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浅谈地下综合管廊统一管理平台 研究与设计

点击次数:985 发布时间:2022-09-28

要:本文介绍了综合管廊统一管理平台的系统组成,分析各子系统的配置原则和逻辑功能, 以综合管廊实际运行和后期维护的需求为出发点, 提出了一套管廊统一管理平台的联动逻辑, 实现对城市综合管廊的一体化智能监控管理。

关键词:综合管廊; 监控系统; 统一管理平台; 联动逻辑

 

研究背景

地下综合管廊是指建设在城市地下, 用于集中敷设电力、给排水、通信、燃气等市政管线的建筑[1]。相比于传统的各类管线单位各自为阵, 地下直埋管线的方式, 综合管廊具有其显著的优势: 避免道路反复开挖, 优化利用城市土地资源尤其是地下资源, 提升城市形象; 管线扩容方便, 路径清晰明了, 有效减少施工损坏其他管线的风险; 管廊主体统一管理, 便于管线的检修维护, 提升管线安全和防灾水平, 有效的延长管线的使用寿命。

市政管线汇集于地下综合管廊中, 供往城市的各个角落。它既是支撑城市活动的营养线, 也是安全不容有失的生命线。作为其承载主体的综合管廊, 重要性不言而喻。在《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015)中,对地下管廊的统一管理平台建设, 提出了一些强制要求。但由于我国的管廊建设还在铺开建设的初期阶段, 真正进入实际运营的综合管廊还不多。地下综合管廊的统一管理平台应该如何设计才能更好的为后期的管廊运营服务,解放人力,各地都还在建设中不断摸索,尚没有形成一个统一的标准。本文从工程实践出发,对管廊统一管理平台的方案设计,做出有益的探讨。

2 系统组成

综合管廊的运行涉及环境与设备监控系统、 安防系统、通信系统和火灾报警系统等多个相关的弱电子系统(消防系统作为一个相对独立的系统, 本文中不讨论)。子系统内部的监测仪表和控制设备类繁多, 信号接口也各不相同。

2.1 环境与设备监控系统

环境与设备监控系统主要实现对管廊内环境状态(包 括温湿度, 氧含量, 甲烷含量, 水位等)的数据采集和可控设备(包括水泵、风机、井盖、照明系统等)的状态监 测和控制。环境参数的检测内容在《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015)中有详细的要求,如表1所示。

环境与设备监控系统通常会设置多个ACU(区域控制单元)来采集控制管廊内各防火分区的设备。ACU采集到的信息可以通过TCP/IP 通讯模块接入临近工业交换机,经由光纤环网上传给管廊统一管理平台。

表1 环境参数监测内容


 给水管道、

污水

天然气

热力

电力电缆


再生水管道、   

管道

 管道

 管道

通信线缆


雨水管道   





温度

湿度

水位

O2

H2S气体

CH4气体

注:●应监测;宜监测

系统内需要实现的联动逻辑包括:

1)根据检测到的廊内环境状态参数, 自动启停相应的进排风设备来保证人员和设备的安全。

2)根据集水坑的液位来联动排水泵的启停动作, 将集水坑的水位控制在一个合理的范围之内。

2.2 安全防范系统

安全防范系统通过视频监控、防入侵监测、门禁控制三个模块, 集中监控管廊的内部通道、通风口、人员出入口等重要节点, 在报警发生时及时向监控中心发出告警, 保障管廊内部不遭受非法侵入和破坏。

安全防范系统自身的三个子模块之间需要实现的联动逻辑包括:

1)防入侵模块监测到异常入侵信号后,联动相应的视频信号实时投射到监控中心的大屏上显示。

2)防入侵模块监测到异常入侵信号后,联动锁定附近相关的门禁控制模块, 待相关人员确认后方可打开。

3)门禁控制模块在检测到读卡或者非法进入的状态时,也将相应的视频信号实时投射到监控中心的大屏上显示, 方便监控人员第一时间掌握人员的进出管廊状况。

2.3通信系统

通信系统包含应急电话和无线通信两个子系统,用以保障综合管廊的运维人员和外界的即时通讯。电话布置在廊内各个重要节点,无需拨号直接与监控中心连通, 主要用于应急通讯和报警。无线通信网络覆盖整个管廊内区域,借助手持式设备,一方面可实现巡检维护人员间和与监控中心工作人员的实时通话, 另一方面, 借助无线发射装置与手持设备之间的信号交接, 可以实现对入廊维护人员的实时定位, 进一步提升综合管廊的运维水准和安全标准。

2.4 火灾报警系统

综合管廊作为地下封闭系统,内部包含大量电缆和可燃气体管线,火灾报警系统是其不可少的重要安全预警系统。其中,电气火灾监测系统通过管廊内分布的烟感/ 温感探测器、手报等检测火灾的发生并告警;可燃气体监测系统则通过可燃气体探头来感知廊内可燃气体浓度的变化,及时发现可燃气体舱室的泄露隐患和故障位置并预先处理。防火门监控系统主要负责管理管廊各舱室分区间的防火门开关状态,根据不同的现场情况对防火门的开闭做出控制。

火灾报警系统内的联动控制设计遵循国标GB50116的相关规定, 功能应包括:

1)电气火灾、可燃气体监测系统监测到异常情况信号后, 联动声光报警器启动报警, 使管廊内和监控中心的工作人员能够第一时间对事故做出反应。

2)在检测到火灾报警信号后, 防火门监控系统应当联动关闭火灾报警分区及其相邻分区所有的常开防火门。

 

3系统间联动逻辑

管廊统一管理平台下辖的4个系统单元又包含了多个子系统,各自承担的功能繁多, 且相互之间联系紧密。一个管廊监控中心通常会管辖区域内的数条综合管 廊, 如果这些系统各自独立运行, 则需要大量的人员来负责运行维护, 系统间的协调和联动也无法快速有效的完成,不利于综合管廊后期运营的标准化管理和效率提升。为了让几个系统之间相互协调, 信息互通互联, 管廊统一管理平台的设置不可少。对内,将监控与报警系统的各子系统集成为相互协调关联的综合系统;对外,所有系统数据通过统一管理平台的对外接口与各外部系统实现数据交互。

综合各系统自身的设备和功能特点,通过对管廊运维过程中实际需求的技术探讨,尤其是突发状况下的系统反应机制, 统一管理平台应当具备的联动功能

1)环境与设备监控系统与通信系统、安全防范系统的联动。

环境与设备监控系统检测到环境异常报警信息后, 联动通信系统的通信设备向报警区间的工作人员报警, 并将临近的门禁打开, 指导廊内人员迅速脱离危险区域。

2)通信系统与环境与设备监控系统的联动。巡更人员佩戴无线定位装置, 根据人员定位信息,联动开启当前及相邻分区的照明和通风系统,并在人员离开后自动关闭,保障人员安全的同时减少系统能耗。

3)安全防范系统和环境与设备监控系统的联动。防入侵系统检测到入侵报警信号后, 联动打开对应位置的照明,以便监控摄像头能够清晰捕捉到入侵点的实时图像。

4)火灾报警系统和其他系统的联动。火灾报警系统作为一个相对独立的系统,有强制规范, 一般不允许外部系统联动该系统内的设备, 主要通过向外输出火灾报警信号, 让其他系统做出火灾应急相应。系统检测到火灾报警信号后,联动打开报警分区及相邻分区的照明,弹出监控摄像头让监控中心及时了解火情; 打开临近分区的所有门禁和逃生井盖, 通过通信设备引导廊内的工作人员迅速撤离火灾区域;排风机的启停则跟报警类别有关,火灾报警信号联动关闭对应的排风机,可燃气体报警则联动开启报警分区及相邻分区的排风机, 以尽快减低可燃气体的浓度。

 

4  AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

4.1平台概述

AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体,为建立可靠、安全、高效的综合管廊管理体系提供数据支持,从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计,解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题,大大提高了系统运行的可靠性和可管理性,提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。

4.2平台组成

安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台,它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统智能照明系统消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据,通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度,同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、高效、有序的要求。

4.3平台拓扑

4.4平台子系统

4.4.1电力监控

电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所,对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控,对0.4kV出线配置多功能计量仪表,用于测控出线回路电气参数和用能情况,可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS,包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等 

4.4.2环境监测

环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警,同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控  

4.4.3电气安全

AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器,消防设备电源传感器、防火门状态传感器,接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示,并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视,发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。 

4.5相关平台部署硬件选型清单

4.5.1电力监控及配电室环境监控系统

应用场合(10KV

产品

型号

功能

 

 

 


 

10KV/馈线

 

 

 

AM6-L

相间电流速断保护,相间电流速断保护(可带低压闭锁),相间过电流保护(可带低压闭锁),两段式零序过流保护,反时限相间过流保护(可带低压闭锁),零序反时限过流保护,过负荷保护,控制回路异常告警。

10/0.4KV变压器

AML-S

分合闸位置、手车工作/试验位置、接地刀闸位置、硬接 点信号(保护跳闸、装置告警、控制回路断线、 装置异常、未储能、事故总等)、报文(过流、过负荷、超温报警、过温报警、装置告警、PT 断线、CT 断线、对时异常等) 、遥控 开关、故障波形分析(故障录波、故障波形、故障记录、 跳闸、故障电流电压)等。

智能操控装置

 

ASD500

一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度控制及显示(标配一路强制加热)、远方/就地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、柜内照明控制、RS485接口、高压柜内电气接点无线测温

 

 

 

10KV计量

 

 

 

 

 

PZ72L-

E4/UT

该仪表采用交流采样技术,能分别测量电网中的电流、电压、功率、功率因数和电能等参数,可通过面板薄膜开关设置倍率。带RS-485通讯接口,采用Modbus协议;也可将电量信号转换成标准的直流模拟信号输出;或带开关量输入/输出,继电器报警输出等功能。具有许昌开普研究院有限公司、国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心检测合格型式检验报告证书和电磁兼容检验证书,产品防护等级均达到IP65,符合管廊综合监控系统中对相关产品功能、防护等级及电磁兼容的要求。

应用场合(0.4KV

产品

型号

功能

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.4KV/出线

 

 

 

 

 

 

 

PZ72L-

E4/UT

该仪表采用交流采样技术,能分别测量电网中的电流、电压、功率、功率因数和电能等参数,可通过面板薄膜开关设置倍率。带RS-485通讯接口,采用Modbus协议;也可将电量信号转换成标准的直流模拟信号输出;或带开关量输入/输出,继电器报警输出等功能。具有许昌开普研究院有限公司、国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心检测合格型式检验报告证书和电磁兼容检验证书,产品防护等级均达到IP65,符合管廊综合监控系统中对相关产品功能、防护等级及电磁兼容的要求。

 

 

 

 

无功补偿

 

 

ARC

测量I、U、Hz、cosΦ,具备过电压保护、欠流锁定、电网谐波过大保护功能,可控制电容器的投切,RS485/Modbus协议

 

 

 

ANSVC

ANSVC低压无功功率补偿装置并联在整个供电系统中,能根据电网中负载功率因数的变化通过控制器控制电力电容器投切进行补偿,无功功率补偿装置采用散件组成方案,主要以电容电抗、投切开关、控制器等组成。

 

 

 

 

ANSVG

补偿方式:线性补偿,全响应时间<5ms,瞬时响应时间≤100us;补偿效果:≥0.99,可补偿容性无功和感性无功,滤除5、7、9、11、13次以内的谐波;自身损耗:≤2%,效率:>98%;监控以及显示具备远程通讯接口,可以通过PC机实时监控;具有人性化的人机交互界面,可通过该界面看到系统和本体的实时电能质量信息,操作简单,可以远控,也可以本控;标准模块化设计,缩短交付周期,同时提高了使用的可靠性和可维护性。

 

温湿度控制器

 

 

 

WHD72-

11/UT

智能型温湿度控制器以数码管方式显示温湿度值,有加热器、传感器故障指示、变送功能、带有RS485通讯接口可供远程监控,用户可通过按键编程自行设定系统参数。该仪表集测量、显示、控制及通讯于一体,精度高、测量范围宽,是一种适合于各个行业和领域的温湿度测量控制仪表。具有许昌开普研究院有限公司、国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心检测合格型式检验报告证书和电磁兼容检验证书,产品防护等级均达到IP65,符合管廊综合监控系统中对相关产品功能、防护等级及电磁兼容的要求。

 

 

智能网关

 

 

 

Anet系列

8个RS485串口 2kV隔离, 2个以太网接口,支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通讯协议设备的接入,支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104等上传协议、支持多中心不同数据服务要求,支持断点续传,装置电源:220V AC/DC。

应用场合(配电室)

产品

型号

功能

 

 

 

 

 

 

 

 

环境监测

 

温湿度

 

 

/

用于配电房温度和湿度。工作电源:AC/DC 85~265V 工作温度:-40.0℃~99.9℃ 工作湿度:0%RH~99%RH

烟雾

 

 

/

光电式烟雾传感; 电源正极(DC 12V):+12V,继电器输出:常开触点

 

水侵

 

 

/

接触式水浸传感器,监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况,工作电源:DC 10-30V 工作温度:-20℃~+60℃ 工作湿度:0%RH~80%RH  响应时间:1s  继电器输出:常开触点

局方检测

 

 

/

监测变压器、开关、开关柜的局部放电

门禁

 

 

/

 

常开型;感应距离:30-50mm 材质:锌合金,银灰色电度 干接点输出

摄像机

 

 

/

 

视频监控

开关量模块

 

ARTU-KJ8  

8路开关量输入,8路继电器输出

 

 

 

智能网关

 

 

 

 

ANet-2E4SM

4RS485 串口,光耦隔离,2路以太网接口,支持ModbusRtuModbusTCPDL/T645-1997DL/T645-2007CJT188-2004OPC UAModbusTCP(主、从)、104(主、从)、建筑能耗、SNMPMQTT;(主模块)输入电源:DC 12 V 36 V  。支持4G扩展模块,485扩展模块,最多可扩展16路。

4.5.2电气火灾监控系统

应用场合

产品

型号

功能

 

各变电所

 

0.4KV出线

 

 

ARCM200

系列

用于检测TN-C-S、TN-S及局部TT系统中的剩余电流、温度等电气参数,从而预防电气火灾的发生

 

各舱室

 

末端配电箱

 

 

 

ARCM300

系列

 

用于检测TN-C-S、TN-S及局部TT系统中的剩余电流、温度等电气参数,从而预防电气火灾的发生

 

区域

变电所

 

区域分机

 

 

Acrel-6000/B3

接收电气火灾监控探测器信号,实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理,采用485通讯

 

主变点所

监控中心

 

控制主机

 

 

Acrel-6000/B

接收电气火灾监控探测器信号和各区域分机数据,实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理,采用485通讯

 

 

配套附件





0.4kV电流

互感器

 

 

AKH-0.66

测量型互感器,采集交流电流信号。

4.5.3消防设备电源监控系统

应用场合

产品

型号

功能

 

消防设备电源电压监控

 

 

AFPM3-2AVM

 

监测两路三相交流电压,二总线通讯。

 

区域

变电所

 

区域分机

 

 

AFPM100/B3

接收消防设备电源监控探测器信号,实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理,采用二总线通讯

 

主变点所

监控中心

 

控制主机

 

 

AFPM100/B1

接收消防设备电源监控探测器信号和各区域分机数据,实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理,采用二总线通讯

5.5.4防火门监控系统

应用场合

产品

型号

功能

 

普通舱室

配电室

 

常开防火门

 

AFRD-CK(YT)-65

AFRD-CK(YT)-85

AFRD-CK(YT)-120

监测常开防火门的开闭状态。

 

常闭防火门

 

单扇:AFRD-CB1(YT)

双扇:AFRD-CB2(YT)

监测常闭防火门的开闭状态。

 

防爆舱室

 

常开/常闭

防火门

 

 

AFRD-MC

监测常开、常闭防火门的开闭状态。

 

监测模块

 

 

AFRD-CK/CB

 

接收AFRD-MC的状态信息同步传输至防火门监控主机。

 

区域

变电所

 

区域分机

 

 

AFRD100/B3

接收防火门监控模块和防火门一体式探测器信号,实现对防火门开闭状态的报警、监视、控制与管理,采用二总线通讯

 

主变点所

监控中心

 

控制主机

 

 

AFRD100/B

接收防火门监控模块和防火门一体式探测器信号以及各区域分机的实时数据,实现对防火门开闭状态的报警、监视、控制与管理,采用二总线通讯

4.5.5消防应急照明和疏散指示系统

应用场合

产品

型号

功能

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

各变电所和非防爆舱室

 

 

 

 

集中电源集中控制型消防应急标志灯具(高防护)

 

A-BLJC-1LROEII1W-A431H (单面安全出口)

防护等级:IP67

设备尺寸:145*400*15

安装方式:壁挂

 

A-BLJC-1LROEII1W-A431H (单面疏散出口)

防护等级:IP67

设备尺寸:145*400*15

安装方式:壁挂

集中电源集中控制型消防应急照明灯具(高防护)

 

 

 

 

A-ZFJC-E*W-A604T8 单管式应急照明灯具

防护等级:IP67

设备尺寸:Φ26*L 400Φ26*L 600、Φ26*L 1200

安装方式:吸顶、吊挂

设备功率:3691215W

 

A-ZFJC-E*W-A603HC 高防护应急照明灯具

防护等级:IP67

设备尺寸:Φ175*H 60

安装方式:吸顶、壁挂

设备功率:3691215W

 

A-ZFJC-E*W-A603HE 高防护应急照明灯具

防护等级:IP67

设备尺寸:198*98*55

安装方式:吸顶、壁挂

设备功率:3691215W

 

 

 

消防应急灯具专用电源

 

 

A-D-0.3KVA-A200L

A-D-0.5KVA-A200L

A-D-0.75KVA-A200L

A-D-0.1KVA-A200L

 

防护等级:IP65

设备尺寸:500*400*200600*480*230

安装方式:壁挂

设备功率:0.30.50.751KVA

回路数量:8

防爆舱室

 

 

 

 

 

集中电源集中控制型消防应急防爆标志灯具

 

 

 

 

A-BLJC-1LROEI1W-A431EX (防爆单面出口)

防护等级:IP65

防爆等级:Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80

设备尺寸:165*375*65

安装方式:壁挂

 

 

 

 

A-BLJC-1LROEI1W-A431EX (防爆单面左向)

防护等级:IP65

防爆等级:Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80

设备尺寸:165*375*65

安装方式:壁挂

集中电源集中控制型消防应急防爆照明灯具

 

A-ZFJC-E*W-A630EX

防护等级:IP65

防爆等级:Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80

设备尺寸:256*243*78

安装方式:壁挂

设备功率:3610W

 

A-ZFJC-E*W-A632EX

防护等级:IP65

防爆等级:Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80

设备尺寸:Φ135mm*H 168mm

安装方式:吊管安装

设备功率:3691215W

消防应急灯具专用电源(防爆)

 

 

 

A-D-0.3KVA-A200EX

A-D-0.5KVA-A200EX

A-D-1KVA-A200EX

防护等级:IP43

设备尺寸:904*702*2201354*702*220

安装方式:壁挂

设备功率:0.30.51KVA

回路数量:8

 

 

区域

变电所

 

 

区域分机

 

 

 

A-C-A100/B3

区域分机通过总线网络实时监控各个终端,在险情发生时,自动将信息指令发布到每个终端,终端收到指令之后自动开始工作,如频闪、变向、开、灭灯等工作,实时指示最佳、安全的疏散路线。

中继器

 

CAN转光纤中继

通过CAN转光纤中继实现把CAN总线传输转换至光纤传输延长通讯距离增加方案多样性。

 

 

主变电所

监控中心

 

 

监控主机

 

 

 

 

A-C-A100

监控主机通过总线网络实时监控各个终端,在险情发生时,自动将信息指令发布到每个终端,终端收到指令之后自动开始工作,如频闪、变向、开、灭灯等工作,实时指示最佳、安全的疏散路线。

 

5 结语

本文针对综合管廊统一管理平台子系统多, 相互间联系紧密的特点,着重探讨并梳理了各个系统内外的联动关系, 以提高管廊管理平台的统一性和智能化水平, 对提升管廊后期运维的效率和管线安全的水平起到积极作用。随 着机器人、无线检测等技术的逐渐成熟, 新的系统也会不断融入到管廊统一管理平台之中。 只有在实践中不断总结、完善、进步, 才能保证管廊管控系统长期运行的安全和高效。

 

 

参考文献

1  .地下综合管廊统一管理平台联动逻辑研究与设计.

2】周亮.地下综合管廊统一管理平台联动逻辑研究与设计[J].现代测绘

3】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05


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