高压电缆隧道远程遥控通排风系统的开发与应用

国网北京电缆公司 赵洪飞 李 光 姚林志 王 硕 熊益多 尚英强 康威通信技术股份有限公司 杨震威

高压电缆隧道作为高压电缆最主要的敷设方式之一得到了越来越多的应用。通排风系统是保证高压电缆隧道内电缆和运维人员安全的重要敷设设施。已有高压电缆隧道的通排风系统多不具备远程遥控功能，随着高压电缆隧道长度的增加，对高压电缆隧道通排风系统的远程遥控功能的需求越来越迫切。而随着电力电子、计算机、通信技术的快速发展以及高压电缆隧道智能化水平的提高，使得结合高压电缆隧道已有智能化设备实现其通排风系统的远程遥控成为可能。

高压电缆能节省宝贵的城市地面空间，还带来了使用安全、运维便捷等优点，符合负荷集中、地上空间有限的城市核心区电网发展要求，在北京、上海等城市的主城区新建电网线路必须采用电缆，而对于存量现状的架空线路网架，也在随着城市地块的开发逐步转为地下电缆。

高压电缆隧道是电缆入地最重要的敷设方式之一，能够很方便的实现多回路电缆新建和切改，在特大城市或城市核心区得到了广泛应用。高压电缆隧道是一条基本封闭的隧道，隧道内因积水、淤泥聚集等问题会产生诸如甲烷等有毒有害气体，且电缆在供电过程中本体发热，空气流通不畅导致电缆隧道内温度偏高，为了降低隧道内电缆本体运行故障率及运检人员的风险，通常在隧道井口、通风亭处安装排风机。随着电缆隧道工程的增多，排风机数量巨大、分布范围广的特点也体现的越来越明显。而现有电缆隧道中的风机控制装置多只能采取手动停启，当电缆本体发热时或进行现场巡检前均需进行有限空间通排风，需巡检人员去现场启动风机，花费了巡检人员大量的时间，给电缆隧道风机的管理带来诸多不便。

从目前查阅的文献来看，远程遥控的通风系统多用于煤矿、矿山[1-3]，重点强调通风系统的自动化与可燃易爆气体的监测联动，而高压电缆隧道相对煤矿、矿山来说通排风通道简单，隧道也可以看成一个通风通道，但与煤炭、矿山不一样，电缆隧道的通风有非常显著的分布式特点，随电缆隧道路径布置，覆盖范围广。

高速公路通风[4]、综合管廊通风系统[5]等市政管线通风系统与高压电缆隧道通排风系统比较接近，都有分布式、离散的特点，但考虑到高压电缆隧道整体的智能化系统，高压电缆隧道的远程遥控通排风系统又有自己的独特性，可参考资料少，尚无直接可参照的成熟工程案例。因此，基于现有具有一定程度的智能化高压电缆隧道，研发一整套电缆隧道风机与管理平台功能联动、远程控制，实现风机自动起停、故障保护，对于电缆隧道环境的管理具有非常重要的意义。

1 需求分析

1.1 高压电缆隧道现有系统

某电力公司已有电缆隧道已装有电缆精益化系统，已经实现对所有电缆公司产权下的监控井盖的远程控制，该系统通过分布式采集、控制监控井盖的状态，实时对电力隧道井盖进行状态监控，并对进出隧道情况在上位机的电缆精益化管理平台做全时记录。

终端采集单元安装于电缆隧道的电子井盖处，通过对井盖开关信号的采集获取井盖开关状态，然后通过电力载波的形式经通信电缆上传至上位机平台。同时考虑到并非所有的隧道均建有良好的供电系统，该井盖监控系统的分布式供电也是通过低烟无卤阻燃通信信号电缆数据交互传输同芯线完成，即分布式分布的井盖子系统的通信和供电均通过同一根同芯线完成。而通过通排风系统的通信量分析不难发现，通排风系统的通信量也是数字信号，可以利用现有监控井盖及电缆精益化平台实现通排风的远程遥控。

现有的风机控制模块通过控制模块连接现场总线系统，用多状态综合主机对10km 以内设备进行现场控制。采用数字编址式载波网络对设备进行编码，并使用TCP/IP 有线网络对采集数据信号和控制信号进行传输。

1.2 可行性分析

通过对现有井盖监控系统的分析可知，井盖监控系统采用具备远程载波通讯信号同芯线，采用具有共缆传输技术的数字编址总线式载波通信网络的方式实现监控井盖的远程操控，系统由模块化多功能监控主机提供DC24V/2.4W 安全恒流馈电，通过低烟无卤阻燃通信信号电缆进行数据交互，即通过同芯0.5mm²线径双绞总线同时完成供电和通信功能。

通过分析井盖监控系统相关参数可知，该系统供电的供电距离不低于10公里且末端压降小于12V。且在电缆通道内的有线数据传输模块均采用低功耗、抗干扰强的设备，每套远动终端设备的输入电压均为DC24V 且输入功耗应≤0.15W，同时每对0.5mm2线径双绞总线线路电流超过0.1A时，数字编址总线式载波通信网络将停止对远动终端设备进行供电。不难发现，井盖监控系统的供电和通信系统具备远程遥控功能，能够被通排风系统采用。

2 远程遥控通排风系统

2.1 总体方案

可远程遥控风机系统主要由四个部分组成,分别是：系统组网部分（4层有线网络：终端监测层有线网络、通讯采集层有线网络、子站汇集层有线网络、主站控制层有线网络）、系统通讯部分（组合一体网络通讯系统：TCP/IP 有线网络、现场总线网络、数字编址式载波通信网络）、系统供电部分（远程集中供电）及风机控制模块（远程控制单元）。

2.2 系统组网

为更好的结合现状隧道已有的智能化系统，远程排风系统中风机的通讯监测数据宜接入精益化系统中进行存储，风机远程控制功能需经过监控智能运管中心授权。从结构层次的角度可分为如下四层：

第一层是部署在北京市电力公司电缆分公司集中监控中心内的一级监控中心综合数据智能监测管理平台，由各种应用服务器、数据库服务器、打印终端、存储设备、显示大屏、前端控制机等软硬件设备组成。北京市电力公司电缆分公司多状态监控主站系统早期已经建成，此次项目所有系统应能接入原有系统；第二层是在电缆隧道就近的变电站内(以下简称站控级电缆状态监测子站)设置的站控级电缆状态监测子站，由模块化多功能监控主机等软硬件设备为优化系统结构层次、提高信息传输效率、便于系统组成，主要包含模块化多功能监控主机、网络硬盘录像机、系统数据服务器、企业级路由器、网络交换机及标准电力机柜等主控网络传输汇集设备。

图1 高压电缆隧道远程遥控通排风监控系统平台

第三层是部署安装在电缆隧道内用以实现控制、控制功能的通讯采集装置(即各种数据采集器和远程控制单元)，主要涉及环境监测通用采集器、设备远程控制单元等设备；第四层是部署安装在电缆隧道内的终端监测装置，主要涉及气体探测器、温湿度传感器、隧道风机终端等设备，包含各种传感器和远程控制动作机构，属于系统的最底层。

2.3 通信方式

井盖监控系统具有分布式的特点，其通讯传输采用TCP/IP 有线网络+现场工业控制总线+以太网总线相结合一体网络通讯形式，以满足井盖监控、隧道通排风监控的，远程操控、集中显示、事件记录等管理目标。

主要包含：TCP/IP 有线网络。以TCP/IP 以太网接口的通信方式、采用IEC 标准通讯规约进行数据交互传输，实现网络通信带宽不应低于2M。即介于北京市电力公司电缆状态监控主站系统与站控级电缆状态监测子站之间，通过北京市电力公司现有的市调通信网或综合数据网；现场工业控制总线。用于系统通讯传输，通信速率约为1200bps，有效信号传输及远程集中供电距离为半径10公里且每对同芯线对通信链路通过一对0.5mm2双绞线总线。即通过低烟无卤阻燃通信信号电缆，组建具备远程供电和载波通讯信号同芯线对共缆传输技术的现场工业控制总线。

2.4 供电方式

常规通风、照明、排水等多采用从变电站站用电380V 系统引接电源搭建供电系统，但老旧隧道内往外无380V 供电箱，且供电需从变电站取，长距离供电电压衰减严重。为了提高本文所提系统的通用性，本系统采用DC48V 远程集中供电方式，所需工作电源应由站控级电缆状态监测子站多状态监测屏机柜内的监控主机通过低烟无卤阻燃通信电缆远程集中供给，且有效信号传输及远程集中供电距离应以监控主机为中心半径不小于10公里。

每对双绞线总线（通信链路占用多状态监控主机的1个用户端口)可复接16套风机监控终端，由于远端现场监测单元（风机监控终端）采用硬件高度集成化及超低功耗设计，因此在电缆通道监控现场不需要外接交流220V 电源。同时用于远程集中供电和信号传输的小对数低烟无卤阻燃通信电缆，采用低烟无卤阻燃护套，接头有完善成熟的保护方式，充油封包、防水防尘，具备在隧道、管井等恶劣场合下运行性能。

同时对于变电站和监控中心的上位机主设备，由于其不同于隧道采集设备的分布式，具有相对集中的特点，本系统采用就近接入变电站或监控中心的AC380/220V 电源系统的方式，而众所周知，变电站和监控中心的电源都有完善的继电保护，整个供电系统的可靠性很高，供电无技术难度。

2.5 用户界面及效益分析

基于已有的精益化平台，研发了更便于用户远程监测和操控的用户界面以及事件记录界面。2010年1月～2019年12月有限空间作业事故原因类型统计如下：事故总次数132次，其中：有毒有害气体超标81次，所占百分比61%、累计百分比61%；缺氧窒息超标47次，所占百分比36%、累计百分比97%；燃爆事故超标4次，所占百分比3%、累计百分比100%；坠落、溺水、物体打击、电击等超标0次，所占百分比0、累计百分比100%。由此可知，有毒有害气体导致全部的有限空间事故的发生。本文所介绍的具备远程遥控功能的通排风设备可以随时随地对电力隧道进行通排风，减少隧道内有毒有害气体的堆积，降低事故率。并且减少电力隧道内工作前的等待时间，提升电缆运维精益化水平。

经过计经核算，本远程遥控功能的通排风系统总计花费2.7688万元，与现有电缆精益化平台进行对接，可以实现电力隧道全部通排风系统的远程控制，相较于重新建造可联动电缆隧道通排风系统要节约数百万元，可以在较短时间内投入使用，普及应用更容易。

综上，高压电缆隧道通排风系统直接关系到高压电缆隧道内电缆载流量和运维人员有限空间作业的安全性，目前已有的通排风系统多不具备远程操控功能，本文结合某电力公司高压电缆隧道内已有的综合监控平台，提出了高压电缆隧道远程遥控通排风系统，该方案能够充分利用已有运维系统，仅通过少量的工程改造，即可实现高压电缆隧道通排风系统的远程遥控，具有非常好的经济效益和可推广价值。