井盖监控系统在北京地区电力隧道的应用.doc

井盖监控系统在北京地区电力隧道的应用王立1 ，李华春1 ，薛强1，周作春2，刘皓1 ，付晖1 杨震威3（1. 北京市电力电缆公司100027；2.北京市电力公司生技部100031；3.山东康威通信技术有限公司250101）摘要阐述了北京地区电力隧道运行维护现状和存在的一些问题；介绍了井盖监控系统的基本技术原理和主要技术指标；结合电力隧道内的实际情况，对井盖监控系统进行了试点安装测试，根据实际需要，对井盖监控系统的一些技术细节进行了补充和完善，得出了井盖监控系统适宜在电力隧道广泛应用，同时需要调整管理模式，制定配套制度和工作流程的结论。关键词井盖监控系统；电子锁；电力隧道； 检查井 1 引言目前各国对采用隧道十分感兴趣，在日本和韩国采用隧道可避免电缆在安装及运行期间遭受外力破坏，多回路的电缆隧道在日本经常使用，新加坡、新西兰、澳大利亚、香港、泰国也修建了很多电缆隧道1。东京电力公司（TEPCO）管辖范围内有专用电力隧道476公里，市政公用隧道273公里2，通过技术交流了解到，东京电力公司非常重视电力隧道建设，认为具备条件时，建设电力隧道是首选。北京地区电力隧道总长度已达460多公里，目前正以每年几十公里的速度迅速增加，电力隧道总长度在国内居于首位，在国际上也名列前茅。目前北京地区负责电力隧道运行维护的人员只有25名，电力隧道运行工作面临着巨大压力，隧道内电力设施被盗，私放光缆等情况时有发生，仅靠大量增加运行人员数量来应对电力隧道的迅速增长和管理压力已经不现实，采用现代化的技术手段来提高电力隧道运行维护水平是当务之急。2 北京地区电力隧道运行维护现况目前北京地区电力隧道运行工作主要依靠人员周期巡视和特巡等方式进行，隧道内巡视一般三个月一次，地面巡视一般半个月一次6，重点地区隧道采用特巡方式，加强巡视密度。由于电力隧道井盖防盗功能不强，目前使用的井盖机械锁钥匙容易仿制，外来人员私自进入电力隧道的情况非常严重。近年来，北京地区电力隧道出现了多起电力设施被盗情况，如电缆卡具丢失、交叉互联线被盗（如图1所示）等；由于通道资源紧张，部分通信公司未经许可，在隧道内私拉乱放光缆（如图2所示）；部分10kV电缆未经审批就进步隧道内随意放置，并私自在隧道侧墙或顶板上开孔与管井连接（如图3所示）；甚至还有一些流动人员长期在隧道内栖息、生火做饭，对隧道内电缆的安全运行构成了巨大威胁，严重破坏了电力隧道运行环境。图1交叉互联线被盗图2隧道内私放光缆图3隧道内私自开孔针对这些情况，我们采取了夜间特巡、重点区段长期蹲守监视等措施，虽然取得了一些效果，但总体局面仍然被动，采用现代化的技术手段来实现对出入电力隧道的有效控制成为一项迫在眉睫的任务。井盖监控报警系统应用于通信管道已有5年时间，技术上已经较为成熟，并取得了很好的效果，电力隧道与通信管道有很多相似之处，都是紧缺的通道资源，都有用于出入的人孔和井盖，都需要对出入进行有效控制。因此，引进井盖监控报警系统技术，并结合隧道的实际情况进行技术改进，实现对电力隧道人孔的实时监控，达到对出入隧道的有效控制，无疑是一个很好的选择。3 井盖监控系统的技术原理3 4井盖监控报警系统采用三层结构：中心前端控制机、站内监控主机、现场锁控主件。中心前端控制机是井盖监控系统的核心硬件部分，它负责各个监控主机的信息采集、网络通信、协议转换，并实时向监控席传递信息，可以实时监控下辖监控主机，也可以远程锁控人井，并对监控站及相关设备的运行情况进行监控；站内监控主机采集实时数据、发送报警信息并可对现场锁控主件远程控制，监控主机与现场锁控主件通过HYAT53通信电缆连接，通信电缆为锁控主件提供电能，并作为监控主机与现场锁控主件之间的信号传输通道。监控主机内通信控制器每13秒向每条线路发出查询命令，每条线路上的多个人孔传感控制模块将自己的状态信息回答给通信控制器。这些是并行操作，即通信控制器下属的每个人孔传感控制模块每1-3秒钟就要回答报告一次自己的状态。通信控制器将每条线路的人孔传感控制模块状态保存在自己的存储器中，随时等待中心查询。通信控制器和中心前端控制机之间是主从全双工通讯方式，只接受主机的命令进行回答，完全是被动方式。每条线路中现场锁控单元之间的命令传递方式是令牌传递，也就是查询命令是从一个人孔传感控制模块向下一个传递，直到线路上最后一个人孔传感控制模块，回答也是一个一个传递，从后面传递到前面。一直传到通信控制器。开锁控制命令也是令牌传递方式，传给指定人孔所属的人孔传感控制模块，执行开锁命令。并返回执行结果，从前端控制机来的开锁命令的真正执行开锁时间可能有320秒的延时，所以返回执行结果的时间是3-25秒。每条线路上的人孔传感控制模块在开始加电的时候是一个一个从前到后顺序连接加电，每个连接时间是3秒左右。在通讯过程中，如果通信控制器不能接收到某条线路某个人孔传感控制模块的信息，就认为通讯出现暂时故障，会将这条线路断电，重新进行加电连接。现场锁控主件负责执行中心或监控主机发起开启或关闭指令，由于采用远程供电和总线控制方式，多个现场锁控主件能串接在1对信号线上，只要末端电压能满足要求即可，可以大大降低通信线路的成本，同时，现场锁孔主件预留了模拟量、控制量接口，可以对隧道内水位、烟雾等参量实现远程供电和采集检测，并可实现对井下风机的远程启闭。非法开启时，锁控主件发起远程告警，通过站内监控主机将告警信息发送到中心前端控制机。井盖监控系统总体结构如图4所示。图4井盖监控系统结构图井盖监控系统详细技术指标4如表1所示。表1 井盖监控系统技术指标名 称技术指标最大监控距离不小于15 km可管理的监控主机数量不小于128个每个监控主机可控制井盖数量不小于1616个系统平均无故障时间大于1万小时月故障率低于0.2%系统巡检时间小于2分钟井盖开启响应时间小于20秒告警漏报、误报率低于0.06%告警方式声、光、语音、短消息告警响应时间小于120秒支持同时告警数大于8个分级告警能力3级系统组网方式TCP/IP安全性系统权限设置大于三级系统安全级别达到C级预留接口支持模拟量、控制量远程供电和采集4 井盖监控系统在电力隧道的应用4.1试点安装测试 2007年9月12月，我们在220kV知春里变电站至里文终端塔约400米长的电力隧道加装了井盖监控系统试点，安装了两套带电子锁的子盖，布放通信电缆1200米，在变电站内安装了一套监控主机，通过ATM网络将信号传至电缆公司，试点安装效果如图5所示。图5 井盖监控系统试点安装效果图 试点安装的目的主要包括：检验井盖监控系统的功能指标是否满足要求，系统性能是否稳定；实地分析井盖监控应用于隧道需要改进的技术指标及现场安装方法；检验隧道内电磁干扰对系统运行有无影响；监测系统信号数据流量。4.1.1性能指标检验 井盖监控系统试点安装的四个月期间，共进行了几十次远程开启、关闭操作，系统均正常执行动作，进行了几十次非法开启测试，系统均发出报警信号，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四个月期间，井盖监控系统运行情况稳定，未出现故障或设备异常。4.1.2试点安装发现的问题通过试点安装测试发现带电子锁子盖厚度与现有电力检查井主盖不匹配，试点安装的带电子锁子盖盖上后，检查井主盖不能关严。另外在执行子盖开启或关闭过程中，电子锁单元动作后，还需要用专用钥匙旋转机械锁，这种方式不利于现场使用，子盖上没有机械锁“开”“关”位置的标识，也不利于现场使用。4.1.3抗干扰测试10月20日下午及22日220kV上春电缆发电前，用电压示波器监测信号电缆屏蔽层感应电压，未检测到50Hz工频感应电压；用电压示波器检测信号电缆线芯电压，未检测到50Hz工频干扰信号，偶尔检测到脉冲电压信号，幅值5V，脉冲宽度1ms 。10月22日晚18：37分及19：30，上庄站、知春里站分别进行合闸操作瞬间，均未检测到冲击干扰信号。上春发电前这一段时间，共进行了四次远程开启测试，试点井1、试点井2均正确开启，响应时间小于10秒；进行了四次非法开启测试，电缆公司机房监控主机均及时报警，响应时间小于10秒。测试结果表明，隧道内电磁干扰对井盖监控系统的运行没有影响。4.1.4流量监测井盖监控系统数据流量监测情况如表2所示。表2 井盖监控系统数据流量监测情况流量监测时间2006年11月14日 11：3016：00井盖数量2套发送394.5kB接收414.7kB流量计算结果105 bps/套根据流量监测结果，按每个变电站监控300个井盖考虑，监控数据占用带宽为31kbps，根据北京电力数据通信网实际条件，每站申请2M bps的通道完全能满足井盖监控系统信号传输的要求。4.2技术改进4.2.1子盖调整根据试点安装发现的问题，将子盖边沿厚度从20mm减为12mm，承载力仍能满足34kN5要求，子盖边沿厚度减薄后，检查井主盖能正常关闭。另外还修改了带电子锁子盖的设计，在子盖中心增加了一个手柄来取代专用钥匙，避免了现场操作人员还需要携带专用钥匙的问题。在手柄上方还增加了“开”“关”位置标识，方便现场操作。修改后的子盖平面设计图如图6所示。图6带电子锁子盖平面设计图4.2.2增加防水密封圈检查井子盖与井圈之间存在缝隙，雨水通过检查井主盖锁孔流到子盖上，再从子盖与井圈的缝隙流入隧道内，雨天过后，检查井下方的隧道内往往有大量积水，为防止雨水大量进入电力隧道，设计了子盖防水密封圈，将密封圈套在子盖外沿，以延缓雨水流入隧道的速度，密封圈采用硅橡胶材料，材料厚度2.5mm，半圆型突起5.5mm，设计图如图7所示。图7硅橡胶防水密封圈设计图经过现场实际测试，子盖加装了防水密封圈后，延缓雨水流入隧道速度的效果非常明显。4.2.3通信电缆布置根据电力隧道内的实际情况，为方便现场安装，提高井盖监控系统通信电缆的的安全性，将井盖监控系统用的通信电缆安装在白色防火PVC管内，每根防火管内只敷设一条通信电缆，并用尼龙扎带将PVC管固定在隧道内最顶层电缆支架上，固定间距为1米。4.3完善井盖监控系统相关配套工作4.3.1检查井编码根据井盖监控系统管理需要，我们对电力隧道检查井进行了编码。编码原则为：位置代码+检查井标志码（RJ）+序号码（2位）。例如知春里站-里文终端塔隧道1检查井编码为HD340030005RJ01。4.3.2检查井子盖标牌为方便检查井识别和出入隧道联系工作，我们设计了检查井子盖标牌，标牌上标出了检查井编码，带电子锁子盖操作方法，出入隧道联系方式等内容。4.3.3完善地理信息系统地理信息系统是井盖监控系统发挥作用的一个重要平台，方便井盖监控操作管理，出现报警时快速定位。我们在原有的地理信息系统上，增加了与电力隧道井盖监控系统的接口，能在地理信息系统上实现开启或关闭井盖，出现报警时自动定位，图8是电力隧道井盖监控系统模拟报警的一个演示画面。图8 井盖监控系统模拟报警4.3.4调整管理模式、制定管理制度为适应电力隧道井盖监控等自动化监控系统的管理需求，实现高压电缆网自动化监控，智能化管理的目标，北京电力电缆公司成立了高压电缆网集中监控中心，集中对电缆及隧道自动化系统进行管理，并制度了配套的管理制度，人员出入隧道工作严格执行审批手续，中心安排6名监控值班员负责井盖监控系统24小时监控工作，按工作流程执行井盖远程开启、关闭操作，当井盖监控系统发出入侵报警信号时，值班员立即通知相关运行人员赶往现场处置，实现出入电力隧道管理的可控和在控。4.4建设规模及进度北京地区电力隧道井盖监控系统第一期工程已于2007年7月开工建设，由山东康威通信技术有限公司承建，在王府井、昆玉河、黄寺等14座220kV变电站内安装14套监控主机，在190公里电力隧道上安装2046套带电子锁检查井子盖，监控信号通过北京电力公司数据通信网传至电缆公司集中监控中心（信号传输结构如图9所示），实现电力隧道检查井井盖的集中监视和控制，一期工程预计于2007年11月底完工。图9 井盖监控系统信号传输结构图北京地区电力隧道井盖监控系统第二期工程正在可研编制阶段，计划在12座变电站内安装12套监控主机，在270公里隧道上安装2700套带电子锁检查井子盖，二期工程预计于2008年年内完成，届时隧道井盖监控率将达100。5 结 论a）井盖监控系统技术成熟，性能稳定，针对电力隧道实际情况进行相应的技术改进后，适宜于在电力隧道广泛应用。b）北京地区电力通信网络较为完善，电力隧道井盖监控系统信号传输非常方便，国内其它地区电力通信网络情况不尽相同，井盖监控系统信号传输方式宜根据本地区实际情况进行调整。c）建设电力隧道井盖监控系统需要提前做好一系列配套工作，对隧道检查井井盖进行编码，配套建设或完善地理信息系统，制定井盖监控系统相应的管理制度和工作流程，并对管理模式进行适当的调整。参考文献1关应涵 译 .电力企业的电力电缆现行实践J.广东电缆技术，2007，（2）：41-44.2TEPCO ILLUSTRATED 2006R.3王爱军 .通信管道人孔井盖监控报警系统J.通信与信息技术，2007年1月：92-95.4北京电力公司设备订货通用技术条件电力隧道井盖监控系统.5北京电力公司检查井井盖技术规范.6北京电力公司电力隧道运行管理规定.作者简介王立（1979-），男，工学学士，工程师，从事高压电缆运行监测技术工作。联系电话：[phone] 李华春（1971-），男，硕士，高级工程师，主管高压电缆生产技术、运行监测工作。联系电话：[phone]薛强（1977-），男，工学学士，工程师，从事高压电缆生产技术、运行监测工作。联系电话：[phone]周作春（1974-），男，硕士，高级工程师，从事高压电缆生产技术管理工作。 联系电话：[phone]杨震威（1971-），男，工学学士，高级工程师，从事电力隧道井盖监控技术管理工作。 联系电话：[phone]