電纜隧道設備監(jiān)測運維系統(tǒng)設計實現

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摘要：電纜隧道是城市電網的重要組成部分，近年來其建設規(guī)模不斷擴大，同時電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)也應運而生，擔負著電纜隧道安全可靠運行的重任。然而，電纜隧道的綜合監(jiān)控系統(tǒng)更側重于電纜本體、環(huán)境、視頻安防、應急通訊等方面的監(jiān)控及各子系統(tǒng)間聯(lián)動，而對于一些重要的輔助設備（如風機、水泵、傳感器等）缺乏狀態(tài)監(jiān)測及運維手段。介紹了一種隧道輔助設備狀態(tài)監(jiān)測及智能檢修運維方案，并針對其中一些關鍵問題和技術環(huán)節(jié)進行了研究和探討，為電纜隧道的全方位監(jiān)控提供了新的思路。

關鍵詞：電纜隧道；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；隧道輔助設備；狀態(tài)監(jiān)測；檢修運維

隨著我國經濟建設的不斷發(fā)展和城市化水平的不斷提高，城市電網中高壓架空線路已無法適應當前城市建設規(guī)劃的要求。相比于架空線路，電纜隧道不僅能夠節(jié)約城市空間，還能夠避免雷電天氣和人為因素帶來的電力事故發(fā)生，因此電纜隧道的建設規(guī)模及長度不斷增加。同時，電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)也在近年來新建及改造的電纜隧道工程建設中不斷普及開來，實現了對隧道環(huán)境、視頻安防、應急系統(tǒng)、入侵系統(tǒng)、巡檢系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)的整體監(jiān)控，對電纜本體的溫度、局放、護層環(huán)流等在線監(jiān)測［1］。當隧道內出現不安全因素時，運維人員通過采取應急措施如啟動風機、水泵等輔助設備來使隧道滿足電纜安全運行水平，電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的部署使高壓電纜的安全運行水平有了極大的提高［2］。但是，電纜隧道內陰暗潮濕，環(huán)境惡劣，一些精密的儀器儀表和大型輔助設備可能會因年久失修，出現運行異常和故障的情況，導致無法及時有效排除隧道內影響高壓電纜運行的不利因素，形成安全隱患，嚴重時可能會造成巨大經濟損失。因此，為了更好地保障電纜隧道安全運行，需對一些重要的輔助設備運行狀態(tài)實時監(jiān)測，及時了解使用狀態(tài)，把握運行規(guī)律，是電纜隧道運維中需要研究的重要課題［3］。

1系統(tǒng)概述

基于對上述問題的分析，本文提出的電纜隧道重要設備狀態(tài)監(jiān)測及運維系統(tǒng)最大限度應用已建設的綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件及網絡，在有限的投入中挖掘可觀的效能，對于提高設備健康水平、保證設備安全可靠運行具有重要意義。系統(tǒng)包括應用分析層、數據匯聚層和狀態(tài)數據采集層，通過對電纜隧道中的重要設備及儀器的運行狀態(tài)監(jiān)測與診斷、健康狀態(tài)分析評估，綜合考慮安全性、可靠性、成本等要素，制定檢修策略，另外再輔以Web及App移動終端等先進的運維手段［4－5］，及時通知運維人員采取措施。

2網絡結構

系統(tǒng)的結構如圖1所示，整體采用分層分布式網絡結構。其中最底層的狀態(tài)數據采集層通過安裝的設備監(jiān)測傳感器和設備自身輸出的運行信號作為數據源，是最前端的感知層，監(jiān)測設備在線運行信息、故障自檢信息，如采集電纜隧道中風機、水泵等重要保障設備的信息。數據匯聚層對設備的監(jiān)測數據信息進行整理、匯聚和上傳，對來自不同信息源的數據，進行統(tǒng)一整合和存儲，定期、動態(tài)地從信息源更新數據。數據匯聚層的網絡設備可復用已建成的電纜隧道綜合監(jiān)控子系統(tǒng)網絡，減少成本。應用分析層根據整合后的設備狀態(tài)信息數據，對能源設備進行狀態(tài)分析、能效分析、故障診斷、異常預警，并生成檢修計劃，將設備的診斷分析結果向Web、移動端App等系統(tǒng)進行。

3狀態(tài)監(jiān)測及分析功能

3．1功能架構

電纜隧道重要設備狀態(tài)在線監(jiān)測及分析系統(tǒng)的功能架構如圖2所示，狀態(tài)監(jiān)測是應用分析的基礎，應用分析功能是系統(tǒng)的核心，是對設備當前的運行狀態(tài)、性能參數的綜合性分析和評價。完整的流程包括狀態(tài)監(jiān)測、分析評價和檢修策略輸出，分別完成以下功能：1）狀態(tài)監(jiān)測：為掌握設備健康狀態(tài)，對運用中的設備進行定期或實時在線監(jiān)測；2）分析評價：依據能源設備狀態(tài)特征量和性能特征，對反映設備健康狀態(tài)的各狀態(tài)量指標、各項數據進行分析評價，并最終得出設備健康狀態(tài)等級；3）檢修策略輸出：以設備狀態(tài)為基礎，通過設備信息收集、狀態(tài)監(jiān)測與診斷、狀態(tài)評價、風險評估等手段，綜合考慮安全、可靠性、環(huán)境、成本等要素，制定檢修策略，合理安排檢修計劃并實施的設備運行維護、試驗檢修管理模式。3．2狀態(tài)分析功能狀態(tài)分析過程［5］是電纜隧道中一些儀表、風機、水泵等重要設備狀態(tài)檢修的依據，也是最為關鍵的環(huán)節(jié)，根據分析結果可以合理安排設備檢修任務和計劃，避免重大安全事故的發(fā)生。本文對可用于電纜隧道中狀態(tài)分析的方法總結如下：（1）儀表故障分析診斷電纜隧道中的傳感器儀表主要包括環(huán)境監(jiān)測的氣體傳感器、溫濕度傳感器、液位傳感器等，電力相關的電壓、電流、功率等智能儀表。由于長期在惡劣的環(huán)境下工作，儀表經常會出現故障，當儀表本身發(fā)生故障或讀數異常時，將無法監(jiān)測到電纜隧道內的真實狀態(tài)，甚至發(fā)生與其他子系統(tǒng)的聯(lián)動發(fā)生誤動或拒動情況，導致電纜隧道內發(fā)生更加嚴重的運行事故。本文提出的方案通過對儀表的數值變化趨勢、數值刷新狀態(tài)、橫向比對、高低量程越限、通訊狀態(tài)、供電狀態(tài)等進行監(jiān)測，及時診斷出一些運維人員難以發(fā)現的故障儀表，并判別出故障類型，通過人機交互畫面及時告知運維人員處理。（2）設備故障分析診斷風機是保證電纜隧道內部環(huán)境參數指標不超標的重要設備，根據風機的運行狀態(tài)進行故障診斷非常重要。本文通過對風機歷史故障數據的分析，建立設備故障診斷模型數據庫，根據風機設備的運行參數（功耗、能效水平等）和故障特征信號（運行溫度、振動等），通過大數據相關度分析，建立推理機模型，通過算法形式將專家對故障的觀點清晰地表達出來，從而實現對設備故障的準確分析和預測。（3）設備性能監(jiān)視電纜隧道中設備性能監(jiān)視主要是針對風機、水泵等大型高耗能設備開展，根據水泵或風機的電壓、電流，以及出口流量、壓差，計算泵或風機的實時運行功率、能源消耗、能源損耗、設備的運行效率、能效水平等指標，與設計參數進行對比，分析泵或風機的性能狀況，做出風險評估并給出優(yōu)化后的運行模式。如圖3所示。

4設備檢修及運維管理

結合電纜隧道設備狀態(tài)監(jiān)測和分析功能，根據設備故障診斷分析結果，系統(tǒng)將發(fā)出預警告警信息，并制定相應的運維任務和計劃，提示運維人員進行設備檢修。

4．1設備智能管理

首先，需對電纜隧道所有設備建立管理臺賬，設備智能管理是通過對電纜隧道內所轄設備的統(tǒng)一編號、定位，自動生成設備臺賬。每個設備對應有唯一的二維碼，通過開發(fā)的移動終端的APP應用掃描二維碼，快速獲取設備信息、設備參數，從而保證設備的巡檢、設備的保修、故障處理準確無誤。將設備的一些常見故障處理辦法，包含在二維碼信息中，可以幫助運維人員快速地定位和解決故障，提高工作效率。運維人員在巡檢時通過智能手機進行巡查，讀取設備對應的電子標簽，智能手機會自動記錄下電子標簽的編號并讀取準確的日期和時間，并自動提示改設備需要做的維保工作內容。工作人員按維保工作內容進行工作記錄巡查、檢查結果。如果發(fā)現設備故障，運維人員通過智能手機記錄問題并拍照，系統(tǒng)自動就會生成內部工單進行維修處理。

4．2檢修運維任務派發(fā)

當系統(tǒng)監(jiān)測到電纜隧道中的設備異常時，通過設備告警與工單系統(tǒng)的結合，自動生成檢修任務，實現設備報警－工單生成－任務派發(fā)－自動搶單－設備故障排除－處理情況匯報，整個流程的完全自動化。擺脫傳統(tǒng)需要監(jiān)控中心發(fā)現故障、人工記錄、派發(fā)工單、指派人員現場處理、將處理結果反饋、現場核實的模式，提高了管理的智能化水平，減少運維人員的工作量。運維人員也不需要隨時關注監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)有報警工單推送，沒有報警不需要做處理。系統(tǒng)報警信號產生時，系統(tǒng)自動生成工單，并通過手機APP推送給相應項目的維護人員，維護人員根據自己的技能情況選擇是否搶單去處理。管理人員也可以通過APP指定工單給某一維護人員處理。維護人員處理的過程中，需要通過APP掃描設備間二維碼，以免走錯位置，同時記錄處理過程和處理結果，通過APP上傳維護記錄，最終通過工單量考核維護人員和管理人員。

5結束語

系統(tǒng)已在南瑞繼保PCS9000軟件平臺上實現，并在一些工程中應用，通過智能化、信息化的手段，從多方位和多角度提高運維檢修質量和效率，為高壓電纜隧道的安全、可靠運行提供堅實保障。

參考文獻

［1］李志平，施衛(wèi)華．高壓電纜及電纜隧道環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用［J］．昆明冶金高等專科學校學報，2012，28（5）：32－36

［2］沈志廣，張海庭，鄭運召，等．隧道電力電纜監(jiān)控系統(tǒng)智能聯(lián)動的方案研究與設計［J］．現代建筑電氣，2019，10（9）：9－12，18

［3］王孝琳．地下電纜智能運維關鍵技術研究與應用［D］．廣州：華南理工大學，2016

［4］王艷．電力設備狀態(tài)檢修和運維一體化技術的分析［J］．工程技術：引文版，2016（3）：210

［5］汪濤．變電設備狀態(tài)分析及檢修［J］．廣東科技，2012，21（17）：71，70

作者：張冰 李忠柱 牛洪海 孟憲宇 王哲蓓 單位：南京南瑞繼保工程技術有限公司工業(yè)過程控制部