电缆运行工况及环境综合监控系统

保定正源电气科技有限公司

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电缆运行工况及环境综合监控系统

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一、系统简介

近年来，随着电网的迅猛发展，电缆越来越多的应用到城市电网中。伴随着电缆线路

的日趋庞大，一个严峻的问题日益明显的暴露出来---电缆线路故障。

一方面，电缆线路在地下运行，相应的检测和维护比较困难，电缆本体的运行工况在

地面无法得知，由于电缆本体浸水、外表绝缘遭到破坏、接头松动等情况引起的局部小隐

患，因为不能及时发现和处理，往往会造成更大的恶性事故，给电力部门和广大群众带来

经济损失和生活的不方便。

另一方面，电缆通道内的环境，如温湿度、水位、有害气体、可燃气体等等，地面上

是无法做到预测的；特别是天然气及其它易燃易爆气体一旦渗入电缆通道，将给电缆的安

全运行乃至社会公共安全带来极大的威胁。电力电缆的外力破坏现象也越来越多，轻则造

成财产损失，重则造成安全事故，给电缆的安全运行造成重大威胁。因此，电缆通道的防

火、防气、防爆、防水、防盗问题日益重要，为满足电缆通道的“五防”要求，必须对电

缆的运行环境进行监测，提早发现问题，及时处理，避免重大问题的发生。

2010 年 5 月国家电网公司颁发了《国家电网公司电缆通道管理规范》，其中第二章第十

六条要求“重要电缆隧道应采用先进适用的现代监测技术，加强对非法侵入、火情、温度、

水位、气体成分，以及通风、排水等设备的状态监控。”

保定正源电气科技有限公司跟电力用户合作，研制开发了电缆运行状态及环境状态智

能综合监控系统，该系统采用了国内最新的各种监测手段，能监测电缆隧道内的各种参数。

采用该套系统后，可达到如下预期成果：

1、建立应用了一套完整的电缆运行状态及环境状态智能综合监控系统。

该系统能够实现对电缆本体表面温度，电缆金属护层接地电流，电缆隧道内氧气、

有毒气体、可燃气体、烟雾、水位等参数的实时在线监测。

2、该系统可以为电缆线路的管理提供大量实时有效的数据，完善了电缆管理工作的信

息化建设，符合建设智能电网提出的要求，可以提高电缆精益化管理的水平。

3、应用该系统后，供电公司从外力破坏、运行环境、设备状况、电缆线路网异常这 4

个方面加强了风险预测评估的能力，真正可以做到防患于未然。

4、应用该系统后，可以降低工作人员日常巡检维护的成本，提高劳动效率。

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二、系统特点

1、三化：智能化、信息化、自动化，符合智能电网建设的要求。

2、扩展性：系统采用模块化设计，具有良好的扩展性。

3、高适应性：采用无线网络通讯方式，适应性强，所有具有电源并且有无线信号的位置均

可实施本项目。

4、功能丰富：具有电缆金属护层接地电流、电缆本体表面温度、可燃气体成分、有毒气体

成分、氧气含量、烟雾、水位等参数的在线监测功能，以及通风、排水等远程控制能功

能。

5、监控中心功能强大，体现了电缆智能化、信息化、自动化、集约化、精益化管理的思路。

（1）采用 B/S 架构，实现远程浏览和远程控制。

（2）对不同的用户，授予不同的权限，利于信息共享。

（3）可以增加、删除监测设备，保障了监控设备的高效可靠工作，体现了监控平台的开放

性和可扩展性。

（4）显示内容丰富：包括状态参数、测量数据、曲线图、报警信息、地理位置信息等。

（5）采用先进的故障诊断算法，实现故障准确预判，故障精确定位。

（6）报警方式多样：有报警信息公布栏、声光报警、短消息报警等方式。

（7）建立数据库系统，实现海量数据的保存、备份、调阅、恢复等功能。利于数据统计分

析、电缆故障建模，利于规范电缆系统模型描述。

（8）具有日报、周报、月报、年报等报表输出功能。

（9）采用大屏幕显示方式，满足指挥、调度、集控的需要，为决策提供直观、形象的交互

式工具；各种信号均可以在大屏幕墙上显示，使得所有的情况一目了然，利于相关领导

及指挥调度人员及时全面地掌握全面电缆的运行情况。同时它也作为一个亮丽的窗口，

在对外宣传及提升单位形象等方面起着独特和重要的作用。

（10）预留出数据接口，方便实现与 PMS 系统、调度自动化系统、营销客户管理系统、95598

客户服务系统等多个系统的信息共享，提高电缆运行管理的服务水平和服务质量。

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三、系统组成

1、整个系统包括以下几个组成部分

（1） 智能、可靠的监控中心

（2） 灵活、高速的无线通讯网络平台

（3） 完整、详实的信息标识系统

（4） 电缆金属护层接地电流监测单元

（5） 电缆本体表面温度监测单元

（6） 电缆隧道内有毒气体含量监测单元

（7） 电缆隧道内可燃气体含量监测单元

（8） 电缆隧道内氧气含量监测单元

（9）电缆隧道内水位监测及抽水泵控制单元

（10）电缆隧道内烟雾监测及防火门控制单元

2、智能、可靠的监控中心

监控中心是电缆运行监控和管理的平台，具有电缆运行数据采集、运行状态实时监测、

故障预警与告警、数据统计分析、数据存储备份、电缆运行集中指挥、调度、集控、决

策等功能。

监控中心包含电缆运行工况和通道环境状态监控平台，采用数据采集服务器、磁盘阵列

等数据存储和保护技术。

监控中心采用大屏幕显示数据。它能够满足指挥、调度、集控的需要，为决策提供直观、

形象的交互式工具；各种信号均可以在大屏幕墙上显示，使得所有的情况一目了然，利

于相关领导及指挥调度人员及时全面地掌握全面电缆的运行情况。同时它也作为一个亮

丽的窗口，在对外宣传及提升单位形象等方面起着独特和重要的作用。

监控中心应用的监控系统软件功能强大，体现了电缆智能化、信息化、自动化、集约化、

精益化管理的思路。有如下特点：

（1）采用 B/S 架构，实现远程浏览和远程控制。

（2）对不同的用户，授予不同的权限，利于信息共享。

（3）可以增加、删除监测设备，保障了监控设备的高效可靠工作，体现了监控平台的开 放

性和可扩展性。

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（4）显示内容丰富：包括状态参数、测量数据、曲线图、报警信息、地理位 置信息等。

（5）采用先进的故障诊断算法，实现故障准确预判，故障精确定位。

（6）报警方式多样：有报警信息公布栏、声光报警、短消息报警等方式。

（7）建立数据库系统，实现海量数据的保存、备份、调阅、恢复等功能。利于数据统计分

析、电缆故障建模，利于规范电缆系统模型描述。

（8）具有日报、周报、月报、年报等报表输出功能。

（9）预留出数据接口，方便实现与 PMS 系统，调度自动化系统，营销客户管理系统，95598

客户服务系统等多个系统的信息共享，提高电缆运行管理的服务水平和服务质量。

3、灵活、高速的网络平台

整个系统的通信网络采用光纤网络通信方式，通过无线网络传输至监控中心，

4、完整、详实的信息标识系统

信息标识系统是监测点传感器位置和功能信息系统。通过信息标识系统，可以对每个传感

器和监控设备进行定位。

（1） 信息标识系统由三部分组成：

A、软件界面里传感器的信息提示栏

B、电缆隧道内监测模块标识牌

C、电缆隧道内传感器标识牌

（2）信息标识系统包含以下内容：

A、电缆隧道名称

B、监测模块名称和 ID

C、传感器名称和 ID

D、监测模块的距离

E、传感器安装的位置

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四、系统硬件配置及功能介绍

1、监控中心硬件配置

名称 性能参数 数量 备注

操控监视台 工业设计，人性化设计（可

选） 1 套 方便领导观察、指挥、调度

工控机

研华 IPC-610H

CPU:3.0GHz

内存：4GB

硬盘：500GB

主板：6007LV

DVD/10M-100M

网卡/ 声卡/键盘鼠标

2 台

电缆本体表面温度监测 1 套

电缆本体及通道其他参数监测 1

套

（可以放置在变电站内或者电缆

运行检修中心）

磁盘阵列 32TB 模块化智能阵列（可

选） 1 个 存储监测信息

液晶显示器 24 英寸液晶显示器 2 个 分别显示监测信息

投影仪 索尼投影仪（可选） 2 台 可以把监测信息投放到大屏幕

投影幕布 200 英寸电动幕（可选） 2 个 用来显示所有监测信息

打印机 佳能 激光打印机 （可选） 1 台 输出监测信息

音箱 音质清晰，内置功放（可选） 4 支 输出报警信息

报警单元 声、光、电报警（可选） 2 套 可以采用不同报警形式

GPRS 模块 工业设计，性能稳定（可选） 2 支 可以发送报警短信

UPS 电源 工业电源，6kVA（可选） 1 套 后备电源

合计

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2、电缆通道内汇控装置配置

（1）配置 1 套电缆运行工况和通道环境状态监测汇控装置，采集电缆金属护层接地电流

监测单元、电缆隧道内有毒气体含量监测单元、电缆隧道内可燃气体含量监测单元、电缆

隧道内氧气含量监测单元、电缆隧道内水位监测及抽水泵控制单元、电缆隧道内烟雾监测

及防火门控制单元的所有信息。

（2）配置 1 套电缆本体表面温度监测汇控装置，采集电缆通道内所有电缆的表面温度。

3、电缆通道内通讯和电源设备的配置

（1）通讯设备

系统内通讯采用 TCP/IP + RS485 模式，光纤本体测温由于其数据量较大采用 TCP/IP 方

式与工控主机通讯，其它环境监控设备采用低速隔离 RS485 方式与工控主机通讯。

（2）电源设备

所有通讯设备、监测设备都需要配置供电电源，利用配电室内交流电源，铺设 24V 的

直流电源骨干网（最好是双电源），数据采集装置和通讯装置采用 24V 直流电源工作，各个

监测传感器采用 24V 直流电源工作。这样分配电源，既保证了电源的可靠性，又考虑到了

设备使用的安全性。

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4、各个监测监视单元的配置、功能和特点

4.1 电缆金属护层接地电流监测单元

4.1.1 功能及特点

电缆金属护层接地电流监测单元通过电流互感器采集电缆金属护层接地电流数据，监

测单元采用 RS485 把数据传至监控中心，监控系统软件对数据统计分析，当满足报警条件

时，启动报警。接地电流有两种报警设置方式： A、绝对阀值报警，当接地电流超过某一

设置值时，启动报警。B、变化趋势报警，当单位时间内接地电流变化超过某一设置值时，

启动报警。 

4.1.2基本技术参数 

4.1.3 布点原则

每个监测单元可监测 3 相电缆的金属护层接地电流，高压电缆每个电缆接头或终端处

布置电缆金属护层接地电流监测单元 1套。

图：监控主机 图：接地电流变送器

技术参数名称 指标

接地电流测量范围（交流分量） 0～30A

接地电流测量范围（直流分量） 0～40A

电流测量精度 ±1%FS

电流显示分辨率 0.1A

防护等级 IP66

工作温度 -10℃～60℃

运行环境湿度 不大于90%

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4.2 电缆本体表面温度监测单元

4.2.1 功能及特点

电缆本地温度监测系统采用分布式光纤温度在线监测技术。

分布式光纤传感系统原理是同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，采用先

进的 OTDR 技术，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现真正分布式的测量。

4.2.3 布点原则

蛇形布点

在范围监测过程中多采用本方法，本方法优点在于施工量小、光纤用量少、成本相对

较低。

L 形布点

本方法多用户高压电缆温度监测，采用沿电缆敷设方法，该方法测温定位精度高，可

以实现每根电缆的温度定位，适用于高压电缆。

图：光缆平行敷设 图：电缆头多圈敷设

技术参数名称 指标

测温范围 －30oC～+120oC

测温精度 + 1oC

温度分辨率 0.1oC

定位精度 1m

主机工作环境温度 0oC～40oC

主机工作环境湿度 不大于90%

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图：光缆余量 图：光缆标牌

4.3 ZYOL-N 数据采集系统

4.3.1 功能及特点

ZYOL-N 型综合采集系统是我公司电缆在线综合监测系统的组成部分，主要完成氧气、

一氧化碳、有毒气体、可燃气体的在线监测以及水位的越限报警输出。产品具有具有良好

的重复性和温湿度特性、使用寿命长、操作方便等优点。

4.3.2 基本技术参数

4.3.3 布点原则

在隧道内部气体积聚位置安装 ZYOL-N 数据采集系统。

图：ZYOL 数据采集系统

技术参数名称 指标

气体含量监测通道 4

水位监测通道 4

水泵控制通道 4

防护等级 IP65

主机工作环境温度 -10oC～60oC

主机工作环境湿度 不大于90%

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4.4 电缆隧道内有毒气体含量监测单元

4.4.1 功能及特点

有毒气体含量监测单元主要功能是监测电缆工井位置的有毒气体含量，防止当施工检

修人员进入工井时，发生中毒事故。主要监测一氧化碳（CO），硫化氢（H2S），氟化氢（HF），

氯化氢（HCl），氨气（NH3），氯气（CL2）等等有毒气体的含量，当有某些有毒气体超标时，

系统发出报警信号，同时可以驱动排风系统通风。采用进口电化学变送器，测量准确。

4.4.2 基本技术参数

技术参数名称 指标

传感器原理 电化学

防爆等级 Ex d IIC T6

有毒气体测量范围 不同的气体有不同的范围

有毒气体测量精度 不同的气体有不同的精

度

4.4.3 布点原则

将有毒气体含量监测单元布置在电缆通道的工井口处，此处多为检修施工人员的进出通

道，可有效预防中毒事故。

图：气体探测传感器组

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4.5 电缆隧道内可燃气体含量监测单元

4.5.1 功能及特点

可燃气体含量监测单元主要功能是监测电缆通道内的可燃气体含量，防止可燃气体超

标后，引发火灾或爆炸事故。主要监测天然气、液化石油气、煤气、汽油、氢气等可燃气

体的含量，当有某些可燃气体超标时，系统发出报警信号，同时可以驱动排风系统通风。

采用进口催化式变送器，测量准确。

4.5.2 基本技术参数

技术参数名称 指标

传感器原理 催化式

防爆等级 Ex d IIC T6

可燃气体测量范围 0～100%LEL

可燃气体测量精度 ≤±3％LEL

4.5.3 布点原则

将可燃气体含量监测单元布置在电缆通道的工井口处，此处多为检修施工人员的进出

通道，当检修人员打开工井盖时，如果可燃气体超标，可能会因为有人抽烟、打手机、行

动产生静电放电等行为引发火灾或爆炸事故。

4.6 电缆隧道内氧气含量监测单元

4.6.1 功能及特点

氧气含量监测单元主要功能是监测电缆通道内的氧气含量，防止氧气含量过低后，引

发检修施工人员的缺氧事故。当氧气含量过低时，系统发出报警信号，同时可以驱动排风

系统通风。采用进口电化学变送器，测量准确。

4.6.2 基本技术参数

技术参数名称 指标

传感器原理 电化学

防爆等级 Ex d IIC T6

氧气测量范围 0～30% vol

氧气测量精度 0.1% vol

4.6.3 布点原则

将氧气含量监测单元布置在电缆通道的工井口处，此处多为检修施工人员的进出通道，

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而且此处应为电缆通道内氧气含量最高的位置，如果此处氧气含量过低，电缆通道内部的

氧气含量会更低，就可能会造成人员的缺氧事故。

4.7 电缆隧道内水位监测及抽水泵控制单元

4.7.1 功能及特点

电缆通道内积水过多，会造成有毒气体含量增加，同时电缆长期浸泡在水中，会造成

表皮绝缘水平下降，容易引发事故。水位监测及抽水泵控制单元主要功能是监测电缆通道

内的水位是否超标，如果超标，可以驱动潜水泵排水。采用 316 不锈钢高精度变送器，测

量准确。

本系统采用的水位传感器充分考虑到隧道内的工作环境，选用防冻、防污的产品来实

现隧道内的水位监测。

4.7.2 基本技术参数

技术参数名称 指标

量程 0～5米（可定做）

测量精度 ±2% FS

传感器壳体材料 316不锈钢

防护等级 IP66

4.7.3 布点原则

将水位监测单元布置在电缆通道积水坑位置，便于控制水泵自动排水。

图：水位传感器

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4.8 电缆隧道内烟雾监测及防火门控制单元

4.8.1 功能及特点

电缆通道内最怕产生火灾事故，因为空间狭小温度极易升高，人员又不易进出，所以

只能任由其发展。如果在事故初期监测到有烟雾产生，随即关闭两侧防火门，停止风扇通

风，则可以把损失降到最低。烟雾监测及防火门控制单元的主要功能就是监测电缆通道内

的烟雾是否超标，当烟雾含量超标时，系统发出报警信号，同时可以驱动防火门和风扇关

闭。

4.8.2 基本技术参数

技术参数名称 指标

烟雾探测器监测范围 20平方米

烟雾探测器灵敏度 0.5dB/m（±0.1 dB/m）

工作温度 -10℃～60℃

4.8.3 布点原则

在电缆通道内每隔 200 米会设有一道防火门，在两道防火门之间布置 1套烟雾监测及

防火门控制单元，每个单元带有 2个烟雾传感器。

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五、监控中心软件功能介绍

1、远程浏览、控制功能：软件采用 B/S 架构设计，为用户提供可靠、直观、人性化的操作

界面，实现了所有数据远程浏览，控制模块可以远程控制的功能。

2、实时显示功能：软件界面实时显示各种监测模块的状态参数、测量数据、曲线图、报警

信息、地理位置信息等等。

3、历史数据查询功能：监控中心建立了数据库，所有数据保存在磁盘阵列中，用户随时可

以通过软件的操作查询前期的历史数据，为科学研究和统计分析提供了依据。

4、报警信息查询功能：所有监测模块的报警信息都会及时保存记录，用户随时可以通过软

件的操作查询前期的报警信息，为设备检修和改造提供判断的部分依据。

5、报警阀值灵活设置功能：各个监测模块监测的参数各有不同，系统软件的报警阀值可以

灵活设置，有绝对值报警、相对值报警、趋势值报警等设置方法，满足了用户的多种需求。

6、报警方式灵活应用的功能：系统软件可以根据用户的设置驱动不同的报警装置，可以实

现软件界面显示报警、短信报警、电话报警、声光电报警等等。

7、数据统计功能：软件可以根据用户的设置，按照不同的时间段对所有数据进行统计，并

可以绘制统计表格，方便用户分析研究。

8、数据输出功能：软件支持用户利用硬盘、打印机、网络等手段将所有数据导出，以便于

用户保存数据。

9、用户管理功能：具有安全的用户登录管理，多级别、多权限访问控制的用户管理功能，

保证了软件系统访问和操作的安全。

10、设备管理功能：可以根据用户的需求添加、删除和修改需要监控的设备。实现了灵活、

方便的、模块化的监控设备管理。

11、设备及报警信息定位功能：软件系统对所有添加的监控设备都编制了详细的地理位置

信息，用户可以随时查看，当有报警信息时，软件可以在固定报警位置提示，方便用户对

设备的及时定位。用户设定的报警方式，自动判断是否启动报警信号。

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图：登陆界面

图：监控界面

图：历史数据查询

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六、与其他系统进行数据交换

如果需要将本系统的数据与其他系统进行数据交换，本系统提供开放式接口，可以通过

RJ45 网口将数据上传至其他系统。数据交换方式可采用关系数据库、动态数据实时交换(DDE)

技术、OPC 协议标准三种方式实现数据交换。数据交换需 2M 带宽。

如果不需要数据交换，则可采用 WEB 方式远程浏览本系统的实时数据及历史数据。

本方案由于使用无线网络通讯，监控中心因要求匹配具有固定 IP 的数据服务器，有可

能需要与公网相连，所有需要进行数据交换的电脑又必须与本服务器相连，所以有可能无

法彻底断开内网与公网的联系。