电缆隧道设备监测运维系统设计实现

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摘要：电缆隧道是城市电网的重要组成部分，近年来其建设规模不断扩大，同时电缆隧道综合监控系统也应运而生，担负着电缆隧道安全可靠运行的重任。然而，电缆隧道的综合监控系统更侧重于电缆本体、环境、视频安防、应急通讯等方面的监控及各子系统间联动，而对于一些重要的辅助设备（如风机、水泵、传感器等）缺乏状态监测及运维手段。介绍了一种隧道辅助设备状态监测及智能检修运维方案，并针对其中一些关键问题和技术环节进行了研究和探讨，为电缆隧道的全方位监控提供了新的思路。

关键词：电缆隧道；综合监控系统；隧道辅助设备；状态监测；检修运维

随着我国经济建设的不断发展和城市化水平的不断提高，城市电网中高压架空线路已无法适应当前城市建设规划的要求。相比于架空线路，电缆隧道不仅能够节约城市空间，还能够避免雷电天气和人为因素带来的电力事故发生，因此电缆隧道的建设规模及长度不断增加。同时，电缆隧道综合监控系统也在近年来新建及改造的电缆隧道工程建设中不断普及开来，实现了对隧道环境、视频安防、应急系统、入侵系统、巡检系统等辅助系统的整体监控，对电缆本体的温度、局放、护层环流等在线监测［1］。当隧道内出现不安全因素时，运维人员通过采取应急措施如启动风机、水泵等辅助设备来使隧道满足电缆安全运行水平，电缆隧道综合监控系统的部署使高压电缆的安全运行水平有了极大的提高［2］。但是，电缆隧道内阴暗潮湿，环境恶劣，一些精密的仪器仪表和大型辅助设备可能会因年久失修，出现运行异常和故障的情况，导致无法及时有效排除隧道内影响高压电缆运行的不利因素，形成安全隐患，严重时可能会造成巨大经济损失。因此，为了更好地保障电缆隧道安全运行，需对一些重要的辅助设备运行状态实时监测，及时了解使用状态，把握运行规律，是电缆隧道运维中需要研究的重要课题［3］。

1系统概述

基于对上述问题的分析，本文提出的电缆隧道重要设备状态监测及运维系统最大限度应用已建设的综合监控系统硬件及网络，在有限的投入中挖掘可观的效能，对于提高设备健康水平、保证设备安全可靠运行具有重要意义。系统包括应用分析层、数据汇聚层和状态数据采集层，通过对电缆隧道中的重要设备及仪器的运行状态监测与诊断、健康状态分析评估，综合考虑安全性、可靠性、成本等要素，制定检修策略，另外再辅以Web及App移动终端等先进的运维手段［4－5］，及时通知运维人员采取措施。

2网络结构

系统的结构如图1所示，整体采用分层分布式网络结构。其中最底层的状态数据采集层通过安装的设备监测传感器和设备自身输出的运行信号作为数据源，是最前端的感知层，监测设备在线运行信息、故障自检信息，如采集电缆隧道中风机、水泵等重要保障设备的信息。数据汇聚层对设备的监测数据信息进行整理、汇聚和上传，对来自不同信息源的数据，进行统一整合和存储，定期、动态地从信息源更新数据。数据汇聚层的网络设备可复用已建成的电缆隧道综合监控子系统网络，减少成本。应用分析层根据整合后的设备状态信息数据，对能源设备进行状态分析、能效分析、故障诊断、异常预警，并生成检修计划，将设备的诊断分析结果向Web、移动端App等系统进行。

3状态监测及分析功能

3．1功能架构

电缆隧道重要设备状态在线监测及分析系统的功能架构如图2所示，状态监测是应用分析的基础，应用分析功能是系统的核心，是对设备当前的运行状态、性能参数的综合性分析和评价。完整的流程包括状态监测、分析评价和检修策略输出，分别完成以下功能：1）状态监测：为掌握设备健康状态，对运用中的设备进行定期或实时在线监测；2）分析评价：依据能源设备状态特征量和性能特征，对反映设备健康状态的各状态量指标、各项数据进行分析评价，并最终得出设备健康状态等级；3）检修策略输出：以设备状态为基础，通过设备信息收集、状态监测与诊断、状态评价、风险评估等手段，综合考虑安全、可靠性、环境、成本等要素，制定检修策略，合理安排检修计划并实施的设备运行维护、试验检修管理模式。3．2状态分析功能状态分析过程［5］是电缆隧道中一些仪表、风机、水泵等重要设备状态检修的依据，也是最为关键的环节，根据分析结果可以合理安排设备检修任务和计划，避免重大安全事故的发生。本文对可用于电缆隧道中状态分析的方法总结如下：（1）仪表故障分析诊断电缆隧道中的传感器仪表主要包括环境监测的气体传感器、温湿度传感器、液位传感器等，电力相关的电压、电流、功率等智能仪表。由于长期在恶劣的环境下工作，仪表经常会出现故障，当仪表本身发生故障或读数异常时，将无法监测到电缆隧道内的真实状态，甚至发生与其他子系统的联动发生误动或拒动情况，导致电缆隧道内发生更加严重的运行事故。本文提出的方案通过对仪表的数值变化趋势、数值刷新状态、横向比对、高低量程越限、通讯状态、供电状态等进行监测，及时诊断出一些运维人员难以发现的故障仪表，并判别出故障类型，通过人机交互画面及时告知运维人员处理。（2）设备故障分析诊断风机是保证电缆隧道内部环境参数指标不超标的重要设备，根据风机的运行状态进行故障诊断非常重要。本文通过对风机历史故障数据的分析，建立设备故障诊断模型数据库，根据风机设备的运行参数（功耗、能效水平等）和故障特征信号（运行温度、振动等），通过大数据相关度分析，建立推理机模型，通过算法形式将专家对故障的观点清晰地表达出来，从而实现对设备故障的准确分析和预测。（3）设备性能监视电缆隧道中设备性能监视主要是针对风机、水泵等大型高耗能设备开展，根据水泵或风机的电压、电流，以及出口流量、压差，计算泵或风机的实时运行功率、能源消耗、能源损耗、设备的运行效率、能效水平等指标，与设计参数进行对比，分析泵或风机的性能状况，做出风险评估并给出优化后的运行模式。如图3所示。

4设备检修及运维管理

结合电缆隧道设备状态监测和分析功能，根据设备故障诊断分析结果，系统将发出预警告警信息，并制定相应的运维任务和计划，提示运维人员进行设备检修。

4．1设备智能管理

首先，需对电缆隧道所有设备建立管理台账，设备智能管理是通过对电缆隧道内所辖设备的统一编号、定位，自动生成设备台账。每个设备对应有唯一的二维码，通过开发的移动终端的APP应用扫描二维码，快速获取设备信息、设备参数，从而保证设备的巡检、设备的保修、故障处理准确无误。将设备的一些常见故障处理办法，包含在二维码信息中，可以帮助运维人员快速地定位和解决故障，提高工作效率。运维人员在巡检时通过智能手机进行巡查，读取设备对应的电子标签，智能手机会自动记录下电子标签的编号并读取准确的日期和时间，并自动提示改设备需要做的维保工作内容。工作人员按维保工作内容进行工作记录巡查、检查结果。如果发现设备故障，运维人员通过智能手机记录问题并拍照，系统自动就会生成内部工单进行维修处理。

4．2检修运维任务派发

当系统监测到电缆隧道中的设备异常时，通过设备告警与工单系统的结合，自动生成检修任务，实现设备报警－工单生成－任务派发－自动抢单－设备故障排除－处理情况汇报，整个流程的完全自动化。摆脱传统需要监控中心发现故障、人工记录、派发工单、指派人员现场处理、将处理结果反馈、现场核实的模式，提高了管理的智能化水平，减少运维人员的工作量。运维人员也不需要随时关注监控系统，系统有报警工单推送，没有报警不需要做处理。系统报警信号产生时，系统自动生成工单，并通过手机APP推送给相应项目的维护人员，维护人员根据自己的技能情况选择是否抢单去处理。管理人员也可以通过APP指定工单给某一维护人员处理。维护人员处理的过程中，需要通过APP扫描设备间二维码，以免走错位置，同时记录处理过程和处理结果，通过APP上传维护记录，最终通过工单量考核维护人员和管理人员。

5结束语

系统已在南瑞继保PCS9000软件平台上实现，并在一些工程中应用，通过智能化、信息化的手段，从多方位和多角度提高运维检修质量和效率，为高压电缆隧道的安全、可靠运行提供坚实保障。

参考文献

［1］李志平，施卫华．高压电缆及电缆隧道环境在线监测系统的应用［J］．昆明冶金高等专科学校学报，2012，28（5）：32－36

［2］沈志广，张海庭，郑运召，等．隧道电力电缆监控系统智能联动的方案研究与设计［J］．现代建筑电气，2019，10（9）：9－12，18

［3］王孝琳．地下电缆智能运维关键技术研究与应用［D］．广州：华南理工大学，2016

［4］王艳．电力设备状态检修和运维一体化技术的分析［J］．工程技术：引文版，2016（3）：210

［5］汪涛．变电设备状态分析及检修［J］．广东科技，2012，21（17）：71，70

作者：张冰 李忠柱 牛洪海 孟宪宇 王哲蓓 单位：南京南瑞继保工程技术有限公司工业过程控制部