電纜隧道設備監測運維系統設計實現

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摘要：電纜隧道是城市電網的重要組成部分，近年來其建設規模不斷擴大，同時電纜隧道綜合監控系統也應運而生，擔負著電纜隧道安全可靠運行的重任。然而，電纜隧道的綜合監控系統更側重于電纜本體、環境、視頻安防、應急通訊等方面的監控及各子系統間聯動，而對于一些重要的輔助設備（如風機、水泵、傳感器等）缺乏狀態監測及運維手段。介紹了一種隧道輔助設備狀態監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節進行了研究和探討，為電纜隧道的全方位監控提供了新的思路。

關鍵詞：電纜隧道；綜合監控系統；隧道輔助設備；狀態監測；檢修運維

隨著我國經濟建設的不斷發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劃的要求。相比于架空線路，電纜隧道不僅能夠節約城市空間，還能夠避免雷電天氣和人為因素帶來的電力事故發生，因此電纜隧道的建設規模及長度不斷增加。同時，電纜隧道綜合監控系統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，實現了對隧道環境、視頻安防、應急系統、入侵系統、巡檢系統等輔助系統的整體監控，對電纜本體的溫度、局放、護層環流等在線監測［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，電纜隧道綜合監控系統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實時監測，及時了解使用狀態，把握運行規律，是電纜隧道運維中需要研究的重要課題［3］。

1系統概述

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監測及運維系統最大限度應用已建設的綜合監控系統硬件及網絡，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。系統包括應用分析層、數據匯聚層和狀態數據采集層，通過對電纜隧道中的重要設備及儀器的運行狀態監測與診斷、健康狀態分析評估，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。其中最底層的狀態數據采集層通過安裝的設備監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，進行統一整合和存儲，定期、動態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控子系統網絡，減少成本。應用分析層根據整合后的設備狀態信息數據，對能源設備進行狀態分析、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等系統進行。

3狀態監測及分析功能

3．1功能架構

電纜隧道重要設備狀態在線監測及分析系統的功能架構如圖2所示，狀態監測是應用分析的基礎，應用分析功能是系統的核心，是對設備當前的運行狀態、性能參數的綜合性分析和評價。完整的流程包括狀態監測、分析評價和檢修策略輸出，分別完成以下功能：1）狀態監測：為掌握設備健康狀態，對運用中的設備進行定期或實時在線監測；2）分析評價：依據能源設備狀態特征量和性能特征，對反映設備健康狀態的各狀態量指標、各項數據進行分析評價，并最終得出設備健康狀態等級；3）檢修策略輸出：以設備狀態為基礎，通過設備信息收集、狀態監測與診斷、狀態評價、風險評估等手段，綜合考慮安全、可靠性、環境、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狀態分析功能狀態分析過程［5］是電纜隧道中一些儀表、風機、水泵等重要設備狀態檢修的依據，也是最為關鍵的環節，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生。本文對可用于電纜隧道中狀態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境監測的氣體傳感器、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境下工作，儀表經常會出現故障，當儀表本身發生故障或讀數異常時，將無法監測到電纜隧道內的真實狀態，甚至發生與其他子系統的聯動發生誤動或拒動情況，導致電纜隧道內發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、橫向比對、高低量程越限、通訊狀態、供電狀態等進行監測，及時診斷出一些運維人員難以發現的故障儀表，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境參數指標不超標的重要設備，根據風機的運行狀態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）設備性能監視電纜隧道中設備性能監視主要是針對風機、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監測和分析功能，根據設備故障診斷分析結果，系統將發出預警告警信息，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。如果發現設備故障，運維人員通過智能手機記錄問題并拍照，系統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

當系統監測到電纜隧道中的設備異常時，通過設備告警與工單系統的結合，自動生成檢修任務，實現設備報警－工單生成－任務派發－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。擺脫傳統需要監控中心發現故障、人工記錄、派發工單、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控系統，系統有報警工單推送，沒有報警不需要做處理。系統報警信號產生時，系統自動生成工單，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，施衛華．高壓電纜及電纜隧道環境在線監測系統的應用［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．隧道電力電纜監控系統智能聯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過程控制部