综合管廊电力舱室线路更换预警的智能监控系统及方法与流程

本发明属于综合管廊系统领域，具体涉及一种综合管廊电力舱室线路更换预警的智能监控系统及方法。

背景技术：

最近这些年，伴随着都市的急速发展，市中心的负荷密度越来越大，当架空走廊困难或无法与城市供电需求相一致时，都市电网配电系统大部分采用综合管廊传输分配系统，便于提高电力系统抵抗自然灾害的能力并且能最大限度的利用土地资源。长距离、高电压、大截面高压线路在大、中都市的经济发达区和人口密集区的配电网架中占据了十分重要的地位，电力线路的管理维护和安全运行也变得越来越重要了。虽然综合管廊的建造成本远大于目前广泛采用的架空式管线和直埋式的敷设方式，但为了增强高压线路的稳定性、耐久性，减少重复开挖，地下空间和维护成本，提高城市生活，改善城市环境，以及从提高管理的角度出发，必然具有很好的经济效益和社会效益，且能实现一次投入达到终生受益的目的。高压线路在综合管廊电力舱室内运行条件较好，环境相对恒定，运行管理便利，特别是在主城干线配电网上，当有较多高压线路铺设其中时，其在经济指标等方面能体现出合理性。

结合施工运行和工程实际，在所有管线中，容易造成火灾的主要危险源主要是电力线路。电力线路起火的起火原因：接触不良、对地短路、线路过载、相间短路等。虽然综合管廊内部监控装置较为齐全，但一般只在监控中心等较为关键部位安置维护人员值守，其它地方均为无人值守状态，只能综合管廊维修人员定期巡检。一旦起火，将造成管沟内其它线路的损失、电力线路本身的损失以及停电造成综合管廊外部设施的经济损失，特别是110kv及以上的高电压等级的线路，发生火灾后将会给相关地区造成停电，甚至因为短路造成整个高压供电系统崩溃。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种综合管廊电力舱室线路更换预警的智能监控系统及方法，为综合管廊电力舱室的高压线路更换提供预警与监控，提高综合管廊的安全性。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种综合管廊电力舱室线路更换预警的智能监控系统，其特征在于：它包括感温光缆、分布式光纤测温主机、控制器和上位机；其中，用于采集高压线路沿线温度变化的感温光缆沿综合管廊电力舱室中的高压线路敷设；感温光缆与分布式光纤测温主机通过光路连接，分布式光纤测温主机将高压线路沿线温度变化的光信号转换为高压线路沿线温度变化的电信号，分布式光纤测温主机的输出端通过信号线与用于根据高压线路沿线温度变化计算温度变化次数、当该次数大于阈值时输出报警信号的控制器连接，控制器的输出端与上位机连接。

按上述系统，所述的上位机连接有报警装置。

按上述系统，沿高压线路分段设置节点，每个节点均设有相互连接的所述的分布式光纤测温主机和控制器，每个节点的分布式光纤测温主机与当前节点与下一节点之间的感温光缆连接；每个节点的控制器均与所述的上位机连接。

按上述系统，所述的控制器与所述的上位机之间通过无线网络连接。

利用所述的综合管廊电力舱室线路更换预警的智能监控系统实现的智能监控方法，其特征在于：它包括以下步骤：

s1、实时采集高压线路沿线温度变化；

s2、根据高压线路沿线温度变化计算温度变化次数，计量原则如下：温度从小变大，然后从大变小记为一次；温度从大变小，然后从小变大记为一次；

s3、当温度变化次数达到阈值时，发出报警信号。

按上述方法，所述的阈值通过以下公式获得：

式中，ξ为线路的护套层产生的应变，无量纲；ds为线路护层的外径，单位为mm；n为线路的侧向位移，单位mm；l为线路正弦形波长的一半，单位为mm；ns为线路护套层的允许弯曲次数，无量纲；x为相位角；

根据式(1)和(2)，得出线路护套层的允许弯曲次数ns的取值，即温度变化次数的阈值。

按上述方法，所述的l为线路正弦形波长的一半，具体含义为：若高压线路为直线敷设，则l为线路单位长度的一半，单位长度是指当高压线路产生侧向位移时形成的正弦形波长；若高压线路为正弦形敷设，则l为线路正弦形波长的一半。

按上述方法，当高压线路直线敷设时的线路拉力在6kn以下，则选用直线敷设；否则选用正弦形敷设。

本发明的有益效果为：能够对高压线路的弯曲次数进行监测，从而判断高压线路的损耗状况，为综合管廊电力舱室的高压线路更换提供预警与监控，提高综合管廊的安全性。

附图说明

图1为城市地下综合管廊横断面图。

图2为线路敷设示意图。

图3为金属层感应电压敷设示意图。

图4为本发明一实施例的硬件结构原理图。

图中：1-高压线路；2-线路接头层；3-管道舱室；4-电力电信舱室；5-电力舱室；6-支架托臂；7-支架立柱；8-感温光缆；1’-升温后的线路；9-绝缘接头；10-接地电阻。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，城市地下综合管廊包括管道舱室3、电力电信舱室4和电力舱室5，高压线路1设置在电力舱室5中。其中，高压线路1通过支架托臂6和支架立柱7进行固定，并且间隔的设有线路接头层2。每根高压线路1上敷设有感温光缆8。本发明中所述的高压线路1均为110kv及以上高压线路。管廊内部环境温度发生变化或线路发生短路故障时，将引起线路的温度发生变化，这将在线路内部产生一个横向拉力。当线路直线敷设拉力在6kn以内时，可以采用直线敷设；当线路直线敷设拉力大于6kn时，在综合管廊电力仓内的线路可以采用竖向正弦形敷设，进而减小线路拉力。本发明以正弦形敷设为例，如图3所示，首尾各设有绝缘接头9和接地电阻10，如图2所示，当升温后，高压线路1有一个侧向位移n，变成升温后的线路1’。若为直线敷设，也会有一个侧向位移n，从而成为正弦形。

线路导体正常工作时在交流系统中单芯线路一回的金属层上任一点非直接接地处的正常感应电压，一般不得大于50v。因110kv三相供电回路，除敷设于湖、海水下等场所且线路截面不大时可选用三芯型外，每回可选用3根单芯线路。110kv以上三相供电回路，每回应选用3根单芯电缆。

综合管廊电力舱室线路敷设方式确定原则：1.当线路直线敷设时且其线路拉力满足要求(一般认为线路拉力应限制在6kn以下)，又因直线敷设节约投资成本且施工较为方便，则优先采用直线敷设,并确定出线路的侧向位移n和线路正弦形波长的一半l；2.当线路直线敷设线路拉力不满足要求时，则考虑采用正弦形敷设，使其线路拉力及线路感应电压均满足要求，并确定出线路的侧向位移n和线路正弦形波长的一半l。

本发明提供一种综合管廊电力舱室线路更换预警的智能监控系统，如图5所示，它包括感温光缆、分布式光纤测温主机、控制器和上位机；其中，用于采集高压线路沿线温度变化的感温光缆沿综合管廊电力舱室中的高压线路敷设；感温光缆与分布式光纤测温主机通过光路连接，分布式光纤测温主机将高压线路沿线温度变化的光信号转换为高压线路沿线温度变化的电信号，分布式光纤测温主机的输出端通过信号线与用于根据高压线路沿线温度变化计算温度变化次数、当该次数大于阈值时输出报警信号的控制器连接，控制器的输出端与上位机连接。

所述的上位机连接有报警装置。

进一步的，沿高压线路分段设置节点，每个节点均设有相互连接的所述的分布式光纤测温主机和控制器，每个节点的分布式光纤测温主机与当前节点与下一节点之间的感温光缆连接；每个节点的控制器均与所述的上位机连接。

所述的控制器与所述的上位机之间通过无线网络连接。

当线路长期运行或发生短路时，会造成线路芯线温度升高，随着线路的芯线温度的周期性变化，这种变形重复性出现，严重时将导致线路护层损坏。利用所述的综合管廊电力舱室线路更换预警的智能监控系统实现的智能监控方法，它包括以下步骤：

s1、实时采集高压线路沿线温度变化；

s2、根据高压线路沿线温度变化计算温度变化次数，计量原则如下：温度从小变大，然后从大变小记为一次；温度从大变小，然后从小变大记为一次；

s3、当温度变化次数达到阈值时，发出报警信号。

所述的阈值通过以下公式获得：

式中，ξ为线路的护套层产生的应变，无量纲；ds为线路护层的外径，单位为mm；n为线路的侧向位移，单位为mm；l为线路正弦形波长的一半，单位为mm；ns为线路护套层的允许弯曲次数，无量纲；x为相位角；

由于温度变化一次，高压线路的护套层便弯曲一次，因此根据式(1)和(2)，得出线路护套层的允许弯曲次数ns的取值，即温度变化次数的阈值。当护套层的弯曲次数超过线路护套层的允许弯曲次数，则控制器向监控中心的计算机发出报警信号，综合管廊的维修人员通知线路产权单位更换电力舱室线路，从而防范于未然。

所述的l为线路正弦形波长的一半，具体含义为：若高压线路为直线敷设，则l为线路单位长度的一半，单位长度是指当高压线路产生侧向位移时形成的正弦形波长；若高压线路为正弦形敷设，则l为线路正弦形波长的一半。当高压线路直线敷设时的线路拉力在6kn以下，则选用直线敷设；否则选用正弦形敷设。

本发明通过深入分析综合管廊电力舱室高压线路的拉力、接触电压、应变等问题，本发明结合工程实例，在满足线路的力学性能，线路护层的允许弯曲次数及保证人身安全的前提下，提出确定综合管廊电力舱室的电力舱室线路更换预警的智能控制系统及方法。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。