电缆隧道监控系统介绍.文档

电缆隧道综合监测系统电缆隧道综合监测主站端电缆隧道综合监测系统总体上分为三层：分别是系统主站层、通信传输层、数据采集设备层，各层在统一的安全框架下运行，完成电缆隧道综合检测的功能，系统典型结构如图1所示。图1电缆监测系统典型结构图系统主站主站系统采用分层分布式系统结构，分为：系统管理平台层、数据采集层、业务应用层、数据展示层。充分利用成熟的网络管理技术、数据库中间件、面向对象以及应用组件技术，遵循IEC61970CCAPI系列的公用信息模型（CIM）和组件接口规范（CIS），在基本的SCADA应用的基础上，集成光纤测温及专家分析系统、局放及专家分析系统、接地电流及专家分析系统、环境监控系统等应用，完成实时的电力电缆运行状态、环境信息、监控及应用分析需求。系统要求标准性电缆隧道综合监测系统的软硬件平台应具有良好的开放性和广泛的适应性，应基于相关国际、国家、行业及企业标准开发，可插入任何符合相关标准的应用模块或子系统，并支持模块或子系统间的数据和功能交互，系统规模和功能可按需扩展。可靠性电缆隧道综合监测系统建设时应充分考虑可靠性要求，通过关键硬件设备及软件采用冗余配置、集群（主备/负载均衡）技术、虚拟化技术、容灾备用等技术手段，消除单点故障，确保不因部分软硬件故障而影响系统功能的正常运行。可用性电缆隧道综合监测系统所采用的软硬件设备应具有良好的可管理性，可自动报告自身状态或响应状态查询指令，可响应运行控制指令（启动/停止、主备切换等）。电缆隧道综合监测系统应提供方便易用的操作、维护和管理界面，系统功能组织合理、界面美观易懂、操作方便快捷。使用人员无需经过复杂的培训即可掌握并使用此系统。安全性电缆隧道综合监测系统应满足信息系统安全等级保护及电力二次系统安全防护相关标准、规范的要求。在运行过程中应确保不对电网安全运行产生负面影响，不因系统本身的故障或错误导致电网安全事故。系统管理平台层系统管理平台层主要功能包括：系统模型、图形管理、系统资源管理、安全防护管理、与其他系统交互等。全景数据建模全景数据建模包括元数据管理功能和建模功能。元数据管理实现对基础元数据、业务元数据的管理，其功能包括元数据的收集、存储、编辑、发布、查询等。系统具备可视化的绘图建模功能，实现对电网运行相关各类模型、图形信息的统一维护，可提供图模一体化的图形绘制、模型建立与参数维护、模型库浏览与编辑、模型导入与导出、模型合并与拆分、图形导入与导出等功能。系统模型包括：电网模型、电缆隧道模型，图形包括：配网接线图、电缆接线图等，该部分为系统应用层提供模型基础；系统能够完成模型、图形的备份与恢复。系统资源管理系统资源主要包括硬件环境（服务器、工作站、存储设备、网络等）和通用基础软件（操作系统、关系数据库、商用中间件等），为系统主站运行提供软硬件基础平台。系统应能对硬件资源的使用情况（CPU负载率、内存使用、磁盘使用、网络流量等）和软件资源的运行情况（服务状态、进程状态、主备状态等）进行监视，并能进行必要的调整和控制，包括：停止服务/进程、关闭异常进程、重启服务/进程、主备切换等）。安全防护管理系统应统一考虑安全防护设备的配置及其管理，应满足信息系统安全等级保护要求及电力二次系统安全防护要求，进行权限管理、网络管理、安全审计等，为系统提供安全保障。与其他系统交互系统通过企业总线与调度自动化系统、配网自动化系统、地理信息系统、输电生产管理、营销自动化系统等，以IEC61970CCAPI系列的公用信息模型（CIM）和组件接口规范（CIS）为标准进行数据交互。数据采集层数据采集层主要负责各类数据采集设备的数据交互。提供开放的前置基础运行环境，能够容纳各种前置应用的接入。包括支持多种通信方式、多种终端设备、多种通信规约，并可根据需要进行扩充。能够对各种常见的通信规约，包括但不限于IEC60870-6-101/102/103/104、IEC61850等进行处理，实现与终端及其它系统数据及控制指令的交换。接收、处理不同格式的模拟量、状态量、电能量，具体采集数据类型见附录A；可对采集数据按设定周期进行召唤刷新，可对指定区域进行数据召唤刷新；具备根据设定周期定时自动采集或人工随时召唤终端保存的历史数据。业务应用层数据基本处理对模拟量的处理提供数据合理性检查和数据过滤；能进行零漂处理，且模拟量的零漂参数可以设置；能进行限值检查。每个测量值可具有多组限值对，用户可以自行定义限值对的等级，不同的限值对可以根据不同的时段进行定义，可以定义限值死区；能进行跳变检查，当模拟量在指定时间段内的变化超过指定阀值时，给出告警；支持人工输入数据，丢失或不正确的数据可以用人工输入值来替代并写入数据库；能进行历史采样，所有写入实时数据库的遥测应记录在历史数据记录中。状态量处理支持误遥信处理，滤除抖动遥信。在人工检修时，应打上检修标记但不报警，并可在指定的调试窗口中显示。状态量应能由人工设定并写入数据库，人工设置的状态与采集状态一致时，应给出提示信息。支持信号的动作计次处理，一段时间内保护动作次数超过限值，则报超次告警。限值集处理每个量测都应可以对应到一个或者多个限值集。每个限值集应有有效期的时间描述，有效期既可以是具体的时间段，比如2006-1-1~2006-1-15、2006年五一节、2006年国庆节，也可以是相对的时间段，比如全年、春、夏、秋、冬、一月、二月、周一、周二、工作日、周末等，有效期决定了运行中的某一天该使用哪个限值集。一个限值集应有一般报警、严重报警、事故告警三个级别的限值设置，以对应不同的优先级。限值应可以是实际值，比如220KV电压可以定义限值213KV～235KV，也可以是某个基准值的百分比，比如220KV电压的基准值220KV，限值百分比为5％。智能告警综合分析运行状态及环境监测、二次设备运行监测的运结果，产生故障和告警信息，包括井盖非法打开、电缆表面温度越限，气体含量越限，水位越限等信息，实现系统的故障智能报警，并能够利用形象直观的方式展示报警结果；能够综合各类相关告警信息生成电缆隧道内关键节点的预警信息，能够以多种方式（声音、图形、短信、邮件等）通知用户。告警信息能够按照重要程度进行分级、分类，并可根据结果分页面显示。常用信息包括：正常信息、提示信息、告警信息等，用户可自定义报警级别。在线统计分析可以根据计算公式进行各种统计计算。可根据考核要求，对用户指定的各类分量进行考核统计计算。具备按照数据类型和区域自动统计功能。具备各类考核指标统计。历史数据管理历史数据管理定期采集实时数据库和应用数据库的数据，进行统计、累计、积分等综合数据处理；对实时数据库和应用数据库中的每一个点可选定存储周期实现历史数据存储；历史数据库存储具有定时存储数据和异常状态下存储历史数据的功能；提供访问历史数据库的接口，并可随时检索和使用；保存的数据可用报表和画面显示；历史数据应能方便的进行备份和离线的检索与使用。电缆隧道环境监测与控制可实现电力隧道内有害气体、空气含氧量、水位等环境参量进行监测，可有效监测到隧道内水位情况及隧道内水泵运行状态并对其远程控制。当隧道内的氧气、一氧化碳、甲烷等有害气体含量超过一定标准时，报警系统立刻在监控中心和设备安装地点发出声响信号。当隧道水位超过设定标准时，监控系统立刻将报警信号和水泵启动、停止信号传送至集中监控中心。目前隧道内水泵控制方式为浮球水位计联动水泵控制。远传水位，需现场安装增加压力式水位变送器。主要采集的量包括：空气含氧量、人体有害气体监测（PPM级微量：一氧化碳、甲烷、硫化氢）、水位、烟雾、接地电流、负载电流、门禁、水泵、风机、防火门等。可以远程控制的量包括：风机、水泵、防火门、视频摄像头、照明等。视频监控系统应具有视频接入能力，对视频监控区域出现的越界、区域闯入、区域离开、滞留、徘徊等行为做出准确判断并发出报警信息。并在此重点关注视频图像的巨大变化，对遮挡、破坏摄像机的行为进行识别与预警，保证区域周界的高度安全级别控制要求。能够对视频进行周界监测与异常行为分析，并可对于指定目标物体进行近距离持续动态跟踪；对于视频指定区域内的可疑或异常行为进行自动标记，及时报告可疑事件的发生,并能够很好地抗摄像头抖动。一旦有非法人员闯入隧道时,系统平台能提供抓图和录像功能,为取证工作提供了有力的证据。系统二次设备监测二次设备运行监测对二次系统自身的运行状况及健康状况进行监视。其监视的设备包括终端采集设备、安全防护设备、通信网络、主站系统设备等，在设备发生异常或故障时能及时向运行值班人员发出告警，同时通过对设备运行趋势进行跟踪分析，可在设备接近异常区域时提前发出预警。数据展示层全景数据展示系统应能够对电缆隧道的整体进行全景展示，并能够以不同的主题（隧道环境、视频、监测量信息）进行数据展示，各展示主题间能够互动、叠加，完成数据的全景展示，为使用人员提供一个智能的感知系统。系统显示除提供一般的分级索引图、分类索引图、接线图、棒形图、扇形图、曲线图、配置图、地理沿布图、系统运行工况图、网络状态监视图、表格图、计算过程控制图、设备参数图外，还提供其它多种显示图形，如实时/历史数据报表、表盘显示、模拟量填充显示、饼形图显示、温度计式显示、动态字符显示、动态图元显示、用户定义的各类画面等。监控数据展示：实时数据获取、实时数据标注、历史数据查讯统计、历史数据曲线分析、历史数据对比分析。电缆井三维显示及断面分析：包括：地表三维可视化分析、地下三维可视化分析、剖面分析、横剖面分析、纵剖面分。支持可视化技术，如三维立体图、三维平面图，颜色作为数据量的特征等。资产统计分析展示：依据给定的条件，系统可以自动统计各种规格线缆的长度、种类、附件种类及附件的数量；根据选择的方式，统计结果可以以分布图、棒图、饼形图及列表等形式显示、保存和打印输出。地理信息方式展示数据电子地图浏览：系统可以对辖区内的基础电子地图进行管理，采用标准图形符号对相关的行政区划、道路边线、道路名称、机关、单位、学校等进行直观显示。可以叠加显示各种专业信息，包括线网信息、环境信息、SCADA监控点信息、视频监控信息等等。可实现地图缩放、漫游、鹰眼导航、多级回放、疏密协同、动态路名、动态标注图形信息分层显示：系统按按照一定的规则可以对图形进行分层显示，用户依据工作需要自行选择某一图层的打开或者关闭。图形测量：可测量长度或面积。图形快速定位：道路名称检索定位、城市地标注记检索定位、按经纬度坐标值检索定位。信息图形方式查询统计：系统提供多种图形方式，方便用户进行图形信息的查询，包括单点查询、拉框查询、拉圆查询、多边形查询等，系统将自动搜索并列表显示相关对象的详细信息及统计，对图形对象进行动态闪烁。热点区域查询：借助GIS（地理信息系统）技术，可以对辖区地理区域进行划分。可以按照区域进行内部综合信息的展示。信息专题条件查询：系统按照用户的管理需求，可以对专业信息、专业图层进行分类。可按信息类别、行政区域、信息关键字、信息逻辑查询统计。遥感、卫星、航拍影像的叠加：GIS系统通过分层处理的方法，可以将遥感影像、卫星影像或航片等在电子地图上进行叠加显示，方便用户的查询和分析。利用GIS系统和视频监控系统的数据接口功能，显示现场的视频实时信号，直观反映现场状况。主要功能包括：视频监控设备的分布展示、视频设备的属性查询、视频远程监控基于地理背景信息的SCADA应用（扩展功能）系统可在地理图上提供电缆及设备的地理位置、空间信息和相关的图形化视图，在有条件的情况下集成GIS平台；系统可实现电缆及设备的地理定位，设备故障时自动推出基于地理背景的设备接线图，并闪烁显示故障设备，设备名称和设备地理位置信息可方便获取。在地理背景接线图上可显示相关故障区间等信息；地理背景接线图以及地理图可以分层设定、分层显示，并实现放大、缩小、漫游、导航等各种图形操作功能。地理背景接线图上可进行各种控制操作，并可以同时在地理背景接线图上显示操作结果。地理背景接线图可与其他电力接线图实现同步的动态拓扑着色。系统硬件系统硬件应选用符合国际标准的、通用的计算机等硬件设备，并采用机架式安装，关键设备应配置双路独立电源，满足性能稳定、维护方便和灵活可扩的要求。数据采集终端数据采集终端设备完成传感器数据的收集、传感器登记与注册、自动配置文件的生成、按需对传感器供电、视频设备的配置、VOIP等，并按照IEC60870-5-104通信规约，将数据重新打包，经EPON通过传输网络传送到主站系统。同时能够执行主站系统的遥控命令。数据采集终端设备可提供公务电话接口，支持VoIP，支持。工作站主要包括配调工作站、维护工作站、报表工作站等，运行用户界面程序，完成系统的人机交互功能。网络设备主要包括主干交换机、数据采集交换机、WEB交换机、配调交换机、路由器、EPON等，负责系统各计算机、设备间的通信连接。安全防护设备电力专用隔离装置、纵向加密认证网关、硬件防火墙、入侵检测系统、安全远程拨号产品等二次系统安全防护设备必须满足调自[2008]19号《南方电网电力二次系统安全防护技术实施规范》中的设备选型规范要求。性能指标容量要求接入信息数据容量和节点容量应满足五年规划内的最大需求并留有冗余；WEB浏览并发用户数不宜少于800个（特级供电地区）或400个（一级供电地区）或200个（二级供电地区）。冗余性冗余配置节点可手动和自动切换，切换时间小于5秒；冷备用设备接替值班设备的切换时间小于5分。可用性系统年可用率不小于99.99%；系统运行寿命大于10年。可靠性系统中服务器、交换机等关键设备MTBF大于17000小时；由于偶发性故障而发生自动热启动的平均次数应小于1次/3600小时。计算机资源利用率任何服务器在任意5分钟内，CPU平均负荷率小于35％；任何用户工作站在任意5分钟内，CPU平均负荷率小于35％。网络负载在任何情况下，系统骨干网在任意5分钟内，平均负载率小于20%；双网以分流方式运行时，每一网络的负载率应小于12%，单网运行情况下网络负载率不超过24%。信息处理遥测量综合误差不大于±2.0%（额定值）；事故时遥信量正确率不小于99%；9%。实时性光纤通信条件下开关量变位由数据采集终端上送到主站小于3秒；光纤通信条件下模拟量越死区上送到主站小于5秒；公网通信条件下开关量变位由数据采集终端上送到主站小于30秒；公网通信条件下模拟量越死区上送到主站小于30秒；光纤通信条件下遥控执行命令发出到收到遥信变位返回时间小于5秒；90%的画面调出时间小于1秒，其余画面调出时间小于3秒；事故推画面时间小于3秒；画面实时数据更新周期为1～30秒（可调）；WEB发布的客户端实时告警比I区系统实时告警的时间延迟小于10秒；主站系统时间与标准时间误差小于1秒。数据采集终端功能要求可根据需要配置通信规约，建议采用IEC61850或IEC60870-5-104通信规约；支持多种供电方式，包括但不限于电池、220V/110V交直流、380V交流供电；支持多种数据传输介质，包括但不限于光纤、电缆、GPRS、wifi等；支持自动生成传感器或设备配置文件，满足主站系统自动进行设备加载的功能；支持自动生成地理信息需求的相关数据，实现主站系统自动更新GIS信息；支持web方式的人工传感器或设备的设置，便于人工或现场测试、维护；具备RS232/RS485接口和以太网络接口，具备RS232或以太网络维护接口；具备模拟量采集、状态量采集、接收并执行遥控指令功能；可接收主站对时信号对时。性能指标工作条件环境温度：-35℃～55℃；相对湿度：5℅～95℅无凝露；环境温度最大变化率：0.5℃/分钟；最大绝对湿度：29g/m3。装置电源AC220V，-20％～+15％或DC220V/110V，-20％～+15％或DC48V/24V/12V +-5%最大功耗≤300mW（不含传感器及外设）。数据采集控制传感器或设备温度准确度：±1℃湿度准确度：±3%RH（20%-80%RH）；接地电流测量精度不低于1级；气体测量精度不低于5%(F.S)；水位液位测量精度不低于5%(F.S)；视频支持云台控制，夜视距离不低于15m身份识别不低于5m，无源遥信采集SOE分辨率≤100毫秒；遥控输出方式：继电器常开接点；接点容量：AC220V5A；DC48V5机械特性设备外壳防护等级不得低于GB4208-2008/IEC60529:2001中的IP43级要求；有关正弦稳态振动、冲击、自由跌落的参数等级见GB/T15153.2-2000中第4章规定。电磁兼容性设备抗高频干扰、浪涌干扰、静电放电干扰、工频磁场和阻尼振荡磁场干扰、辐射电磁场干扰以及抗电源电压突降和中断性能1998中的III级标准执行；抗快速瞬变脉冲群干扰性能III级标准执行。可靠性指标MTBF≥50000小时。电缆监测系统通信要求总体要求采用EPON技术的光纤通信网络或VPN专线及无线网络的组合通信组网结构电缆监测系统通信宜根据规模采用骨干层、接入层的分层结构，层次结构示意如下图所示：图2电缆监测系统通信层次结构示意图电缆监测系统通信骨干层宜充分利用输电网光纤通信网络资源，采用带100M/1000M以太网接口的汇聚设备，骨干层网络应具备路由迂回能力和较高的网络可靠性；电缆监测系统通信接入层采用EPON光纤通信方式，不具备光缆建设条件的可采用电力载波或无线GPRS作为补充；对采用无线公网通信作为信息传送通道时，应建立电力专用VPN通道，接入电缆监测主站系统时，应充分考虑公网与电力专网的安全隔离措施。通信方式通信方式可采用光纤专网、配电网载波、无线公网等，其中：光纤专网通信方式宜选择工业级的以太网有源或无源光网络技术；配电网载波通信方式对于电缆网宜选择电缆屏蔽层载波技术；无线公网通信方式可选择GPRS/CDMA/3G等通信技术；无线专网通信方式宜选择符合国际标准、多厂家支持的宽带技术；通信设备功能性能要求基于工业级以太网的有源光网络接口类型要求：接口模块化设计，端口可根据实际组网情况选择。骨干环以太网交换设备光口不少于6个，接入以太网交换设备光口数量不少于2个，百兆接口不少于4个。以太网光接口；网管功能要求：支持远程网管，可支持自动拓扑发现、故障管理等基本网管功能；转发速率的性能要求：在满负荷下，被测交换机可以正确转发帧的速率，转发速率应等于端口速率；地址缓存能力要求：交换机MAC地址缓存能力应不低于4096个；地址学习能力要求：建议交换机地址学习速率大于1000帧/s；时延要求：传输各种帧长数据时交换机固有时延应小于10μs；帧丢失率要求：在端口吞吐量情况下帧丢失率应为0；；环网恢复时间：环形网络最长恢复时间建议通过每个交换机不超过50ms；优先级：交换机应支持先级控制标准，提供流量优先级和动态组播过滤服务，应至少支持4个优先级队列，具有绝对优先级功能，应能够确保关键应用和时间要求高的信息流优先进行传输；其他功能要求：支持网络风暴抑制、简单网络管理协议（SNMP）、安全WEB界面管理、密码管理、互联网组管理协议（IGMP）、异常告警功能、端口镜像等功能；设备电源要求：宜双电源配置,-48VDC或24VDC；设备的MTBF≥50000小时，MTTR≤30分钟。基于以太网方式的无源光网络（EPON）EPON系统支持的最大传输距离不小于10km；支持远程网管，ONU上电自动识别、故障管理等基本网管功能；支持网络风暴抑制功能、生成树协议、VLAN划分、组播、流量控制、优先级别划分等功能；设备端口可根据实际组网情况选择，局端OLT支持不少于200个远端ONU接入，终端设备ONU支持即插即用功能，提供至少1个EPON接口和4个10/100M以太网电接口；设备电源要求：宜双电源配置,-48VDC或24VDC；MTBF≥50000小时，MTTR≤30分钟。配电网载波载波通信的传输距离：架空电力线：＞10km，地埋电力电缆：＞2km；载波机应支持RS-232／RS-485数据通信接口，串口数据传输率支持等可选；载波机接收灵敏度＜1mV，接收信噪比优于-3dB，动态范围＞80dB，最大载波发送功率应小于5W，工作频带或频点均在3k～500kHz范围内；载波机通信协议应支持主-从通信协议、透明数据传输、101规约、CDT规约；主载波设备必须提供通信管理接口，以监测此主载波和所管辖逻辑网络的从载波的运行状态；单台从载波出现故障时，故障范围只能局限于该故障节点，不能扩大影响到其他节点正常通信；信号输出功率要求：标称信号输出功率为1W级，标称信号输出功率在3kHz处不应超过1000W（60dBm），每十倍频程减少30dB，直到30kHz；30kHz以上不超过1W（30dBm）；自动增益要求：在载波线路上投入20～60dB衰耗，应无误码产生；架空电力线的耦合方式宜采用电容耦合，支持相-相耦合和相-地耦合方式；地埋电力电缆的耦合方式宜采用电感耦合；应结合设备进线避雷器、结合设备出线避雷器和电力线数据传输装置屏蔽电缆进线避雷器三重防雷措施；设备电源要求：宜双电源配置,-48V或24VDC；载波设备MTBF≥50000小时无线通信在此仅指对公网无线通信模块和网络的性能要求：无线通信部分应模块化设计，宜内嵌于终端设备中，具备自诊断、自恢复功能；通信模块应采用业界主流厂商工业级的无线通信芯片，数据读写次数不低于10万次；天线的阻抗应与无线通信芯片匹配，天线的增益应大于5.0dBi；通信模块MTBF≥50000小时；网络通道要求：应提供透明、双向、对等的数据传输通道，用户数据无需经过转换直接传输；网络安全性：无线公网应组建独立的APN/VPN私有虚拟专网，与通信运营商对接的通信设备放置在隔离区，通过防火墙予以隔离。通过身份认证体系拦截非授权设备接入。提供终端IP绑定机制，支持身份唯一识别。具有终端SIM/UIM卡号认证体系，可以拦截非法SIM/UIM登录。具备终端主叫识别机制，可以拦截非法指令；网络可靠性：电缆监测系统的通信平台的硬件配备采用集群机制，多台通信服务器保证多点接入量以及并发用户数，实现负载均衡，并实现多机备份。单点设备故障不影响整个通信网关的正常通信；网络实时性：信道数据采集的响应时间宜<5秒；网络扩展性：当接入数据采集终端规模不断扩大时，公网信道应具备可扩展性；经济性：在使用公网信道时，应充分考虑使用成本，优先选择性价比高的套餐方式。使用移动通信网络需支付每台终端的月通信费用，一般采用包月套餐。相对于其他多种通信方式，无