時 翔 趙生傳 陳志勇 韓克存

（1.青島供電公司，山東 青島 266002；2.山東電力集團公司，濟南 250001）

目前國內(nèi)對于電纜的管理還處于計劃檢修階段，一般采用定期進行主絕緣和交叉互聯(lián)系統(tǒng)的預(yù)防性試驗以及測溫測負荷的方法對電纜的運行狀況進行檢查。通過將上述檢查結(jié)果與規(guī)程中的標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，若是超標(biāo)則安排維修計劃對設(shè)備進行停電檢修[1]。從經(jīng)濟角度和技術(shù)角度來說，計劃檢修都有很大的局限性。例如定期試驗和檢修造成了巨大的經(jīng)濟浪費：據(jù)統(tǒng)計在定期檢查和維修中，僅有60%的花費是必要的。此外，在不同于設(shè)備運行條件的低壓下檢查，許多絕緣缺陷和潛在的故障無法及時發(fā)現(xiàn)，且為了對電纜進行預(yù)防性試驗，還要定期安排運行電纜停電，增加了電纜設(shè)備的停電時間，與社會發(fā)展對電網(wǎng)高可靠性，低停電率的要求越來越不相適應(yīng)[2]，因此，提高監(jiān)測電纜狀態(tài)的技術(shù)水平，實現(xiàn)電纜的智能化監(jiān)測及狀態(tài)檢修勢在必行。

青島市電力隧道數(shù)量和規(guī)模在國內(nèi)外都處于領(lǐng)先地位，目前已實現(xiàn)分散的變電站及電力電纜監(jiān)控，但仍然沒有實現(xiàn)全市電纜網(wǎng)監(jiān)控。山東省集團公司生技部正在建設(shè)山東省配電網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)，目前青島市生產(chǎn)PMS已正常投入運行，深入開展電纜及其溝井智能監(jiān)測技術(shù)研究已具備條件。本文在積累電纜網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)及狀態(tài)診斷的基礎(chǔ)上，開發(fā)電纜網(wǎng)運行狀態(tài)診斷評估系統(tǒng)，實現(xiàn)了電纜網(wǎng)系統(tǒng)的運行專家?guī)臁⒃O(shè)備評估、狀態(tài)檢修等功能。

1 系統(tǒng)架構(gòu)分析

1.1 總體架構(gòu)分析

電力電纜隧道集控中心采用分布式分層設(shè)計的原則，總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

1.2 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)通過模塊化設(shè)計、使用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和接口、遵循國際軟硬件標(biāo)準(zhǔn)、使用標(biāo)準(zhǔn)工具箱，盡可能地提高軟、硬件的相互獨立程度，使得系統(tǒng)易于擴充和升級。組成系統(tǒng)的各節(jié)點統(tǒng)一的、風(fēng)格一致的運行信息輸出體系，方便使用及對系統(tǒng)的日常管理。

圖2 軟件架構(gòu)圖

1.3 網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)設(shè)計

電纜隧道集控系統(tǒng)從電網(wǎng)二次系統(tǒng)安全防護體系的角度進行設(shè)計，采用了以下的安全管理措施：

1）依據(jù)全國電力二次系統(tǒng)安全防護總體框架的“三層四安全區(qū)”，采取整體規(guī)劃設(shè)計[3]。電纜隧道集控系統(tǒng)屬于安全區(qū)Ⅱ，與屬于安全區(qū)Ⅲ的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用硬件防火墻，安全區(qū)Ⅱ與屬于安全區(qū)Ⅲ的 WEB服務(wù)器間采用網(wǎng)絡(luò)安全物理隔離設(shè)備。電纜隧道集控系統(tǒng)與外部邊界通信、訪問其它不同安全等級系統(tǒng)都采取嚴(yán)格的安全措施。“三層四區(qū)”安全防護體系不降低電纜隧道集控系統(tǒng)運行的可靠性，并保證系統(tǒng)實時、連續(xù)的運行，不影響電纜隧道集控系統(tǒng)本身業(yè)務(wù)的運行，采取的安全隔離措施可以適應(yīng)未來電纜隧道集控系統(tǒng)的升級和新技術(shù)的應(yīng)用。

2）通過系統(tǒng)統(tǒng)一的身份認(rèn)證，判斷登入網(wǎng)絡(luò)的人的身分，驗證用戶的身份與所宣稱的是否一致，以保證非法者無法進入。

3）數(shù)據(jù)通信使用電力系統(tǒng)專用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，配置高性能防火墻或具有物理隔離功能的網(wǎng)關(guān)，防止外部非法入侵，這種網(wǎng)關(guān)/防火墻對網(wǎng)絡(luò)控制管理是透明的。

圖3 網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)

2 系統(tǒng)功能分析

2.1 基本功能分析

1）井蓋監(jiān)控子系統(tǒng)

集中式井蓋監(jiān)控子系統(tǒng)主要實現(xiàn)電纜通道電纜井蓋的集中監(jiān)控和管理，在總站主機授權(quán)核準(zhǔn)的情況下完成遠程主控開啟命令的下達。方便的實時監(jiān)視井蓋鎖的狀態(tài)，實現(xiàn)維護人員與井蓋控制終端的檔案管理、工作記錄、非法開啟報警等功能。

2）視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

電力電纜隧道視頻監(jiān)控是在隧道內(nèi)安裝監(jiān)控攝像機和智能視頻分析服務(wù)器，形電纜隧道提供狀態(tài)實時監(jiān)控管理系統(tǒng)，是基于數(shù)字視頻、語音信號、遠程監(jiān)控等技術(shù)，監(jiān)控攝像機采集各點的實時狀況視頻信號，將視頻信號接入到電纜運行監(jiān)控總控中心，相關(guān)監(jiān)控部門和人員通過遠程實時瀏覽視頻圖像；圖像監(jiān)控報警聯(lián)動功能，起到對突發(fā)事件及時預(yù)警和及時處理的作用，避免人工值守的傳統(tǒng)方式容易因疲勞或疏忽而錯失及時發(fā)現(xiàn)并制止安全事件的時機。

圖4 事故信號回路圖

3）告警管理。所有告警信息均在告警窗實時顯示，顯示內(nèi)容包括日期時間、地區(qū)及廠站名、監(jiān)控設(shè)備、告警內(nèi)容及其它信息；不同級別的告警信息分色顯示，其色可設(shè)置；可按分層分區(qū)分類選擇顯示，以卡片方式分類提示和選擇

4）隧道多氣體監(jiān)測。多氣體監(jiān)測系統(tǒng)采用近紅外光譜吸收技術(shù)，用半導(dǎo)體激光器和光纖進行測量和傳輸，在測量現(xiàn)場實現(xiàn)了傳感器不帶電檢測，安全可靠。具有測量精度高，測量范圍大，響應(yīng)時間短，不受環(huán)境中其他氣體影響，穩(wěn)定性好，校正周期長等特點。

2.2 高級應(yīng)用功能分析

1）載流量分析。載流量分析基于分布式光纖測溫得到的實時及歷史數(shù)據(jù)。測得電纜的外護套表面溫度或絕緣表面溫度后，一項重要的工作就是要建立護套表面溫度或絕緣表面溫度與電纜線芯溫度或載流量之間的對應(yīng)關(guān)系，從而可以根據(jù)測得的溫度值推算電纜線芯溫度，評估實際負荷情況，了解負載裕度，并進一步對負荷進行合理調(diào)度。

2）事故追憶與重演。事故追憶功能將事件發(fā)生前后較長一段時間內(nèi)的電纜隧道系統(tǒng)的運行狀況記錄下來，供值班員事后真實、方便地分析、研究、重演。重演內(nèi)容包括電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)功能、告警功能，輔助功能有告警報告一覽、追憶過程趨勢曲線記錄、追憶文件管理等。

追憶重演通過專用的播放器完成，操作簡單直觀，類似于電影播放機?？梢钥刂浦匮莸乃羞^程，包括：前行、回退、暫停、播放、停止、退出等功能；演示模式有單步、連續(xù)兩種；可以按時間尋找演示點。

3）電力電纜分析預(yù)警?；诟倪M非等間隔差分方程的高壓電力電纜溫度預(yù)測，通過對專家?guī)斓姆治龊陀嬎?，結(jié)合影響數(shù)據(jù)變化的其它因素，預(yù)測未來指定時間段內(nèi)的溫度變化情況。有助于了解系統(tǒng)未來的運行狀況，尤其是對可能發(fā)生的運行缺陷提前掌握，做好應(yīng)對準(zhǔn)備，保證電纜的可靠運行。

圖5 電力電纜分析預(yù)警圖

3 結(jié)論

青島市供電公司對電纜及其溝井智能監(jiān)測技術(shù)研究可以保證電力電纜系統(tǒng)正常運行，確保城市供電安全，提升智能化城市電纜網(wǎng)管理。更好開展輸電電纜的狀態(tài)檢修、強化高壓電纜運行維護管理、細化高壓電纜及附屬設(shè)施方面的缺陷管理、完善高壓電纜集中監(jiān)控管理，逐步實現(xiàn)電力電纜網(wǎng)的自動化、智能化管理，建立統(tǒng)一完善的電力電纜網(wǎng)的遠程監(jiān)控管理中心。青島市供電公司對電纜及其溝井智能監(jiān)測技術(shù)研究填補了國內(nèi)空白，其中該系統(tǒng)中的電力電纜溫度分析預(yù)警、電力電纜安全運行評估的建立在國內(nèi)都是首次提出的，相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平，應(yīng)用系統(tǒng)完成了由被動搶修變?yōu)橹鲃訐屝薜霓D(zhuǎn)化，實現(xiàn)了電力電纜及電纜隧道監(jiān)控管理模式的創(chuàng)新。

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