Aケーブルトンネル知能総合監視システム

一、はじめに

電力網の容量の増大、知能化、自動化レベルの向上に伴い、ケーブルの使用量はますます大きくなり、変電所、配電室、開閉所及びスイッチステーションのケーブル溝の規模もますます大きく複雑になっている。それは地表下に位置しているため、安全の死角となりがちで、地溝ケーブルの障害発生は通常隠蔽漸進方式であり、事故の症状が発見されると、通常の損失は回復しにくく、深刻な場合は電力網の安全運行にも影響を与える。

電力巡回検査員の安全、便利、迅速な管理を支援するために、可視化、知能化、無人化を一体化した現代知能監視システムはすでに伝統的な管理モデルを徐々に元に戻し、ケーブルトンネル内の環境と運行状態のオンラインリアルタイム監視を実現し、電力安全運行に保障を提供している。

トンネル総合オンラインモニタリングシステムは主に有毒有害ガスモニタリング、分布式光ファイバ測温、環境モニタリング、火災システムモニタリング、映像モニタリング、高圧ケーブル保護層環流モニタリング、ケーブル局放と中心プラットフォームなどから構成され、現代ハイテク電子技術、センサー技術、コンピュータネットワーク技術、通信技術、及び組み込み技術を利用して、ケーブルトンネル内環境、設備施設などのデータモニタリングと分析を行い、ケーブルトンネル設備の遠隔モニタリングを実現し、電力網の安全運行を保障する。

二、Aケーブルトンネル知能総合監視システム設計根拠

2.1「電力ケーブルトンネルモニタリング及び通信システム設計技術ガイドライン」（Q/GDW 12080-2021）

2.2『国家電力網有限公司十八項電力網重大事故防止措置（改訂版）』（国家電力網設備[2018]979号）

2、3『電力ケーブルチャネルの型式選択と建設指導意見』（国家電力網設備[2014]354号）

2.4「トンネル内ケーブル本体及び環境モニタリング配置原則」（運検二[2017]105号）

2.5「電力工学ケーブル設計規範」GB 50217-2007

2.6「電気装置設置工事施工及び検収規範」GBJ 232-92

2.7「安全防止工事技術規範」GB 50348-2014

2.8「火災自動警報システム設計規範」（GB 50116-2013）

2.9「電力ケーブル分散式光ファイバ測温システム技術規範」（DL/T 1573-2016）

2.10「ビデオセキュリティ監視システム工学設計規範」GB 50395-2007

2.11「盗難警報コントローラ共通技術条件」GB 12663-2001

2.12「出入口制御システム工事設計規範」GB 50396-2007

2.13「ビデオセキュリティ監視システム工学設計規範」（GB 50395-2007）

2.14「可燃性ガス探査用電気機器」（GB 20936-2009）

2.15『国家電力網会社ケーブル通路管理規範』

三、Aケーブルトンネル知能総合監視システムシステム構成

3.1システムアーキテクチャ

3.1システムの説明

ケーブルトンネル総合監視システムは、先端オンライン監視システム、通信ネットワーク及び総合監視プラットフォームから構成される。

Ø応用層：全局のリアルタイムデータ情報をまとめ、全局の運行状況を評価し、そして関連データ情報に基づいて監視層に対してスケジューリングと制御を行う。

Øデータ層：統一的なデータベース読み書きインタフェースを通じて収集データを保存、解析、配布及び応用する過程。

Øアクセス層：監視層デバイスが収集したデータをサーバに転送するためにデータ通信転送を担当するデバイスであり、その中にはネットワークスイッチ、サーバ、通信光ファイバまたはネットワークケーブルなどが含まれる。

Ø監視層：各監視点の状態パラメータに対して直接オンライン検査と統計を行い、各種センサー、信号収集集積ユニット、専門データ処理装置などの設備を含む。

四、技術方案

プロジェクトの概要

本プロジェクトの総延長XXXメートル、ケーブルトンネル総合監視システムを設計し、ケーブル本体の状態監視、ケーブルトンネル環境のオンライン監視などを含み、そして近くの変電所あるいはユーザーの指定位置に総合監視プラットフォームを設置し、ケーブルトンネルの日常管理、設備の監視制御と安全防止を担当する。次のように設計されています。

4.1分散型光ファイバ温度測定システム

先進的な分布式光ファイバ測温技術を用いてケーブル温度をオンラインモニタリングし、ケーブル表面に測温光ケーブルを敷設することによりケーブル温度のモニタリングを実現し、ケーブル全体の運行の安全を確保し、リアルタイム温度測定と警報、早期予報を実現し、未然に防止する。

配置説明：今期工事の見積もりはXグループの3回ケーブルを監視する必要があり、X台X通路10 kmの測温ホストを配置し、測温ホストは変電所内に設置するか、近くに設置場所を設置する。測温光ケーブルはケーブル表面に敷設され、適切な余裕を考慮している。

光ファイバホスト温度感知ファイバ

4.1.1システムの特徴

1）連続分散測定
分布式光ファイバセンサは本当の分布式測定であり、感温光ファイバに沿って数十キロの測定情報を連続的に得ることができ、誤報と申告漏れ率は大幅に低下した。同時にリアルタイムモニタリングを実現する。

2）電磁干渉に強く、高電磁環境で正常に動作する
光ファイバ自体は石英材料で構成され、完全な電気絶縁である。同時に光ファイバセンサの信号は光ファイバをキャリアとしており、外部電磁環境からの干渉を受けずに安全である。

3）真性防雷
雷はしばしば大量の電気測定センサーを破壊する。光ファイバセンサは完全な電気絶縁のため、高電圧と高電流の衝撃に抵抗することができる。

4）測定距離が遠く、遠隔監視に適している
光ファイバの2つの顕著な利点は、転送データ量が大きく、損失が小さく、中継する必要がない場合、数十キロの遠隔監視を実現することができることである。

5）感度が高く、測定精度が高い
理論的にはほとんどの光ファイバセンサは感度と測定精度が一般のセンサより優れており、実際に成熟した製品もそれを証明している。

6）寿命が長く、コストが低く、システムが簡単
光ファイバーの材料は石英ガラスであり、腐食しない、耐火性、耐水性及び寿命が長い特性を有し、通常30年間服役することができる。センサー自身のコストと今後のメンテナンス費用を総合的に考慮すると、光ファイバセンサーを使用することで、工事全体の最終的な経営コストを大幅に削減することができます。

4.1.2技術パラメータ

4.2ケーブル被覆電流監視システム

本システムは保護層電流監視装置を設置することによって、リアルタイムに接地電流の大きさを監視し、金属保護層接地電流が異常な場合、システムは自動的に警報し、信号は監視プラットフォームに転送され、リアルタイムにケーブル金属保護層接地システムの運行状況を把握することができる。

配置説明：保護層接地電流監視装置はケーブル金属シース接地の位置に設置され、各保護層電流監視装置は1台の保護層電流収集器と3匹のクランプ電流相互誘導器を含む。

データ収集ホスト電流相互誘導器

4.2.1システム機能

1）保護層電流モニタリング機能：電力ケーブルの接地電流をリアルタイムモニタリングし、ケーブル接地電流異常を早期に発見し、ケーブル故障に対して処理措置を行うことができる、

2）ケーブル線路の電流、シース電圧、ケーブルコネクタ温度、環境温湿度などを拡張収集することができる、

3）先端設備はすべて低消費電力設計を採用し、電力は3 W以下である；電流相互誘導器を除いて、全体はトンネル内部の採集装置内に設置され、高い防護等級（IP 68）を備え、トンネル内の湿潤な環境に適応する；

4）多段階警報が可能で、それぞれ正常、提示、早期警報、警報、故障である、

5）接地電流変化率警報を実現する、すなわち1分、15分及び1時間の接地電流変化監視を備える、

6）リアルタイムに情報を保存し、履歴データの検索、警報情報の印刷などを行うことができる、WEBを通じてケーブルの保護層電流などの関連データを発表する、

7）自己検査機能：システムは自己検査機能を備え、下位機、現場設備などに対して定期的或いはリアルタイムの巡回検査を行うことができ、第一時間に通信或いは装置の異常を発見する。

4.2.2技術パラメータ

4.3ケーブル部分放電監視システム

本システムは広帯域パルス電流測定方法を採用し、ケーブルコネクタに局放監視装置を設置することにより、ケーブル本体上の局所放電信号を検出して収集し、収集したデータは光ファイバーを通じてバックグラウンド分析システムに伝送してデータ分析処理を行い、ケーブルの絶縁欠陥状態を評価する。

配置説明：局所放電監視装置はケーブル端末の接地または中間コネクタに配置することが好ましく、各セットの局所放電監視装置は1台の局放電監視ホスト、3本の局放電センサを含む。

ケーブル局放監視システム

4.3.1システムの特徴

1）システムはケーブル端末、中間コネクタに設置された局放センサ及び局放信号プロセッサを通じて高圧ケーブル内部に発生する局所放電信号を実現し、効果的に干渉信号を除去し、測定データはケーブルトンネル内の現場工業制御バスの伝送資源を通じて局制御レベル監視プラットフォームにアップロードする、

2）システムホストは受信した監視データに対して分析処理を行い、ケーブルの欠陥状態を評価し、分析システムを通じて局所放電のタイプと局所放電レベルに対して分析判断を行い、局所放電の影響を評価し、設備絶縁状態を判断し、そして相応の設備メンテナンスメンテナンス指導方案を提供する、

3）専門スペクトル分析機能：局放振幅蓄積図、局放データ表示、単周期図データ表示、短期トレンド表示図及び各種二次元、三次元スペクトルなどを有し、データの横方向比較、異なるアイコン間の重畳比較機能を完成することができる、

4）再放送再生機能：履歴データを再生することができ、単一のデータを再生することができ、また複数のデータを再生することができ、再生はφ-q、q-t、n-t二次元スペクトルとφ-q-n、φ-q-t三次元スペクトルを持つ、

5）局所放電パルスの波形特徴を分析し、局所放電のタイプを識別してノイズ信号を除去する、

6）時間特徴、周波数特徴、異なるタイプの放電間の放電時間間隔などの局所放電信号の特徴値を抽出し、これらの特徴を利用して異なる放電タイプを識別する、

7）システムのサンプリング帯域は高周波帯域にあり、強い現場耐干渉能力を持つ。

4.3.2技術パラメータ

4.4トンネル環境モニタリングシステム

本システムはケーブルトンネル内の環境温湿度、CO、CH 4、H 2 Sなどの有害ガス濃度、空気中の酸素含有量、水位などの環境パラメータに対してリアルタイム監視と警報を行い、ケーブルトンネルの信頼性のある運行及びパイプライン運行維持者の人身安全に全面的な保障を提供し、省エネ運行を実現する。

構成の説明：（ケーブルトンネルは25メートルごとに分割されます）：

Ø汎用収集ユニット：パーティションごとに1セットを設定する、

Ø温湿度センサー：パーティションごとに1つ設定する、

Ø酸素センサ：パーティションごとに1つ設定する、

Ø硫化水素センサ：パーティションごとに1つ設定する、

Øメタンセンサー：パーティションごとに1つ設定する、

Ø一酸化炭素センサー：防火区画ごとに1つ設置する、

Ø水位センサー：各集水井に1つ設置する、

Ø換気、照明、排水の開閉状態監視と遠隔起動停止制御：必要に応じて配置する。

トンネル環境監視アーキテクチャ

4.4.1システム機能

1）有害ガス含有量モニタリング機能：トンネル内の有害ガス含有量をリアルタイムに測定し、トンネル内部の作業員に傷害を与えないようにし、モニタリングが必要な有害ガスはH 2 SとCOである。

2）酸素含有量監視機能：ケーブルトンネル内の酸素（O 2）含有量を監視する。

3）易lガス体含有量監視機能：ケーブルトンネル内のメタン（CH 4）ガス含有量を監視する。

4）温湿度監視機能：ケーブルトンネル内の温湿度を監視する。

5）水位モニタリング機能：ケーブルトンネル内の集水井水位をモニタリングし、トンネル内水位の自動モニタリング、データ遠隔アップロード、異常状態警報などの機能を実現し、排水設備と連動する。

6）データ伝送機能：システムはリアルタイムに検出された有害ガス含有量データ、酸素含有量データ、温湿度数データを監視センターに伝送し、記憶記録を行うことができる。

7）連動制御機能：システムはトンネル内の通風設備、排水設備、照明設備に対して状態監視を行い、環境状況或いは他の警報システムに基づいてトンネル内の通風設備、排水設備と照明設備を連動制御することができる。

8）警報機能：システムが環境パラメータ異常を検出した場合、監視センタソフトウェアインタフェースのポップウィンドウ警報では、監視センタ従業員に関連措置を取るように警報パーティションを位置付けることができることを要求する。

4.5トンネル映像監視システム

ビデオ監視システムはケーブルトンネル内に高速ボール型カメラを設置することによって、当直員が監視室でケーブルトンネル内のパイプライン及び付属設備などの運行状況を遠隔でタイムリーに知ることができ、同時にケーブルトンネル内の人員の活動状況を直感的に監視することができ、それによってケーブルトンネル内のパイプライン及び付属設備の運行安全を保証する。

配置説明：ケーブルトンネル内に20メートルごとにカメラを設置し、出入り口や曲がり角などの重点監視区域に必要に応じて増設する。監視室にビデオ記憶装置を設置し、対応する管理領域内のビデオ信号を記憶する責任を負い、記憶時間は1ヶ月である。

ビデオ監視スキーマ

4.5.1システム機能

1）リアルタイム映像監視機能

システムはケーブルトンネル内部の重要なノードと設備をリアルタイムに監視し、監視画面を監視センターに戻し、モニター上にリアルタイムに表示し、中央監視管理センターの当直員にケーブルトンネル全体の基本状況をはっきり理解させ、そして適時に意外な状況の情報を獲得させる。

ビデオ監視カメラは赤外線監視技術を採用し、無照明条件下で現場画面をはっきり表示でき、人員の出入り状況と設備の運行状況をはっきり反映することができる。

2）ビデオ画像表示機能

ケーブルトンネル内の各ビデオ監視カメラの監視画面は監視センターのモニターにリアルタイムに表示され、手動でポーリングを操作して表示を切り替えることができ、監視画面は明瞭で完全である。

3）データ転送機能

システムはケーブルトンネル内のビデオ監視カメラのビデオコードストリーム（4 Mbps）をリアルタイムで監視センターに戻し、伝送遅延は300 ms以下である。

4）録画記憶とレビュー機能

システムは先端映像監視カメラを監視センターのハイビジョン映像に戻して記憶し、ネットワークハードディスクレコーダを採用し、記憶時間は1ヶ月で、オペレータはいつでも過去の映像を見て再生して見ることができ、同時に選択した複数のカメラ映像を表示、記憶、検索、再生することができる。

4.6トンネルマンホール蓋監視システム

本システムはトンネル坑口にマンホール蓋監視装置を設置することにより、マンホール蓋の開放状態のリアルタイム監視と遠隔開放を実現し、人工井戸の防護と盗難防止の問題を解決し、マンホール蓋の盗難とトンネルへの不法進入による電力設備破壊行為を効果的に打撃することができる。電子マンホール監視システムは主にスマート電子マンホール、マンホールデータ収集制御装置、通信回線、監視ホスト及び上位監視ソフトウェアから構成される。

配置説明：トンネルの各井戸に1セットの電子井戸カバーを設置する。

トンネルマンホール監視システム

4.6.1システム機能

1）システムはマンホール蓋の変位、破損、無許可オープンアラームなどの知能監視と早期警報機能を有し、マンホール蓋と出入口の開閉状態をリアルタイムに監視し、有効な盗難防止及び不法侵入防止；

2）システムは状態量の自動収集、処理と伝送機能を有し、タイミング検出と突然変異起動検出を結合した監視方式を採用する、

3）システムはデータアップロードとローカルストレージ機能を有し、正確に動態データを記録でき、装置異常時に正確に動態イベント表示を確立でき、記録データの安全を保証する、

4）システムは井戸の蓋の開閉、閉塞と外力衝撃事件を監視でき、監視した事件はリアルタイムで管理プラットフォームに報告できるべきである、

5）システムはRS 485、NB-IoT、スイッチング量制御などの多種の方式を通じて遠隔オン、オフ機能を実現することを支持する、

6）システムのマンホール蓋内部に警告灯機能を備えている、

7）例えば、マンホールの蓋が開いたり盗まれたりした場合、監視センターは警報情報を出して、マンホールの蓋の具体的な番号、位置などの情報を表示する、

8）システムは時間、場所、設備番号などの多種の条件に基づいて警報情報を迅速に検索することができる。

4.7トンネルゲート監視システム

トンネルゲート監視システムは主にケーブルトンネル出入口ドアの開閉を監視し管理するために使用され、許可されていない人がケーブルトンネルに入ることを効果的に制限することができ、暴力による強行侵入行為やその他の異常状況を警報することができる。同時に門限監視はビデオ監視と連動しなければならず、出入口に「不法侵入」が発生した場合、ビデオ監視と連動して出入口のリアルタイム画面を撮影することができる。

構成説明：トンネルの出入口（マンホールカバーを含まない）ごとに1セットのドア監視装置を設置する。

ゲート制御ユニットは、ゲート制御装置、ゲートスイッチボタン、カードリーダ、電気錠などから構成される。ゲートコントローラから制御ケーブルを各部分の機器に引き出し、ゲートをインテリジェントに制御する。

ゲート監視システム

4.7.1システム機能

1）ドアのリモートオープンなどの機能を実現できる、

2）場所、時間の多様な権限設定を実現できる、

3）防火扉監視システムは火災警報システムと連動することができる、

4）多重入力、出力インタフェース及びRS 232/RS 485/RJ 45通信インタフェースを有する、

5）200人以上のユーザー容量をサポートする、

6）自己検査状況、故障情報、カード決済履歴情報、フロントエンドコントローラリソース使用状況などを調べることができる。

4.8トンネル沈下監視システム

本システムは静力水準器を利用してケーブルトンネル構造の変位、沈降などの要素を監視測定し、トンネルの変形速度と変形傾向を適時に理解し、補強工事の有効性とトンネルの服役状態を判断するために決定根拠を提供する。

配置説明：沈降監視装置は深埋め領域、他のトンネルや地下構築物との交差通過点など沈降リスクのある重点領域に設置することが望ましい。本プロジェクトはトンネルの継ぎ目を重点的に監視し、25メートルごとに沈降監視点を設置し、監視点ごとに2つの静力水準計を配置する。

せいりょく水準器

4.8.1システム機能

1）システムは高精度微圧静力水準器を用いて被監視点の沈降変化を測定し、トンネル沈降監視機能を実現し、そしてデータ分析を通じてトンネルの相対沈降変化を効果的に把握し、早期リスク警報の効果を達成する、

2）システムセンサは温度センサを内蔵し、同時に測定点位置の垂直変位と環境温度を監視し、沈降データに温度補償を行うことができる、

3）通液管の一端は貯液タンクに接続され、通気管は乾燥管を通じて貯液タンクに接続されて内圧自己平衡システムを形成し、大気圧がシステムに与える影響を効果的に除去することができる、

4）システムは各監視ポイントセンサーの記録初期示度、位置と番号（番号はユーザー自身で決定する）などの情報を表示することができ、

5）システム現場で収集された沈降監視データは光ファイバ伝送ネットワークを通じて監視プラットフォームにアップロードできるべきである、

6）システムは安全範囲を超えた監視対象値に対して自動警報を行うことができ、関連部門は工事状況と監視データを結合して評価分析を行うことができ、リスクの潜在的危険性を適時に排除することに有利である。

4.8.2技術パラメータ

4.9トンネル火災警報システム

本システムは主に手動警報ボタン、音響光警報器、感煙感知器、火災警報制御器及び超微細乾燥粉末消火装置などから構成され、ケーブルトンネル内の火災状況を検査と警報し、火災被害を減少し、火災によるケーブルトンネル内施設と設備財産の損失を回避する。

構成の説明：

Ø変電所制御室に火災警報ホストを1台設置する、

Øトンネル内に手動警報ボタンを25 mごとに1つと音響光学警報器を1つ設置する、

Øトンネル内に10 mごとに1つの感煙火災検知器を設置する、

Øケーブルコネクタエリアとコネクタ集中エリアなどに超微細乾燥粉末消火装置を設置する、

トンネル火災警報システム

4.9.1システム機能

1）火災自動検出機能：システムは感煙検出器を通じてケーブルトンネル内部の火災発生場所を適時、正確に検出することができる。

2）火災自動警報機能：システムは火災検出信号または手動警報ボタンの警報信号を受信し、トンネル内部で音響光学警報を行い、トンネル内部の従業員に警告することができる。システムは同時に監視センターで音声警報を行うことができ、ソフトウェアインターフェースのポップアップ警報は、監視プラットフォームで自動的に（または手動で）主モニタを火災が発生した位置に切り替え、監視センターのスタッフに関連措置を取るよう警告する。

3）手動火災警報機能：トンネル内の従業員が火災警報ボタンを押した後、直ちに監視センターで警報を行うことができ、火災発生点を特定することができ、監視センターの従業員に関連措置を取るように警告する。

4）自動消火機能：ケーブルコネクタ区とコネクタ集中区などの区域に超微細乾燥粉末消火装置を設置し、消火装置は3種類の起動方式を支持しなければならない：定温起動、熱起動、電気制御起動。

5）消防設備と連動制御：システムは自動制御と手動制御の2つの状態を有する。自動制御状態で、光ファイバー測温設備が火災発生を検出した後、火災警報システムは事前に作成された消防予案を自動的に有効にし、関連消防設備、例えばファンを起動して排煙し、ガス消火装置を起動するなどを連動させることができる。手動制御状態では、従業員が火災を確認した後、消防予案を起動し、関連消防設備を連動させることができる。

4.10トンネル総合監視プラットフォーム

トンネル総合監視プラットフォームは「統合化」、「デジタル化」、「インテリジェント化」のセキュリティ総合管理統合プラットフォームであり、トンネル総合オンライン監視システムプラットフォームは自主的に研究開発したSOAシステムアーキテクチャに基づく統合多システムのネットワークプラットフォームであり、先進的なソフトウェア・ハードウェア開発技術を採用し、システム集中管理、多レベルネットワーク、情報共有、相互接続、多業務融合などの問題を解決した。

統合監視プラットフォームは、ビッグデータ技術とインテリジェントネットワークアルゴリズムを組み合わせている。局放、保護層、温度測定などの多種のデータ源を分析、利用することができ、データ傾向分析、人工知能学習、ニューラルネットワーク診断などのハイテク手段を用いて、ケーブルの運行状態に対して診断分析を行い、そしてケーブル状態評価結果を出力し、電力巡検作業に技術補助とデータ支持を提供し、**スマート電力網の全面的なモニタリングを実現する。

配置説明：監視プラットフォームは近くの変電所またはユーザーがl定位置に設置され、監視プラットフォームはハードウェア装置とプラットフォームソフトウェアを含む。ハードウェアデバイスには、マスタサーバ、ギガビットスイッチ、液晶ディスプレイ、UPS電源、デバイスキャビネットなどが含まれます。ソフトウェアプラットフォームの主な機能は集中収集、管理ステーション端、平面表示ステーション端のリアルタイム状況、設備の稼働状況、リアルタイム検出データ曲線と履歴データ曲線などのインタフェースを含み、直感的に現場環境状態を記述する。

インタフェースディスプレイ

メインインタフェース

クラッド環流

分散障害の位置付け

デバイス制御