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淺談綜合管廊監控及關鍵技術研究
任運業
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
引言
綜合管廊是將電力、供水、通信以及燃氣等管線集中為一體的市政公用隧道，設置了專門的檢修口和吊裝口，并且統一進行建設規劃和管理。通過綜合管廊的建設，可以有效對地下空間進行充分的利用，能夠有效促進城市高效、穩定的運營。因此本文主要探討了城市綜合管廊監控及安防關鍵技術，希望能夠為相關工作者提供借鑒。
隨著我國城市的不斷發展，促進了綜合管廊的積極建設，并取得了良好效果。但是在城市綜合管廊建設過程中，還存在一些問題，不利于綜合管廊運營的效果。對此還應加強監控及安防關鍵技術的有效運用，及時的發現和解決各類問題，保證綜合管廊安全、穩定的運行，同時也可以保證工作人員的生命安全。
一、城市綜合管廊發展現狀分析
城市綜合管廊的建設可以解決一系列開發問題，包括架空線網密集、反復開發以及管線事故頻發等，而且經過近年來的不斷發展，城市綜合管廊建設越來越完善，對我國城市的發展產生了重要的促進作用。但是從整體上來看，我國綜合管廊建設還存在經驗不足的情況，如前期設計、中期施工以及后期運行等各個階段都存在試驗性質，因此投入運行以后，為了保證綜合管廊安全、穩定的運行，綜合管廊運營部門以后需要開展quan方位、精密的監控，提升綜合管廊的安全以及穩定指數。所以還應加強城市綜合管廊監控及安防關鍵技術的有效運用。
城市綜合管廊監控及安防技術主要通過收集、儲存以及分析各類監控數據，能夠判斷綜合管廊內部運行情況。監控及安防技術可以實現多樣化功能，包括管廊語音通信、火災報警、視頻監控等等，能夠實現對綜合管廊智能化監控，促進綜合管廊的安全穩定運行。
二、綜合管廊監控及安防關鍵技術和主要內容
1.關鍵技術
城市綜合管廊監控系統主要由三個模塊組成，即管廊前端設備、通信網絡和監控指揮。其中管廊前端設備是指負責收集和控制前端現場數據的檢測、控制及報警裝置。通信網絡模塊主要是指能夠實現管廊前端設備與通信系統交流功能模塊，其主要構成為光纖通信網。監控指揮模塊主要負責系統任務的分配以及統籌。前端全部設備需要全部連入監控系統，主要是通過通信網絡進行連入。
監控系統涵蓋多個硬件裝置，主要包括通信主機、設備監控主機、安防及通信主機以及集中視頻監控主機等等，監控系統通過分析、收集以及儲存數據來了解管廊實際情況。監控與安防的結合能夠及時的發現和解決綜合管廊運行過程中存在的問題。
2.主要內容
2.1監控系統功能
綜合管廊的監控系統主要包括視頻監控系統、無線通訊及人員定位系統、綜合儀表監測系統、電子巡查系統、管廊設備監控及控制系統，具體內容如下：視頻監控系統：管廊的運行監控情況可以直接在視頻監控系統的呈現出來，監控人員可以直接進行監測；無線通訊及人員定位系統：管廊內工作人員可以通過無線通訊及人員定位系統確定自己位置信息，并將信息實時傳遞給控制中心人員能夠快速準確的確定廊內工作人員的位置信息，可以提高救援效率，降低事故帶來的不利影響；綜合儀表監測系統：該系統主要負責對綜合管廊電氣及耗能設備運行進行全面、實時的監測，在管廊設備的長期運行過程中，可以將監測數據作為主要依據；電子巡查系統：針對城市綜合管廊日常的運行和維護記錄，通過電子巡查系統有效記錄下來；管廊設備監視及控制系統：主要負責對管廊內所有設備的監測，并自動收集以及分析管廊設備運行數據以及環境探測器，根據實際使用需求，通過有效編程控制管廊內設備。
2.2報警系統功能
2.2.1火災自動報警及聯動控制系統
該系統的功能主要是及時的報告前期火情，并在第一時間啟動消防設備抑制火情，防止火災的蔓延。想要充分發揮報警功能，還應科學、合理的布置報警設備，例如可以設置線型光纖感溫探測器，該設備具有實時溫度監測功能，一旦監測到火情，會立即發出報警，并且反饋給消防系統監控主機，分析火情爆發的位置，同時切斷火情爆發位置的排煙防火閥及風機，這樣可以使得火情由于缺氧而得到一定程度上的控制，防止火情繼續增長和蔓延。火情結束以后，重啟排煙防火閥及風機。
2.2.2環境感溫光纖報警系統
綜合管廊內部往往比較密封，導致其內部空氣不流通，為此為了保證綜合管廊運行維護人員的安全性，、須保證綜合管廊內部空氣內部的正常流通、溫度的適宜性，避免對運行維護人員產生任何的損害。為此可以設置環境感溫光纖報警系統，該系統主要是對綜合管廊內部的溫度以及濕度、氧氣進行監測，如果發現管廊內部環境的要求未達到要求，監測裝置就會發出報警信號進行反饋，然后開啟通風裝置進行換氣。與此同時該系統還可以監測集水坑水位，超過水位后可以啟動排水泵進行排水。除此以外，環境感溫光纖報警系統還可以監測有害氣體濃度、風機等設備，做到實時監測。
2.2.3可燃氣體報警系統
綜合管廊內部可燃氣體的超標將會嚴重影響管廊運行的安全性，給綜合管廊運行維護人員的安全帶來嚴重的威脅。對此可以設置可燃氣體報警系統，設置適宜的可燃氣體濃度，一旦出現該設置值，系統就會發出報警信號，一方面啟動燃氣艙事故段，另一方面可以啟動相鄰區間事故風機。
2.2.4其它報警以及監控系統
為了保證綜合管廊正常穩定的運行，除了上述監控系統，還可以設置漏電火災報警系統、消防電源監控系統、防火門監控系統以及消防電話系統。漏電火災報警系統主要對電氣設備及線纜的運行進行監測，主要預防其漏電的發生，避免漏電引起大的火災事故；消防電源監控系統主要是對消防電源運行情況及消防設備進行監測和操作巡檢；防火門監控系統主要負責對防火門的開啟和關閉進行監測，對其開啟和關閉情況及時的通知相關運維人員；消防電話系統主要是為火災發生時內外通訊的順暢提供重要保證，與此同時如無火災發生，可以將其應用在固定通訊設備的應用。
三、綜合管廊監控與安防系統的具體應用
針對目前的綜合管廊監控與安防系統的現狀，在今后，還應科學、合理的應用監控與安防技術，具體應用主要包括以下幾個方面：
1.建立管廊綜合監控運營一體化平臺
管廊綜合監控運營一體化平臺可以解決系統中多頭管理以及分散操作的問題，可以提高綜合管廊系統運營平臺的綜合業務能力。這主要是因為管廊綜合監控運營一體化平臺能夠深度集成各子系統功能，可以作為管廊安全管控系統的神經中樞，對管廊的各項設備實現自動化監控，及時的掌握相關信息數據，以便于管理人員各項工作順利進行。
2.建立完善的預警與預報機制
在監控與安防系統建設過程中，工作人員應具備全生命周期項目思維，應建立完善的預警、預報機制，能夠實現對整個綜合管廊項目運行監控，及時的發現和解決整個生命周期存在的各種問題。這就要求實現監控與安防系統中各設備之間的有效聯動，一旦綜合管廊出現安全隱患時，則能夠及時的發出預警以及預報，能夠準確的確定故障設備位置，為管廊的通信、排水以及防火系統正常穩定的運行提供重要的安全保證。
3.建立智慧化運維管理模式
運維管理可以有效保證城市綜合管廊的運行安全。城市綜合管廊監控及安防系統的運用，可以實現智慧化運維管理。具體表現在以下幾個方面：首先工作人員在進行設備巡檢時，對相關設備以及自動化檢測，能夠快速判斷設備是否正常運轉；其次還可以實現管廊資產設備的自動化管理，能夠對設備的相關情況進行自動化歸納和記錄，包括設備故障使用頻率、故障次數以及使用時間等等，當設備達到壽命期限之前，系統會發出提醒，這樣就大大減少了工作人員的工作量。
四、AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺
1平臺概述
AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控制、環境監測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網絡、系統架構、聯動控制和綜合數據服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的使用和恢復效率。
2平臺組成
安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所環境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。
3平臺拓撲
4平臺子系統
4.1電力監控
電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。
4.2環境監測
環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統完成管廊環境綜合監控。
4.3電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。
5相關平臺部署硬件選型清單
5.1電力監控及配電室環境監控系統
應用場合（10KV） | 產品 | 型號 | 功能 | |
| 10KV進/饋線 |
| AM6-L | 相間電流速斷保護，相xian時電流速斷保護（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護，反時限相間過流保護（可帶低壓閉鎖），零序反時限過流保護，過負荷保護，控制回路異常告警。 |
10/0.4KV變壓器 | AML-S | 分合閘位置、手車工作/試驗位置、接地刀閘位置、硬接 點信號(保護跳閘、裝置告警、控制回路斷線、 裝置異常、未儲能、事故總等)、報文(過流、過負荷、超溫報警、過溫報警、裝置告警、PT 斷線、CT 斷線、對時異常等) 、遙控 開關、故障波形分析(故障錄波、故障波形、故障記錄、 跳閘、故障電流電壓)等。 | ||
智能操控裝置 |
| ASD500 | 一次回路動態模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示（標配一路強制加熱）、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、柜內照明控制、RS485接口、高壓柜內電氣接點無線測溫。 | |
10KV計量 |
| PZ72L- E4/UT | 該儀表采用交流采樣技術，能分別測量電網中的電流、電壓、功率、功率因數和電能等參數，可通過面板薄膜開關設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協議;也可將電量信號轉換成標準的直流模擬信號輸出;或帶開關量輸入/輸出，繼電器報警輸出等功能。具有許昌開普研究院有限公司、中心檢測合格的型式檢驗報告證書和電磁兼容檢驗證書，產品防護等級均達到IP65，符合管廊綜合監控系統中對相關產品功能、防護等級及電磁兼容的要求。 | |
應用場合（0.4KV） | 產品 | 型號 | 功能 | |
| 0.4KV進/出線 |
| PZ72L- E4/UT | 該儀表采用交流采樣技術，能分別測量電網中的電流、電壓、功率、功率因數和電能等參數，可通過面板薄膜開關設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協議;也可將電量信號轉換成標準的直流模擬信號輸出;或帶開關量輸入/輸出，繼電器報警輸出等功能。具有許昌開普研究院有限公司、中心檢測合格的型式檢驗報告證書和電磁兼容檢驗證書，產品防護等級均達到IP65，符合管廊綜合監控系統中對相關產品功能、防護等級及電磁兼容的要求。 |
無功補償 |
| ARC | 測量I、U、Hz、cosΦ，具備過電壓保護、欠流鎖定、電網諧波過大保護功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協議 | |
| ANSVC | ANSVC低壓無功功率補償裝置并聯在整個供電系統中，能根據電網中負載功率因數的變化通過控制器控制電力電容器投切進行補償,無功功率補償裝置采用散件組成方案，主要以電容電抗、投切開關、控制器等組成。 | ||
| ANSVG | 補償方式:線性補償，全響應時間<5ms，瞬時響應時間≤100us;補償效果:≥0.99，可補償容性無功和感性無功，濾除5、7、9、11、13次以內的諧波;自身損耗:≤2%，效率:>98%;監控以及顯示具備遠程通訊接口，可以通過PC機實時監控;具有人性化的人機交互界面，可通過該界面看到系統和本體的實時電能質量信息，操作簡單，可以遠控，也可以本控;標準模塊化設計，縮短交付周期，同時提高了使用的可靠性和可維護性。 | ||
溫濕度控制器 |
| WHD72- 11/UT | 智能型溫濕度控制器以數碼管方式顯示溫濕度值，有加熱器、傳感器故障指示、變送功能、帶有RS485通訊接口可供遠程監控，用戶可通過按鍵編程自行設定系統參數。該儀表集測量、顯示、控制及通訊于一體，精度高、測量范圍寬，是一種適合于各個行業和領域的溫濕度測量控制儀表。具有許昌開普研究院有限公司、中心檢測合格的型式檢驗報告證書和電磁兼容檢驗證書，產品防護等級均達到IP65，符合管廊綜合監控系統中對相關產品功能、防護等級及電磁兼容的要求。 | |
智能網關 |
| Anet系列 | 8個RS485串口 2kV隔離， 2個以太網接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通訊協議設備的接入，支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104等上傳協議、支持多中心不同數據服務要求，支持斷點續傳，裝置電源:220V AC/DC。 | |
應用場合（配電室） | 產品 | 型號 | 功能 | |
環境監測 | 溫濕度 |
| / | 用于配電房溫度和濕度。工作電源：AC/DC 85～265V 工作溫度：-40.0℃～99.9℃ 工作濕度：0%RH～99%RH |
煙霧 |
| / | 光電式煙霧傳感; 電源正極（DC 12V）：+12V，繼電器輸出：常開觸點 | |
水侵 |
| / | 接觸式水浸傳感器，監測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC 10-30V 工作溫度：-20℃~+60℃ 工作濕度：0%RH~80%RH 響應時間：1s 繼電器輸出：常開觸點 | |
局方檢測 |
| / | 監測變壓器、開關、開關柜的局部放電 | |
門禁 |
| / | 常開型；感應距離：30-50mm 材質：鋅合金，銀灰色電度 干接點輸出 | |
攝像機 |
| / | 視頻監控 | |
開關量模塊 |
| ARTU-KJ8 | 8路開關量輸入,8路繼電器輸出 | |
智能網關 |
| ANet-2E4SM | 4路RS485 串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC 12 V ～36 V 。支持4G擴展模塊，485擴展模塊,可擴展16路。 | |
應用場合 | 產品 | 型號 | 功能 | |
各變電所 | 0.4KV出線 |
| ARCM200 系列 | 用于檢測TN-C-S、TN-S及局部TT系統中的剩余電流、溫度等電氣參數，從而預防電氣火災的發生。 |
各艙室 | 末端配電箱 |
| ARCM300 系列 | 用于檢測TN-C-S、TN-S及局部TT系統中的剩余電流、溫度等電氣參數，從而預防電氣火災的發生。 |
區域 變電所 | 區域分機 |
| Acrel-6000/B3 | 接收電氣火災監控探測器信號，實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制與管理，采用485通訊 |
主變點所 監控中心 | 控制主機 |
| Acrel-6000/B | 接收電氣火災監控探測器信號和各區域分機數據，實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制與管理，可采用485通訊。 |
配套附件 | ||||
0.4kV電流 互感器 |
| AKH-0.66 | 測量型互感器，采集交流電流信號。 | |
應用場合 | 產品 | 型號 | 功能 | |
消防設備電源電壓監控 |
| AFPM3-2AVM | 監測兩路三相交流電壓，二總線通訊。 | |
區域 變電所 | 區域分機 |
| AFPM100/B3 | 接收消防設備電源監控探測器信號，實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制與管理，可采用二總線通訊。 |
主變點所 監控中心 | 控制主機 |
| AFPM100/B1 | 接收消防設備電源監控探測器信號和各區域分機數據，實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制與管理，可采用二總線通訊。 |
應用場合 | 產品 | 型號 | 功能 | |
普通艙室 配電室 | 常開防火門 |
| AFRD-CK(YT)-65 AFRD-CK(YT)-85 AFRD-CK(YT)-120 | 監測常開防火門的開閉狀態。 |
常閉防火門 |
| 單扇：AFRD-CB1(YT) 雙扇：AFRD-CB2(YT) | 監測常閉防火門的開閉狀態。 | |
防爆艙室 | 常開/常閉 防火門 |
| AFRD-MC | 監測常開、常閉防火門的開閉狀態。 |
監測模塊 |
| AFRD-CK/CB | 接收AFRD-MC的狀態信息同步傳輸至防火門監控主機。 | |
區域 變電所 | 區域分機 |
| AFRD100/B3 | 接收防火門監控模塊和防火門一體式探測器的信號，實現對防火門開閉狀態的報警、監視、控制與管理，采用二總線通訊。 |
主變點所 監控中心 | 控制主機 |
| AFRD100/B | 接收防火門監控模塊和防火門一體式探測器的信號以及各區域分機的實時數據，實現對防火門開閉狀態的報警、監視、控制與管理，采用二總線通訊。 |
應用場合 | 產品 | 型號 | 功能 | |
各變電所和非防爆艙室 | 集中電源集中控制型消防應急標志燈具（高防護） |
| A-BLJC-1LROEII1W-A431H (單面安全出口) | 防護等級：IP67 設備尺寸：145*400*15 安裝方式：壁掛 |
| A-BLJC-1LROEII1W-A431H (單面疏散出口) | 防護等級：IP67 設備尺寸：145*400*15 安裝方式：壁掛 | ||
集中電源集中控制型消防應急照明燈具（高防護） |
| A-ZFJC-E*W-A604T8 單管式應急照明燈具 | 防護等級：IP67 設備尺寸：Φ26*L 400、Φ26*L 600、Φ26*L 1200 安裝方式：吸頂、吊掛 設備功率：3、6、9、12、15W | |
| A-ZFJC-E*W-A603HC 高防護應急照明燈具 | 防護等級：IP67 設備尺寸：Φ175*H 60 安裝方式：吸頂、壁掛 設備功率：3、6、9、12、15W | ||
| A-ZFJC-E*W-A603HE 高防護應急照明燈具 | 防護等級：IP67 設備尺寸：198*98*55 安裝方式：吸頂、壁掛 設備功率：3、6、9、12、15W | ||
消防應急燈具專用電源 |
| A-D-0.3KVA-A200L A-D-0.5KVA-A200L A-D-0.75KVA-A200L A-D-0.1KVA-A200L | 防護等級：IP65 設備尺寸：500*400*200、600*480*230 安裝方式：壁掛 設備功率：0.3、0.5、0.75、1KVA 回路數量：8路 | |
防爆艙室 | 集中電源集中控制型消防應急防爆標志燈具 |
| A-BLJC-1LROEI1W-A431EX （防爆單面出口) | 防護等級：IP65 防爆等級：Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80℃ 設備尺寸：165*375*65 安裝方式：壁掛 |
| A-BLJC-1LROEI1W-A431EX （防爆單面左向) | 防護等級：IP65 防爆等級：Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80℃ 設備尺寸：165*375*65 安裝方式：壁掛 | ||
集中電源集中控制型消防應急防爆照明燈具 |
| A-ZFJC-E*W-A630EX | 防護等級：IP65 防爆等級：Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80℃ 設備尺寸：256*243*78 安裝方式：壁掛 設備功率：3、6、10W | |
| A-ZFJC-E*W-A632EX | 防護等級：IP65 防爆等級：Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80℃ 設備尺寸：Φ135mm*H 168mm 安裝方式：吊管安裝 設備功率：3、6、9、12、15W | ||
消防應急燈具專用電源(防爆) |
| A-D-0.3KVA-A200EX A-D-0.5KVA-A200EX A-D-1KVA-A200EX | 防護等級：IP43 設備尺寸：904*702*220、1354*702*220 安裝方式：壁掛 設備功率：0.3、0.5、1KVA 回路數量：8路 | |
區域 變電所 | 區域分機 |
| A-C-A100/B3 | 區域分機通過總線網絡實時監控各個終端，在險情發生時，自動將信息指令發布到每個終端，終端收到指令之后自動開始工作，如頻閃、變向、開、滅燈等工作，實時指示安全的疏散路線。 |
中繼器 |
| CAN轉光纖中繼 | 通過CAN轉光纖中繼實現把CAN總線傳輸轉換至光纖傳輸延長通訊距離增加方案多樣性。 | |
主變電所 監控中心 | 監控主機 |
| A-C-A100 | 監控主機通過總線網絡實時監控各個終端，在險情發生時，自動將信息指令發布到每個終端，終端收到指令之后自動開始工作，如頻閃、變向、開、滅燈等工作，實時指示安全的疏散路線。 |
五、結語
綜上所述，綜合管廊是我國的重要的城市基礎設施，對促進我國城市發展具有至關重要的作用。近年來，隨著我國綜合管廊建設水平的不斷提升，已經取得良好的建設效果，但是在城市綜合管廊建設過程中，由于建設經驗不足，導致綜合管廊建設運營還存在一些問題，因此為了保證綜合管廊能夠安全運行，還應設置專門的監控系統和安防系統，通過收集綜合管廊運營的相關信息，及時的發現和解決綜合管廊運行過程中存在的問題，做出有效的安全以及應急管理措施，保證綜合管廊安全、穩定的運行，這對我國綜合管廊建設具有重要意義。
參考文獻
[1]文鵬.城市綜合管廊監控及安防關鍵技術研究.
[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05
作者簡介：任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監控研究發展。
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