危险气体等各种传感器和远程控制动作机构对电缆沟内复杂环境进行实际信息采集。本研究主要终端监测耦合装置为电缆沟通道内有害气体传感器、温湿度传感器、可燃气体传感器、分档式水位探测仪等，通过以上传感器识别监测终端获得第一手原始数据。

    其次，通过隧道环境监测通用采集器（气体传感器、温湿度传感器、液位开关等）、远程状态监测控制单元及水泵、风机、照明控制器装置等各种数据采集传输装置和远程控制单元，实现终端识别设备实时检测采集一手原始数据、进行数字化预处理、控制等功能。

    第三，通过由电缆、光缆组建而成的具备远程供电和对通信信号传输技术的数字总线通信网络对由传输采集装置和远程控制单元进行数字化预处理的数据进行实时传输。

    第四，由涉及多状态综合监控主机及无线综合监控主机等软硬件设备组建的二级远程集控监测平台，对进行过数字化处理的信号数据进行统计分析存储。

    最后，由监测系统最上层应用服务器、数据库服务器、打印终端、监控大屏、输配电电缆网综合监测平台等软硬件设备组建的电网运行维护中心一级集中监控管理应用系统将原始识别的信号经过层层数字化转换，通过设置监控预警阀值用折线图、柱状图、趋势图等直观的展现形式投射在监控大屏上，一旦监测数据接近设置的预警阀值，便进行闪灯和蜂鸣预警，以达到实时监测的目的。

4  结论

    本研究主要监测耦合终端设备为电缆沟通道内有害气体传感器、温湿度传感器、可燃气体传感器、分档式水位探测仪等，通过以上传感器识别监测终端获得电缆沟通道内复杂环境及相关电力设备的第一手原始数据以便于特高压变电站一线作业人员，中层管理人员和高层领导可实时掌握重点电力物资设备运行情况，提前获取预警信息，及时发现和处理电力电网设备隐患。

    基于传感器识别技术的应用，极大地提高了特高压变电项目基建现场重点电力设备资产的信息化、智能化管理水平。强化了特高压变电站现场作业的及时性、可视性，实现了国家电网公司变电站现场电力物资设备管理的有序性、实时性、标准性、准确性和高效性的目标追求。

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作者信息:

王  超，张晓枫，解利冬

（国网信通产业集团北京中电普华信息技术有限公司，北京100089）