高压电缆及电缆隧道监控系统
电缆隧道综合监控平台设计与应用
电缆隧道综合监控平台设计与应用摘要：随着我们城市化进程的不断深入，对城市所赖以存在的各项公共基础设施建设，尤其是城市电网不断提出更高的要求。
高压电力电缆在美化环境、节约用地、供电可靠性等方面的优势得到逐步体现，并得到越来越广泛的应用。
目前全国主要城市高压电缆及电缆隧道迅速增长，架空线路逐渐被地下电缆方式取代，使得供电公司对高压电缆及电缆隧道的运行维护方面都面临着巨大压力。
计算机技术、网络技术、信息技术以及智能电网技术的不断进步，使得电缆隧道综合监控平台的建设成为可能。
通过电缆隧道综合监控平台，运维人员能够及时发现电缆本体绝缘局部放电情况、电力电缆环境温度异常、外部入侵以及隧道内环境等隐患，及时掌握电缆的运行状况，根据设备运行状态安排检修维护，从而降低电缆及附属设备故障概率，提高高压电缆电缆线路供电的安全性和可靠性。
基于此，本文对电缆隧道综合监控平台设计与应用进行深入研究，以供参考。
关键词：电缆隧道;综合监控平台设计;应用引言电缆隧道综合监控平台的推广和应用逐步减少了运维人员周期性运检需求，通过综合监控平台提供的各种技术监测手段，实时监测高压电缆及隧道的运行状态。
并根据综合监控平台提供的预警信息采取相关预防和检修措施，将潜在的缺陷和隐患及时排除，避免发展成电缆故障，影响供电，最大程度减少损失。
同时，也降低了人工巡视需要的人力、物力支出，降低电力电缆隧道的整体运行维护成本。
在有些极端恶劣甚至危险的环境中，有效防止发生人身事故。
1电缆隧道综合监控平台总体设计1.1功能和目标电缆隧道综合监控平台通过将电缆及隧道内分布式的设备运行信息采集并集中起来，实现对电缆设备及隧道环境数据的集中监视、管控一体化目标。
北京供电公司、济南供电公司、青岛供电公司等各省市电力公司从2007年以来开始对高压电缆隧道采用电缆隧道综合监控系统，实现对电缆本体以及电缆隧道环境不同监控对象的全面监视。
通过建设电缆隧道综合监控系统，实现以下目标：(1)打破信息孤岛，实现高压电缆及隧道在线监测系统的统一运维，完成对电缆本体、附属设施和运行环境的全面监视和控制；(2)实现高压电缆日常生产工作的指挥、调度；(3)实现对高压电缆设备、附属设备设施及运行环境的实时在线统一监控；(4)实现依据设备状态统筹安排检修生产任务，为实现从计划检修到状态检修提供技术支持；(5)实现对高压电缆主设备及运行环境的科学评估及分析；(6)最终形成坚强智能电网下的电缆生产运行管理新模式。
110kV高压电缆故障分析及运行维护措施
110kV高压电缆故障分析及运行维护措施发布时间：2023-01-04T07:31:41.598Z 来源：《福光技术》2022年24期作者：甫鲁交黎明[导读] 外部施工是对高压电缆安全运行造成破坏的主要原因之一，众所周知，高压电缆基本上都是敷设在地下，即便产生故障，在通道的外部实际上也很难通过直接观察发现。
新疆新能发展有限责任公司托海水力发电厂新疆维吾尔族自治区 835112摘要：随着城市经济的高速发展以及架空线路慢慢朝着埋地式升级，城市供电网逐渐提升了关于电力线路可靠性以及安全性的要求。
110kV高压电缆处于埋地环境，往往容易出现各种故障，对供电线路的安全性以及可靠性产生着极大的不良影响。
因此，笔者将对110kV高压电缆故障分析及运行维护措施进行全面分析。
关键词：110kV；高压电缆；故障；运行；维护；措施1 110kV高压电缆常见故障1.1外部施工外部施工是对高压电缆安全运行造成破坏的主要原因之一，众所周知，高压电缆基本上都是敷设在地下，即便产生故障，在通道的外部实际上也很难通过直接观察发现。
且部分电缆沟、电缆隧道电缆层排布错综复杂，这也提高了高压电缆安装的难度。
部分安全意识不足的施工单位就会在不清楚当地管线敷设细节的条件下直接施工，最终对高压电缆造成损坏。
对于此种情况，技术人员可以从两方面入手降低电缆产生故障的概率，一种是在工程验收阶段加强对电缆通道标识桩的检查力度，尤其是比较特殊的位置。
另一种则是组织成立外力施工破坏的专项部门，协商之后再合理推进工作。
1.2支架断裂在当前我国的电缆隧道和沟道当中，投入电力行业应用，最普遍的电缆支架有两种类型，其中一种是复合型玻璃钢支架，另一种则是角钢支架。
在长时间的电缆线路巡视工作落实过程中，可以发现电缆隧道和沟道通常都具有一定坡度和转角，简而言之就是结构比较复杂。
这些情况都是导致电缆支架产生断裂和脱落情况的主要原因，且一旦产生脱落的情况必然是大面积的断裂。
电力电缆隧道综合监控系统的应用
隧道综合监控系统（二级监控平台）的数据通过TCP/IP以太网接口送至变电站通信机柜，由变电站通信机柜传至电业局送电部的一级监控中心。如果电业局管辖范围内的所有电缆隧道均安装了隧道综合监控系统（二级监控平台），高级管理人员可在一级监控平台查看任何一条电缆隧道当前的运行情况，变电站内的运行人员可在二级监控平台查看相应隧道的运行情况。各级监控平台还可设置不同层级的监控权限，真正实现了分级分层的自动化管理，大大提高了电业局的工作效率和现代化管理水平。
提示工作人员迅速处理火灾。
3.2气体监测系统
电力电缆隧道中如果存在有毒有害气体，并且无法及时排出时，对进入隧道巡检的工作人员人身安全造成极大威胁，针对该问题，必须对电缆隧道中容易产生的CH4、H2S、CO等有害气体，进行实时监控。对电缆隧道防火墙划分为若干分区，在各分区内设定一组环境监测传感器，对有害气体进行实时监控，将采集到的环境信息传输到综合监控平台。同时，还需对隧道内的空气温湿度、含氧量进行监控，尽可能的保障工作人员的人身安全。
3综合监控系统功能设计
3.1火灾预警系统
该功能模块主要采用预警/控制总线连接方式，由火灾预警控制主机与火灾探测器、消防联动装置以及报警提示设备组建构成，可接收各探测区域返回具有地址码的火灾预警信号，并显示详细的位置与信息。在隧道两头各设立1个火灾控制器，火灾预警控制器接收到火灾报警信号后，可手动或自动向防火门、风机、消防设备发出控制信号，并给予报警信号。
3.3环境温度监测系统
随着社会用电需求的不断增长，电缆隧道长度也随之增加，传统线性感温电缆已无法满足当前环境温度的监测需求，综合监控系统设计采用分布式测温光纤系统，该系统是由光电检测器、二极管激光器、信号处理器、传感回路以及计算机处理模块等设备构成。具有可定位、精度高、稳定性强等特点，可对单通道1.5-4.5km长度范围内的电缆进行温度监控。每个监控控制区均可进行预警参数的设定。最多可设定500个电缆监控点，监控点与系统主机相连，可准确显示电缆的报警信息、温度轨迹以及受损点。
基于PLC技术的长距离电缆隧道监控系统
长 ，宜采 用 分 布 式 监 控 系统 。 系统 由一 个 主控 制 站
和 多个 远 程 控 制 单元 组 成 。 主控 制 站 和 远 程 控 制 单
为保 障电力 电缆 的安全 运行 ，在 长距 离 电缆 隧道
在不 考虑设 隧道 控制 中心 的环 境下 ，主控 制站和
沿 线设 置 供 配 电 、照 明 、排 水 、通 风 等 设 施 。采 用
以 可 编 程 序 逻 辑 控 制 器 Ｐ Ｃ （ ｒｇａ ｍａｌ Ｌ ｇｃ Ｌ Ｐｏｒｍ ｂｅ ｏｉ
主控 制站 和远程 系统 单元 的核 心 是 Ｐ Ｃ Ｌ Ｌ 。Ｐ Ｃ由
Ｃｎｒｌｒ ｏｔ ｌ ）为核心 的监控 系统 实现 对这 些 设施 的 自动 ｏｅ 监视 和控制 以及 隧道 内温度 监测 、防盗报 警 。
监控 系统通 过实 时监测 和 自动控制 功 能保 障 电缆
隧道 可安 全 、正 常地 运 行 ，同 时可 为 管 理 和 决 策 提 供基 础数据 。
摘 要 ：长 距 离 电缆 隧 道 用 于 ２ ０ｋ ２ Ｖ、 ｌ Ｏｋ 高 压 和 中 压 、低 压 电力 电 缆 的 人 地 敷 设 ，距 离一 般 超 过 ２ｋ １ Ｖ ｍ。 为 了保 证
电缆 隧道 的正 常 运 行 ，提 高 隧道 日常 管 理 水 平 ，需 在 电缆 隧道 内建 立 一 套 功 能完 善 、可 靠 的监 控 系 统 。结 合 应 用 实 践 ， 阐述 了 在 电 缆 隧道 内 建 立 基 于 可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ Ｌ ） 的监 控 系 统 ，实 现 对 隧道 内供 配 电 、照 明 、排 水 、通 风 等设 ＰＣ 施 的 自动 监视 和 控 制 ， 隧道 内温 度 监 测 ， 防盗 报 警 等 功 能 的 应用 方 案 。 可 为建 立 长 距 离 电缆 隧道 的基 于 Ｐ Ｃ的 监 控 系 Ｌ
ZYNQ平台的电力电缆及隧道区域采集控制单元设计
Z Y N Q平台的电力电缆及隧道区域采集控制单元设计王振华1,江燕良2,陈号2(1.许继电气技术中心,许昌461000;2.许昌许继软件技术有限公司)摘要:针对当前高压电缆隧道本体及环境监测装置需求的不断提升,提出了一种电力电缆及隧道区域采集控制单元的设计方案㊂该方案以嵌入式㊁小型化㊁就地化为设计理念,选用X i l i n x的可扩展处理平台Z Y N Q7000系列芯片,集成了A R M嵌入式处理器和F P G A等性能,它在功耗㊁成本㊁处理速度和可扩展性方面满足设计需求[1]㊂本文从硬件和软件两方面详细介绍了区域采集控制通信单元总体功能架构㊁组网方式以及设计方案㊂试验结果表明,该方案能有效实现电缆本体监测装置的接入及隧道环境监测功能,满足高压电缆隧道本体及环境监测的工程应用需求㊂关键词:区域采集控制;Z Y N Q7000;A R M;F P G A中图分类号:T P274.2文献标识码:AP o w e r C a b l e a n d T u n n e l A r e a A c q u i s i t i o n C o n t r o l U n i t B a s e d o n Z Y N QW a n g Z h e n h u a1,J i a n g Y a n l i a n g2,C h e n H a o2(1.X u J i E l e c t r i c a l T e c h n o l o g y C e n t e r,X u c h a n g461000,C h i n a;2.X u c h a n g X u J i S o f t w a r e T e c h n o l o g y L T D)A b s t r a c t:I n v i e w o f t h e i n c r e a s i n g d e m a n d o f t h e c u r r e n t h i g h v o l t a g e c a b l e t u n n e l b o d y a n d e n v i r o n m e n t a l m o n i t o r i n g d e v i c e,a d e s i g n s c h e m e o f p o w e r c a b l e a n d t u n n e l a r e a a c q u i s i t i o n c o n t r o l u n i t i s p r o p o s e d.C o n s i d e r i n g t h e e m b e d d e d,m i n i a t u r i z a t i o n,o n-s i t e t o d e s i g n i d e a,t h e X i l i n x e x t e n s i b l e p r o c e s s i n g p l a t f o r m Z Y N Q-7000s e r i e s c h i p i s s e l e c t e d,w h i c h i n t e g r a t e s w i t h t h e A RM e m b e d d e d p r o c e s s o r a n d F P G A.T h e p e r f o r m a n c e,p o w e r c o n s u m p t i o n,c o s t,p r o c e s s i n g s p e e d a n d s c a l a b i l i t y c a n w e l l m e e t t h e d e s i g n n e e d s.T h e o v e r a l l f u n c-t i o n a l a r c h i t e c t u r e,n e t w o r k i n g m o d e a n d d e s i g n s c h e m e o f t h e r e g i o n a l a c q u i s i t i o n a n d c o n t r o l c o mm u n i c a t i o n u n i t f r o m t h e a s p e c t s o f h a r d w a r e a n d s o f t w a r e a r e i n t r o d u c e d.T h e e x p e r i m e n t r e s u l t s s h o w t h a t t h i s s c h e m e c a n e f f e c t i v e l y r e a l i z e t h e a c c e s s o f t h e c a b l e b o d y m o n i t o r i n g d e v i c e a n d t h e m o n i t o r i n g f u n c t i o n o f t u n n e l e n v i r o n m e n t,a n d m e e t t h e e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n r e q u i r e m e n t s o f t h e h i g h v o l t-a g e c a b l e t u n n e l b o d y a n d e n v i r o n m e n t a l m o n i t o r i n g.K e y w o r d s:a r e a a c q u i s i t i o n c o n t r o l;Z Y N Q-7000;A RM;F P G A引言随着国家电力基础设施投资逐年增加,城市加速发展,电力隧道㊁壕沟和高压管道长度迅速增长㊂随着电力负荷的急剧增加,电力公司面临着电力电缆运行和维护的巨大压力[2]㊂35k V以上电缆采用带有金属护层的单芯电缆,金属护层与芯线中的电流发生磁感应,会产生感应电压,所以金属护层需要良好接地,否则累积电位过大会击穿电缆护套,放电甚至起火[3]㊂管廊内环境可能存在有毒有害气体㊁可燃气体,需要风机控制导风排风,同时管廊内会灌水,要求设备具有I P68防护等级,可检测水位并控制水泵排水㊂目前使用计划检修和定期巡视的方式,导致直接或间接的经济损失,并且很多其他绝缘缺陷与潜在的故障无法及时发现[4]㊂本文提出了一种基于Z Y N Q7000的区域采集控制通信单元,它能以极低的成本配置多种高速外围设备,用于实现电缆本体监测设备接入和隧道环境监测等功能[5]㊂Z Y N Q7000采用X i l i n x最新的基于28n m工艺流程的Z y n q7000A l l P r o g r a mm a b l e S o C平台,将A R M和F P-G A架构紧密集成,二者可以共享内存,提高性能,同时降低系统功耗[6]㊂采用A X I4连接总线,增加了F P G A与处理器之间的带宽㊂1系统架构及原理1.1系统架构区域采集控制通信单元就地安装,通过R S485总线与电缆本体监测装置和环境监测传感器进行通信,以百兆光纤环网组网方式与监测主机进行通信,完成电缆区域内就地装置的管理,实现电缆本体监测设备接入和隧道环境监测功能[7]㊂系统总体组网架构如图1所示㊂图1 系统总体组网架构图该系统主要包括以下功能模块,其整体功能结构如图2所示㊂图2 系统总体功能架构图①数据采集功能:通过R S 485总线或4~20m A直流模拟量通道采集电缆隧道气体含量㊁集水井水位和温湿度等信息㊂4路R S 485接口分别接入电缆本体监测单元㊁气体传感器㊁温湿度传感器和水位传感器㊂8路4~20m A 直流模拟量采集回路,用于信息直采时接入环境传感器,分别为气体传感器(4通道)㊁水位传感器(2通道)和温湿度传感器(2通道)㊂②控制功能:对现场监测数据进行分析判断后,就地联动或远程控制相应区域的前端设备(目前指风机㊁水泵和照明),通过开出进行控制㊂12路开入用于接入风机㊁水泵㊁照明状态信号;9路开出用于控制风机㊁水泵㊁照明㊂③通信功能:2路L C 光以太网口,用于组建光纤环网与监测主站通信;1路电以太网口为调试端口,主要用于设备调试[8]㊂④分析及报警功能:具备接入信息的分析及预警功能,报警阈值可配置,分析结果可上送至光纤环网㊂⑤存储功能:应具备1年的数据储存能力,存储空间为256M B ㊂⑥事件记录功能:应具备装置运行信息㊁报警事件信息和控制事件信息记录功能[9]㊂⑦对时功能:通过以太网接收S N T P 对时信号,实现装置时间同步㊂⑧自检功能:装置自身软硬件自检㊂1.2 工作原理系统以区域采集控制单元为基础需求,整体结构采用 C P U + 智能I /O + A /D 的方案,C P U 芯片作为系统核心,外扩一片M 4单片机实现智能I /O接口,同时C P U 直接接入A /D 芯片采集模拟量㊂C P U 通过光模块与外部通信,对外通信接口主要有调试口㊁百兆环网口和R S 485通信口,主要完成保护算法运算㊁逻辑判断㊁装置与外部的通信等功能,实现电缆本体及环境信息的采集㊁分析以及61850转出㊂系统工作原理如图3所示㊂2 系统设计系统采用X i l i n x 的X C 7Z 010L 1C L G 400I 作为中央处理器,主要包括S o C 芯片及其相关的D D R 和F L A S H 等,同时C P U 部分还配备了用于与外界通信的光模块,用于模拟量采集的A /D 芯片以及用于与智能I /O 进行通信的C A N 总线[10]㊂图3 系统工作原理框图对外通信接口有调试口㊁S V /G O O S E /MM S 组网㊁B 码对时㊁P P S 秒脉冲等;对外通过S P I 与A /D 芯片通信进行数据采样;通过C A N 总线方式扩展开入开出,并通过G P I O直接驱动装置指示灯㊂其中部分包括总线㊁㊁2总线㊁等功能接口,P L 部分包括R M I I ㊁S P I ㊁M I I ㊁E M I O 等功能接口㊂系统总体设计框图如图4所示㊂图4 系统总体设计框图2.1 硬件电路设计系统硬件电路主要包括以下5部分:核心C P U ㊁智能I /O ㊁直流模拟量采集R S 485数据收发和通信接口㊂系统硬件电路设计框图如图5所示㊂图5 系统硬件电路设计框图2.1.1 C P U 模块C P U 采用X C 7Z 010L 1C L G 400I ,P S 部分通过两片D D R 和两片Q S P I N O R F L A S H 实现最小系统配置,双D D R 的其中一片用于E C C 校验,另一片用于普通内存;双F L A S H 的其中一个用于存储引导程序,另一个用于存储应用程序和数据[11]㊂P L 部分主要实现C A N 通信㊁启动信号㊁R S 485数据收发和A /D 采样等功能㊂由P S 侧的两路C A N 从S o C 内部导至P L 侧输出;启动信号S T A R T _P 和S T A R T _N用作控制出口继电器的启动电源;通过R S 485芯片接收其他采集单元传输的信息,并发送控制命令;接入直流模拟量,由一片A D 7606采集8路模拟量信息,并且控制信号由S o C 独立控制㊂2.1.2 通信接口模块两路L C 光以太网口,用于组建光纤环网与监控主站通信㊂采用P L 侧直接引出两路百兆光以太网口用于环网,通过F P G A 逻辑生成M A C 进行控制,接口采用双联S F P 网口形式,1路电以太网口为调试口,通过P S 侧的内部M A C 映射到P L 侧引出,主要用于装置调试㊂百兆以太网采用K S Z 8041F T L I ,配置为R M I I 模式与S O C _P L 相连,以太网MA C 由F P G A 内部自主实现,以便于实现风暴抑制和时间戳标记㊂K S Z 8041F T L I 需要配置为R M I I 模式,并且根据连接情况,配置为光纤模式/电缆模式㊂具体配置情况如表1所列㊂表1 配置模式选择通信介质MA C 模式协商模式半/全双工光/电选择电缆光纤RM I I禁止全双工电口允许半双工光口2.1.3 智能I /O 模块系统的开入开出由S o C 控制,采用C A N 总线方式传输,通过C A N 协议将S o C 和MK E 18F 512V L L 16(简称M 4)相连㊂开入信号由M 4读取后,经过C A N 总线发送给S o C ;开出信号由S o C 发出,经过C A N 总线发送给M 4,通过三极管驱动继电器[12]㊂本方案中共有两个C A N 节点,包括一个S o C 和一个M 4㊂采用S N 65H V D 231D 作为C A N 总线协议转换芯片㊂2.1.4 R S 485数据收发模块R S 485数据收发模块通过R S 485总线协议与电缆本体监测单元通信,获取监测数据[13];以MM S 方式与监测主站进行信息交互,获取监测主站的控制指令,且支持文件传输㊁参数召唤和设置㊂采用S N 65L B C 184D 作为R S 485数据收发芯片㊂2.1.5 直流模拟量采集模块A /D 采样芯片选用目前常用的A D 7606,每个芯片外接8个通道㊂A D 7606配置为串行模式与S o C 通信,按照S o C 的指令转换数据,并通过S P I 总线方式发送给S o C 的侧㊂2.2 F P G A 百兆环网设计百兆环网采用双向冗余环形网络结构,两个环形网络图6 环网接收端程序设计流程图互相独立;每一组环网内,节点与节点之间通过以太网顺序首尾相连形成双向冗余环㊂环内各节点为对等关系,负责环内报文的转发㊁过滤以及本节点信息的广播发送㊂环网采用100B A S EX光纤以太网,全双工传输模式[14]㊂接收端程序设计流程如图6所示㊂具体流程如下:图7 环网发送端程序设计流程图①解析接收报文:此部分解析到F T C F 字段,分别保存报文的目的MA C 地址㊁源MA C 地址㊁H S R 字段的类型码㊁H S R 的报文序号㊁帧类型以及F T C F 字段㊂②组播匹配:组播是指当前的MA C 地址池模式,所有在MA C 地址池内的MA C 地址即默认为组播地址,单播地址不在此MA C 地址池内;广播是一种特殊的组播,广播报文的处理机制和组播相同[15]㊂③上传C P U :此处存在两个时间戳,一个是F T C F 字段时间,另一个是本地报文接收时间戳,这两个时间是完全独立的时间系统㊂④转发报文模块:接收到与本节点MA C 地址相同的报文后,上传C P U 部分,其报文缓存在D D R 中,而转发部分报文缓存在F P G A 本地,需要经过仲裁㊂发送端程序设计流程如图7所示㊂具体流程如下:①转发缓存指针判定:即判定首尾指针是否相同,首指针由接收部分转发缓存处理逻辑维护,尾指针由发送部分转发缓存处理逻辑维护㊂②本地发送指针判定:即判定首尾指针是否相同,首指针由C P U 侧驱动维护,尾指针由发送部分本地发送处理逻辑维护㊂③F T C F 修正模块:环网内本地发送的起始报文的F T C F 字段默认为0,同时本地提供预发时刻,根据预发时刻即时发送㊂3 系统测试和分析为了验证系统是否满足各项功能,对A /D 采样信号时序㊁C A N 总线信号㊁以太网信号和光模块信号分别进行测试㊂3.1 A /D 采样信号时序测量各信号之间的时序,A /D 采样串行读写时序如图8所示㊂图8 A /D 采样串行读写时序图3.2 以太网信号测量测量信号T X D 0和R X D 0的波形,测试结果如图9和图10所示㊂图9 T X D 0信号图10 R X D 0信号3.3 C A N 总线信号测量测试系统开入开出信号和主芯片之间的C A N 总线信号C A N 0_T X 和C A N 0_R X ,试验结果如图11所示㊂图11 C A N 0_T X 和C A N 0_R X 信号3.4 光模块信号测量测试插件上光模块相关信号,如图12~图14所示㊂图12 光模块T x信号图13 光模块R x信号图14 光模块I 2C 总线信号测试结果表明,采样通道满足ʃ1%的采样精度要求,其余通道应无串扰,网口没有中断等异常现象出现㊂测试结果满足试验要求,系统工作稳定㊂结 语本文提出的设计方案借助Z Y N Q 平台,将P S 侧和P L侧的资源合理利用,充分发挥以太网和A X I 等高速接口的性能,能有效控制成本,降低功耗,顺应了市场的需求,为Z Y N Q平台在工程应用领域的实现提供了参考㊂参考文献[1]何定润.可穿戴计算低功耗设计方法研究[D ].成都:电子科技大学,2006.[2]周作春,王立,薛强,等.高压电缆及隧道多状态监控系统在北京电网的应用[J ].电力系统装备,2008(9):5257.[3]喻世根.高压电缆护层环流监测系统设计及其电磁耦合特性研究[D ].长沙:湖南大学,2011.[4]巴德志.铁路电力电缆故障原因与预防措施[J ].中国科技纵横,2015(11):145147.[5]王恩德,仇天骄,朱占巍,等.500k 电缆送电工程技术研究与应用[J ].中国电业:技术版,2014(5):3641.[6]谢向辉,胡苏太,李宏亮.多核处理器及其对系统结构设计的影响[J ].计算机科学与探索,2008(6):641650.[7]杨联宇.变电站电缆层及电缆隧道综合监控系统设计及应用[D ].北京:华北电力大学,2013.[8]孙通.基于I E C 61850的智能终端设计及其通信研究[D ].南京:南京理工大学,2012.[9]孙琼.变电站集中监控运行管理模式探讨[J ].城市建设理论研究,2012(35).[10]刘祎.基于D S P 的温度监控系统研究[J ].中国科技博览,2011(21):8282.[11]武锋,盛春花.P I C 18C 601/801及其外部程序存储器的扩展[J ].单片机与嵌入式系统应用,2002(1):3032.[12]张瑾哲,周菡.F S S S 系统中M F T 硬回路的设计与优化[J ].自动化博览,2015(12):100102.[13]彭双剑,寻新,陈彦峰等.在线监测系统在220k V 智能变电站的应用[J ].湖南电力,2013(z 1):4851.[14]邓永红.以太网技术的发展与应用[J ].有线电视技术,2004(18):1219.[15]王沁,袁玲玲,张燕,等.H F C 网络组播技术研究与实现[J ].小型微型计算机系统,2009(11):21182122.王振华(高级工程师),江燕良㊁陈号(工程师):主要研究方向为嵌入式硬件平台开发㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2018-05-25)。
高压电缆线路运行综合监控技术探究
高压电缆线路运行综合监控技术探究【摘要】绝缘老化、外力破坏、运行环境变化等因素都有可能会影响高压电缆线路的安全运行，传统的高压电缆线路运行维护管理模式已经无法适应新时期电力发展的需求，需要进一步改革、创新。
本文主要结合某地区高压电缆线路运行情况分析，提出综合监控高压电缆线路的运行环境参量以及运行参量的想法，建立一套综合监控高压电缆线路的监控系统，从而可以对电缆运行状态进行实时监控。
【关键词】高压电缆线路；安全运行；监控系统近年来随着我国电力行业的快速发展，高压电缆线路的数量越来越多，高压电缆线路在整个国家输电网系统中占有极其重要的地位，因此确保高压电缆线路的高效、安全、稳定运行显得尤为重要和必要。
然而传统的高压电缆线路运行管理主要采用的是人工操作模式，这种管理方式通常需要投入大量的物力、人力，工作效率低下，并不能及时、有效的发现高压电缆线路运行过程中的隐患、缺陷，导致高压电缆线路受损。
因此，传统的高压电缆线路运行管理并不满足经济性、高效性、安全性等原则，也无法适应新时期电力发展的要求，我们应尽快研究出一种高效、经济的电缆线路安全运行监控技术。
1 高压电缆线路安全运行的影响因素分析本次研究的地区高压电缆线路的敷设方式以电缆隧道、电缆沟为主。
就该地区高压电缆线路运行情况分析，运行过程中的安全隐患主要体现在以下几点：1.1 绝缘老化在较强的电场下，电力电缆由于内部局部缺陷、潮湿环境等因素的影响会在绝缘体内部形成水树。
水树老化、电老化是导致电缆老化的主要原因，在电场作用下，尤其是在经过电压冲击过程中，电缆气隙会放电，进而慢慢形成电树。
水浸入后由于电场、水分、内部缺陷等各方面原因长期的相互作用，会慢慢损耗整电缆的介质。
如果电缆水树枝顶端场强达到某种程度，水树也会慢慢形成电树枝，同时也会发生局部放电现象。
一旦电缆中形成了电树枝，在较短的时间内，电缆就会被击穿。
其次，由于一般情况下都是在现场安装电缆附件，因此人为因素可能会有很多隐患和缺陷，在过电压、运行电压长期运行过程中，这些隐患和缺陷会导致电缆局部放电，最终会使绝缘老化而被击穿。
电缆隧道论文综合监控系统论文
电缆隧道论文综合监控系统论文摘要：系统的研究弥补了隧道事故与应急领域的空白，能够对电缆隧道自然性火灾进行预警，能够对高压积水电缆隧道进行有效监测，对可燃性气体泄漏、线路腐蚀进行有效预警，特别地，对封闭空间的电力隧道灭火进行有效的应急事故处理。
1 概述日常巡检是电力隧道可靠运行的保证，在保障电力隧道正常生产、安全运行方面占有极其重要的作用。
然而电力隧道内电缆、排水、通风、供电、照明、消防、通信等输电设备及附属设备数量多、分布点多、总里程长，造成了监控信息量大、交互性强、监控距离长、巡检周期短等特点，给日常巡检带来了繁重的巡检内容，需要耗费大量的人力和时间；同时电缆及附属设施长期处于地下的特殊环境，具有易积水、易产生有害气体、空气不易流通、散热较慢等问题，对日常巡检提出了高质量的巡检要求，也增加了人员巡检的危险性[1]。
目前，国内投入运行的多数隧道都是根据自身的需要和特点，配置一种或多种监控装置，目前较为常见的隧道监控系统包括环境监测系统、固定式安防系统、隧道灭火系统、隧道在线监测系统等，每种装置各自独立完成单一的监控功能，但相互间缺乏必要的联系和协作，并未形成一个完善的智能化隧道监控系统。
由于这种离散、独立的固定式传感监测设备灵活性不足，联动性不足，成本和维护成本都过高，使得电力隧道的监测监控成本高居不下，为电力管理部门与民生部门造成巨大的经济压力。
随着输电线缆铺设的地下化，电力隧道的巡检越来越需要借助智能化的巡检设备[2，3]。
2 监控范围假设电缆隧道约 1.29km，主要包括电缆本体监测（电缆温度、载流量评估、局部放电、电缆护套环流）、隧道振动沉降监测、电缆隧道环境监测（气体监测、温湿度监测、水位监测、风机联动、水泵联动）、隧道安防监测（视频监控、应急通信、门禁监控）、智能照明控制等子系统。
所有监测设备集成于统一的监控平台进行管理和控制，实时监测高压电缆及电缆隧道的各项状态。
电缆隧道采用暗挖顶管方式，管内径3.5m，空间规划4回220kV 电缆线路（本期建设2回），6回110kV电缆线路（本期无）。
220kV线路工程隧道监测方案
220kV线路工程初步设计说明书1 总述1.2 工程建设规模和设计范围1.2.1 电气规模和设计范围线路起止点额定电压：220kV；输送容量：S=1.732×220×900 (最大)；路径长度：5.1km；回路数：双回路；电缆线芯材质及芯数：铜质单芯；电缆型号：干式交联聚乙烯(XLPE)绝缘波纹铝护套、金属防水层、-127/220kV-1×800mm2型HDPE聚乙烯外护套、铜导体单芯电缆，YJLW03电力电缆；电缆附件类型及数量：电缆GIS终端12支、整体预制式电缆中间绝缘接头66支。
1.4 电力系统简况1.4.1 地区概况及电力系统规划1.4.2 电力负荷预测、电源及电网发展规划1.4.2.1 电力负荷预测预计远期220kV变电站供电区域内负荷密度约20～22MW/km2，远期地区总用电负荷约400～440MW左右。
根据以上负荷预测结果，考虑该区域这几年是开发建设的高峰期，新增项目多，用电增长速度必然会很快，同时考虑到新建房地产开发项目投产用电后，有一个用电负荷逐步增长的规律，因此预计该地区的年均用电负荷增长率及各年度的电力负荷情况如表1-1所示。
220kV变电站分年度负荷预测情况表表1-11.6 主要技术经济特性1.6.1 主要技术指标1.6.1.1 电缆的型号和长度、回路数注：电缆长度为单回单相长度，按图纸量取路径长度附加5%。
1.6.1.2 电缆附件的类型及数量1.6.1.3 电缆通道长度1.6.1.4 电缆井的结构型式、数量及其分布情况1.7.4 电缆通道附属设施部分在变出线的电缆通道内布置电缆安全运行监控系统，该系统电缆网的集控监控中心平台系统以电力设备状态监测、故障诊断、分析决策为主线，以分散监测、集中管理为基本模式，以安全预控为原则，将在线监测、离线监测信息、缺陷信息、维修预试信息、设备台帐信息在平台上进行集成与融合应用，具有以下几个优点：1、识别设备故障的早期征兆，对故障部位、故障程度和发展趋势做出判断，指导检修计划的编制。
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高压电缆及电缆隧道监控系统
摘要：电力行业中，高压电缆及电缆接头老化、过热极易造成故障，甚至导致重大事故的发生。
而电缆隧道、电缆井、电缆沟等场所环境复杂，易诱发事故的因素众多。
为了避免恶性事故的发生，需要对高压电缆及布设场所进行实时监控。
本文高压电缆及电缆隧道监控系统具有特点：采用光电复合缆作为电力及通信载体；比单纯的光纤测温系统实现了更多的监控功能，易进行功能扩展；通讯管理器支持220V A/C供电以及太阳能供电，可根据实际情况选择供电方式；友好的人机交互界面，智能化数据处理，支持用户自设监控阈值及报警方式（声音报警、界面报警、短信报警等）。
关键词：电缆隧道监控系统；光电复合缆；采集器；集中器
1、项目概况
电力行业中，高压电缆及电缆接头老化、过热极易造成故障，甚至导致重大事故的发生。
而电缆隧道、电缆井、电缆沟等场所环境复杂，易诱发事故的因素众多。
为了避免恶性事故的发生，需要对高压电缆及布设场所进行实时监控。
高压电缆及电缆隧道监控系统是一套保护高压电缆及电缆接头等正常工作的预警系统。
它以先进的微处理器为控制核心，采用高性能的传感器，依托光电复合缆为电力及通信载体，可对电缆隧道中的电缆温度、环境温湿度、水位、烟雾、有害气体、可燃气体等进行监测；并通过光电复合缆进行供电及信息传输，还可依据用户需求实现对风机、水泵、照明系统、图像采集系统的远程控制。
系统能有效地对电缆隧道、电缆井、电缆沟中由于高压电缆及电缆接头的老化、过热引起的事故进行早期的预警，同时可对易诱发事故的环境因素进行实时监测，为现场设备安全运行提供有力的保障。
系统具有以下特点：
（1）采用光电复合缆作为电力及通信载体。
用于供电，能有效保证系统取能安全稳定，在系统功能扩展时不受电源因素制约；用于通信，传输带宽大，能够轻易实现多路信息传送，包括视频信号。
（2）比单纯的光纤测温系统实现了更多的监控功能，易进行功能扩展。
（3）通讯管理器支持220V A/C供电以及太阳能供电，可根据实际情况选择供电方式。
（4）友好的人机交互界面，智能化数据处理，支持用户自设监控阈值及报警方式（声音报
警、界面报警、短信报警等）。
系统主要性能指标如下表所示。
系统规模最大监控距离大于10km.
最大巡视周期不大于30秒.
存储时间主机记录保存３个月以上，故障时丢失信息时间长度不大于５分钟；设备存储数据时间不小于２小时.
双机切换时间不大于５分钟.
误码率不大于10-8.
画面响应时间调出整幅画面85%的响应时间不大于２秒，其余画面不大于５秒. 备用电源工作时间电网停电后系统连续监控时间不小于2小时.
工作稳定性系统在最大传输距离，最大监控容量，最大巡检周期满足要求情况下通电试验时间不小于７天.
控制执行时间安全监控设备断电和闭锁的控制执行时间应不大于２秒.
调节执行时间满足行业相关规范、要求.
2、解决方案
在电缆隧道中，每10km（根据现场情况决定，范围5~20km）设一供电点，供送220v（或380v）低压电。
采集终端采集各传感器数据，通过光电复合缆汇聚到集中器；而连续温度场信息则经由测温光纤分析器输送到集中器。
集中器通过GPRS网络把数据传送到后台服务器，由服务器进行进一步处理，用户可通过互联网访问处理后的数据信息。
同样，系统也可将控制信号通过 GPRS网络发送至集中器，再通过光电复合缆传送至本地，进行光电转换后实现对隧道中的风机、水泵、照明系统、图像采集系统的远程控制。
GPRS 网
关
集中器(带
GPRS)
InterNet
采集
终端采集终端
采集终端光电转换/总线
通信模块
光电转换/总线通信模块光电转换/总线通信模块光电转换/总线通信模块采集终端光电转换/总线通信模块测温光纤
RS232
集中器(带GPRS)10Km
1Km 管道
测温光纤测温光纤分析仪
测温光纤
分析仪集中器(带GPRS)
集中器(带
GPRS)RS232
图 1 系统结构图
（1）采集器
采集器接收各传感器测得的数据，进行必要的转换编码后，通过光电复合缆汇聚到集中器。
采集器尺寸大小为：180×110（mm ）
图 2 采集器
（2）光电复合缆
光电复合缆集光纤、输电铜线于一体，可以解决多终端接入、设备用电、信号传输的问题。
本系统采用的光电复合缆以镀锌钢绞丝（钢绞线外层需要挤一层PE 护套）作为加强构件，周围以SZ 绞方式紧密排列着内含多芯光纤及油膏的松套管和馈电线，松套管和馈电线的间隙充满阻水油膏；外护套采用优质黑色聚乙烯塑料，也可根据需要更换为金属铠装。
本复合缆全截面阻水，具有低损耗、低色散的优点，适用于复杂环境中的供电及信号传输。
图 3 光电复合缆
（3）集中器
传感器测量到的温度信息经由测温光纤分析器输送到集中器，并由集中器通过无线网络（GPRS等）把数据传送到后台服务器。
集中器体积为：360×260×163.5（mm）
图 4 集中器
3、软件设计及系统功能
（1）监测功能
完成对系统各设备的实时监测，采用实时多任务机制对测量数据读取、传输、存储和处理、显示等。
图 5 主界面监控点界面
图 6 电缆温度显示界面图
（2）远控功能
具有对终端设备进行远程控制功能，如风机、水泵、照明等设备。
可按照约定规范，挂接多种远程终端设备，增强本系统的监测控制特性。
（3）显示打印
提供设备布置图及列表显示功能，以及常用业务报表打印功能。
显示内容包括：设备的
名称、相对位置和运行状态等，可完成漫游、分页、局部放大等功能。
图 7 终端实时温度界面
图 8 历史温度曲线图
（4）存储和查询
中心主机具有数据备份、历史数据 (参数设置及页面编辑除外)存储功能；并提供对历史数据进行追溯查询功能。
图 9 历史界面查询界面
（5）管理功能
中心具有人机对话及操作权限设置功能，以便于系统生成、参数修改、功能调用等。
提供对系统的远程监控和查询功能，以及对设备的配置管理功能。
具有网络接口、将有关信息上传至各级主管部门。
a、安全监控
系统具有对各级设备的安全控制功能。
系统及各设备必须具备防雷、防静电及抗干扰措施。
b、自诊断功能
系统具有自监视、自诊断功能。
当中心主机、集中器、采集终端等设备发生故障（如电源故障、电量不足、或通信中断）时，系统将自动报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。
c、容错功能
后台系统支持双机热备功能。
同时，前端设备具有参数掉电保护功能及数据的暂存功能，当发生通信中断时暂存状态信息，等待恢复正常时读取。
4、结束语
高压电缆及电缆隧道监控系统试点安装完成后，首先在电缆网运行监控中心对护层接地电流、电缆接头表面温度、有害气体含量、空气含氧量、隧道积水水位、温度检测进行了几十次模拟测试，水位，温度，电流，有害气体含量测试值均与模拟值相符，同时系统均及时发出报警信号，响应时间都在技术指标规定范围内。
在潮湿的电力隧道环境试点运行期间，。