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1、电磁能量采集型电缆隧道综合监测技术杭州休普电子技术有限公司杭州休普电子技术有限公司1 1 概述概述1.11.1电缆隧道安全监测的意义电缆隧道安全监测的意义电缆隧道为敷设和运行在其中的电力电缆提供了一个良好运行环境。就电力电缆运行条件而言，运行于隧道环境中的电力电缆通过敷设方式的优化、环境因素的改善和控制将直接影响到电缆实际载流量和运行寿命的提高；就电力电缆本体而言，隧道的建立使得实现对电力电缆的绝缘状况、电缆的运行温度特别是电缆接头的温度变化等关系到电缆运行安全的实时运行状态监视成为可能。上述所有影响电力电缆正常运行的因素和保证电缆状态的措施就是电缆隧道运行和环境监控的基本内容。发展到今天，各
2、类测温消防报警系统、消防与通风设备的联动系统以及通信系统等以火灾预警和消防控制为主要目的各类功能性装置已在电缆隧道中得以普及并开始尝试各功能装置间的协调和简单集成，这些装置的应用，在一定程度上保证了电缆隧道的安全运行。1.21.2设计原则设计原则1、以确保隧道运行，人身安全和电缆输送能力为目的，对隧道实行统一监控和集中管理2、建立多级、分功能、多系统集成计算机网络，完成智能监控、操作、维护、通信、资源共享等功能，各子系统保持相对独立性，且均有自诊断功能，以便及时准确地发现异常和故障，并能迅速地清除故障。3、设备选型应考虑隧道内的工作环境，尽可能采用成熟技术及产品，关键设备计算机采用冗余配置，确
3、保系统可靠性。4、系统具有开放性、可靠性、先进性、可扩展性等特点，同时必须具有高速、实时、可靠检测隧道内运行状态以及检测各类事故、灾情的能力，还能掌握各类管理信息，及时做出有效的措施。主系统具有开放性，子系统具有可扩展性余留管理的网络接口和通信接口。5、为便于对电缆隧道进行科学化管理，还应从“人性化”的角度将多个子系统进行整合。1.31.3主要功能主要功能电缆隧道监控系统是整个电缆隧道运行管理的指挥、调度中心，其主要功能将涉及对隧道内运行的电力电缆本体的实时状态监测、隧道环境和辅助设施工作状态的监视以及特殊事件的预警及应急处理等三个层次。首先系统应能完成对隧道内电缆实际运行状态的信息的采集，在
4、此基础上通过综合计算和深入分析以实现对电力电缆这一隧道内主要电气运行设备实际工况和环境的实时监测和掌控，确保电缆的安全和性能的可靠，使之正常高效运行并满足电网要求；其次，系统通过对隧道内环境信息和一系列辅助设备系统工作运行状态的监视以控制和提高整个隧道系统运行环境的可靠性和相应控制与调整的有效性；再次，能对灾害、电缆损伤、电缆盗取及电网事故等事件进行尽量准确的预警，并在事件发生时能通过人性化的人机交互和必要的预案和智能手段及时有效地控制和处理将事件影响范围限制在最小范围内，保证电网安全稳定和人身安全。电缆隧道监控系统对电缆及隧道监控的实现，并不是简单地对应各类功能需求设置相关的辅助设备并分别完
5、成相应的监视和控制功能，而应在构建完善的计算机综合监控系统的前提下以网络化、集成化和数字化的方式将隧道内所有相互独立的辅助设备纳入一个系统范围内，进行有机的集成，在信息充分共享的基础上实现高度智能和系统的联动，使之形成一个综合性的监控系统。根据现有电缆隧道运行经验并结合电网不断发展对电缆隧道运行的要求，电缆隧道监控系统具体应具备下列监控功能：1、对电力电缆运行状况的实时监测2、通过监测电缆护层电流来监测电缆的护套绝缘状态3、对盗取电缆行为的实时监测报警4、智能化的综合处理能力和人性化的人机界面（事件报警、定位、信息的多媒体显示、应急预案等）上述具体监控功能中，对电力电缆运行状况的实时监测是现行
6、电缆及隧道运行管理的薄弱点，应作为电缆隧道监控主要突破方向；对电缆隧道运行环境和辅助设施状态的监视应向信息采集整体化、场景显示多维化发展，以完全替代传统的人工巡视方式；对隧道内火灾报警、消防联动设备的控制，则要求在现行隧道火灾报警系统上重点发展多信息综合处理、预警技术和辅助设备系统智能联动功能；人性化的人机交互和必要的智能控制决策手段（包括事件报警及定位、信息的多媒体显示、高级应用软件等）是提高电缆运行管理效率，减轻运行管理人员的劳动强度的有效手段。2 2执行执行/ /引用引用标准标准本系统方案设计遵循“功能齐全，技术先进，实用可靠，扩展性好，有利管理，投资合理”的原则，完全符合国家标准，行业
7、标准以及中华人民共和国公安部有关条例和规范，包括：IEC 62498.3-2010轨道交通设备环境条件第 3 部分：通信和信号设备GB/T21197-2007线型光纤感温火灾探测器SY6503-2000可燃气体检测报警器使用规范GB50166-92火灾自动报警系统施工及验收规范SY/T10045-2003工业生产过程中安全仪表系统的应用ISO9001国际标准化管理体系GPT75-94 中华人民共和国公共安全行业标准防盗报警控制器设计规范GAT75-94 中华人民共和国公共安全行业标准安全防范工程程序与要求GBJ23-90、92 电气装置安装工程施工及验收规范JGJ/16-92民用建筑电气设计规
8、范GB/50198-94民用闭路监视系统工程技术规范以上仅列出了主要标准但不是全部,采用上述规范及上述规范所指定的规范应为最新版本。3 3系统构架系统构架3.13.1概述概述由杭州休普电子技术有限公司研发的电磁能量采集型电缆隧道综合监测技术，包括隧道电缆温度监测 及载流量监测子系统、电缆护层电流监测子系统、环境监测子系统、视频监测子系统等四个系统。其中温度和载流量的监测采用电磁能量采集型无线传感器和分布式光纤监测共同实现。系统使用先进的载流量监控系统，该系统在对电缆缆表温度监测的基础上，进一步对载流量进行监控。是一套基于动态载流量模型（DCR）和分布式光纤测温技术（DTS）的电缆安全在线监控系
9、统。该系统可以监测长距离电缆表面的温度，且根据动态载流量模型推算出实时导体温度，对电缆进行负荷计算，系统可设置高温预警、高高温报警、温度异常报警等诸多功能，系统通过监测电缆护层电流来监测电缆的护套绝缘状态。为电缆的安全监控和负荷管理提供了有力的手段，有效地提高了电缆的输电能力和资产利用率。3.23.2系统结构总图系统结构总图4 4电缆温度监测及载流量监测子系统电缆温度监测及载流量监测子系统4.14.1隧道电缆监测及火灾报警系统功能隧道电缆监测及火灾报警系统功能杭州休普电子技术有限公司测温系统是国内最先进、也是最稳定的。主要由无线传感器监测和光纤传感监测两部分组成。在电缆的两头采用电磁能量采集型
10、无线测温的方式装设 SPS063 传感器，实时监测电缆的温度和载流量，在现场可以直接观察温度和载流量数值，并且具备现场声光报警。分布式光纤测温系统通过电缆及隧道沿线敷设的测温光纤，实时监测长距离隧道系统的温度，及时发现电缆及隧道过热点、异常点，保障电力电缆的安全运行、对隧道系统的火灾预警提供高效率、高准确率的监测方案。4.1.14.1.1 测温技术参数：测温技术参数：无线温度传感器作为系统的感知层，分布于各个发热点，实时测量其表面温度，并将温度数据通过无线方式上传给接收终端。 接收终端在系统中承担着数据中继功能，它接收到传感器的数据之后再通过光纤、485 或者无线等方式传输给数据后台，他们形成
11、了系统的网络层。 数据到达后台后，用户可以通过浏览器方式监测现场每个传感器的实时温度、历史曲线，如果出现超温情况，可以快速定位并及时通知相关人员。这就是系统的应用层。 两端无线测温原理两端无线测温原理无线测温传感器 SPS063 的技术参数4.1.24.1.2 电缆测温系统功能；电缆测温系统功能；1)具有自检功能，可实时监测运行状况，并对故障点进行报警；2)可进行分区管理，能显示检测分区的温度，并能按分区定位；3)温度信号（火灾）声光报警；4)定温报警温度可设置为：6595；5)报警级别设定：预警、火警 2 级报警报警级别设定：预警 8090；、火警 2 级报警 95以上型号4 公里机型10
12、公里机型20 公里机型测量距离4km10km20km取样间隔1 米1 米1 米定位精度1 米1 米1 米测温范围-120+400 摄氏度-120+400 摄氏度-120+400 摄氏度温度精度1 摄氏度1 摄氏度1 摄氏度温度分辨率0.1 摄氏度0.1 摄氏度0.1 摄氏度单通道测量时间3 秒5 秒20 秒工作温度贮存温度工作湿度最大工作海拔光纤类型光纤接口 工作特性040-1060095%无凝结4000 米(50/62.5)/125 多模光纤FC/APC尺寸(W x H x D)482 x 177 x 480 mm (19“ x 7“ x 18.9“)重量16.5 kg (31.9 lb)通
13、信接口RS232、Ethernet、USB电源AC220V10%激光辐射等级1M6)可进行差温报警，并可设报警值；7)可根据温度升高的速率进行报警，并可设定报警速率值；8)可连接至监控计算机实现数据管理功能；9)报警设备上具有人工复位按钮，出现报警后必须确认复位后才能取消报警4.1.34.1.3电缆测温光纤的敷设方式电缆测温光纤的敷设方式如上图所示，对关键及单独铺设电缆进行单根紧贴安装；对电缆沟架等多根电缆部分，可采用蛇形铺设，光纤与电缆用专用固定件安装固定。4.1.3.14.1.3.1电缆表面测温光缆的安装电缆表面测温光缆的安装电缆表面绑扎：分布式光纤测温系统采用每回路电缆敷设一条测温光缆的
14、方式来测量电缆缆表温度，测温光缆固定在待监测电缆回路上，在电缆中间接头采取加强敷设来实现对电缆接头的重点监控。电缆本体绑扎规则：1.探测光缆采用每回路电缆敷设一条测温光缆的方式，在电缆中间接头及终端部位采用双环折返敷设方式。2.探测光缆绑扎固定方式为可拆卸式， 固定间距为 100 厘米， 测温光缆安装在电缆侧面，并保证测温光缆与电缆外护套紧密接触。外敷光缆电缆品字形放置时测温光缆的敷设3.电缆品字形摆放时，采用固定夹具、将测温光缆紧密地附着在一相电缆上，并通过尼龙绳或胶带进行绑扎固定，确保测温光缆与电缆表面紧密接触。4.遇到电缆固定夹具时，采用跳跃式敷设测温光缆，在夹具两侧 10cm 至 20
15、cm 处分别使用绑带进行绑扎；5.测温光缆每 500 米预留长度为 10 米的光缆余量环；6.光缆拐弯时，弯曲半径应大于 5 厘米。7.光缆接头处使用光缆接头盒。光缆接头盒、终端保护盒应具备高防水密封性能，光缆接头盒应固定于高处，不得放置在地面或支架上。8.在电缆监测的始端、终端、机柜底部及中间接头处测温光缆上挂铝质标牌（40mm40mm，标识测温对象、所在区域、长度等信息。电缆接头绑扎：1.采用双环折返敷设方式，沿电缆接头的纵向往返敷设三次，每次往返要在不同侧面位置，光缆之间表面距离不小于 10 厘米；2.使用尼龙扎带将测温光缆绑扎在电缆接头上， 绑扎间距应不大于 50 厘米， 并且在光缆环
16、的始端、尾端均应进行绑扎，绑扎时应保证测温光缆有较大的弯曲半径；4.1.3.24.1.3.2光缆余量的设置光缆余量的设置光缆余量，也称之为光缆环，主要用于光纤测温系统定位、测量环境温度、防止测温光缆敷设过程中光缆损伤所采用的一种措施。其设置场景如下：（1）测温光缆应每隔 500 米设一光缆余量段；（2）测温光缆穿越不同的区域（如从电缆层进入电缆隧道）应设一光缆余量段；（3）测温光缆从一个电缆跳转至另一电缆上应设一光缆余量段；（4）需要测量环境温度时，可通过设置光缆余量段来实现；（5）在测温光缆的尾端，应设置光缆余量段来实现终端显式定位，并在尾端进行防水处理；（6）在测温光缆的始端，应设置光缆余量段来实现始端显式定位；设置要点：（1）余量段长度为 10 15 米；（2）使用 34 个尼龙扎带将余量段绑扎成环状；（3）牢靠固定，并且保证出入环处的光缆有较大的弯曲半径；4.1.3.34.1.3.3光缆的熔接光缆的熔接在以下三种场景处需要进行光缆的熔接操作：（1）不同光缆盘之间接续；（2）光缆断
