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安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
本方案借助物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、CIM等技術，打造綜合管廊感知系統(tǒng)和智慧運營管理系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的綜合管廊監(jiān)控管理與現(xiàn)代信息技術相融合，打造綜合管廊監(jiān)管運維體化體系，提升綜合管廊應急指揮和運維服務的智能化水平，以實現(xiàn)綜合管廊感知、運維、管理、決策的智慧化。
1.研究背景
隨著我城市的快速發(fā)展，為滿足對各類地下公共基礎設施管線的集約化、綜合化管理，城市級綜合管廊工程應運而生。綜合管廊運維難度大、成本高等問題也逐漸浮出水面，本方案借助物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、CIM等技術，打造綜合管廊感知系統(tǒng)和智慧運營管理系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的綜合管廊監(jiān)控管理與現(xiàn)代信息技術進行深度融合，打造綜合管廊監(jiān)管和運維體化體系，提升綜合管廊應急指揮和運維服務的智能化水平，以實現(xiàn)綜合管廊的感知、運維、管理、決策智慧化。
2.智慧管廊概述
目前，對綜合管廊在主體結構建造上的規(guī)范已相對完善，但對管廊智慧化目前沒有統(tǒng)的定義。參照Toppeta對智慧城市的觀點，本文認為，智慧管廊即是將綜合管廊的信息收集、處理和分析通過網(wǎng)絡結合起來，打破各系統(tǒng)數(shù)據(jù)壁壘，實現(xiàn)綜合管廊的高度信息化、智能化，以達到綜合管廊智慧控制、調度、管理及運營的目的。
3.建設原則
（1）先進性
智慧管廊系統(tǒng)的建設是項長期任務，涉及面廣，建設周期長，因此在技術構架、選用技術標準方面，應該充分考慮技術和方案的先進性。
（2）性
智慧管廊系統(tǒng)是承載綜合管廊關鍵應用和數(shù)據(jù)的平臺，其建設和維護必須考慮系統(tǒng)的性。
（3）開放性
智慧管廊系統(tǒng)的建設需考慮系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性及與內外部應用系統(tǒng)的信息交互，在規(guī)劃和建設中應依從主流的技術標準，采用功能模塊化、接口開放化的策略。
（4）高可靠性
智慧管廊系統(tǒng)是綜合管廊運營維護的核心，所涉及數(shù)據(jù)量巨大且用戶并發(fā)較高，在規(guī)劃和建設中必須考慮高可靠性。
（5）可擴展性
作為綜合管廊運維管理的核心，智慧管廊系統(tǒng)規(guī)模會隨著綜合管廊管理的需求和使用范圍不斷拓展，因此要求系統(tǒng)建設需充分考慮在結構、容量、通信能力、產(chǎn)品升級、處理能力、數(shù)據(jù)庫、軟件開發(fā)等方面具備良好的可擴展性和靈活性。
（6）快速開發(fā)，易于維護
智慧管廊系統(tǒng)的建設應易于實施和維護，具有高品質、高效率、高擴展性與高重用性。
4 建設方案
4.1 系統(tǒng)架構
本系統(tǒng)按照《GB 50838-2015城市綜合管廊工程技術規(guī)范》建設：
系統(tǒng)架構分為：
物理層：通信接口統(tǒng)，各硬件設備通過統(tǒng)接口，將感知數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)進行傳輸。
數(shù)據(jù)層：將感知數(shù)據(jù)進行結構化處理，并進行數(shù)據(jù)關聯(lián)，實現(xiàn)所有感知數(shù)據(jù)的匯總，同時對重要數(shù)據(jù)進行存儲。
應用層：整合了各應用子系統(tǒng)。在應用層，不同子系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)。
展示層：在web、客戶端及APP端統(tǒng)展示系統(tǒng)功能。
本系統(tǒng)主要由感知系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、智慧運營管理系統(tǒng)組成。
4.2 感知系統(tǒng)設計
智慧管廊感知系統(tǒng)，感知范圍包含環(huán)境、消防、、視頻、設備、結構等。
感知系統(tǒng)布置原則見表1。
表1 感知系統(tǒng)布置原則
4.2.1 環(huán)境與設備感知系統(tǒng)
環(huán)境與設備感知系統(tǒng)是通過溫濕度、氣體探測、水位監(jiān)測、視頻監(jiān)測等各種感知設備以及的設備參數(shù)、狀態(tài)采集器對綜合管廊內部環(huán)境和設備實施全程監(jiān)控、實時采集。采集數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡到智慧運維管理系統(tǒng)進行分析處理，得到預警信息并可視化呈現(xiàn)，便于及時發(fā)現(xiàn)問題排除故障，保證管廊正常運行。
4.2.2 防范感知系統(tǒng)
防范感知系統(tǒng)通過視頻、門禁、紅外、入侵檢測、巡檢等感知設備對綜合管廊內人員的全程監(jiān)控感知。感知數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡到智慧運維管理系統(tǒng)進行分析處理，得到預警信息并可視化呈現(xiàn)，便于及時發(fā)現(xiàn)警情并及時處理，保證管廊正常運行。
4.2.3 預警預報警感知系統(tǒng)
預警與報警感知系統(tǒng)由火災、可燃氣體等感知設備組成，對綜合管廊實施全程監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡到智慧運維管理系統(tǒng)，實現(xiàn)災情預警、報警及處理，同時通過通信系統(tǒng)，向管廊內人員報警并引導人員及時疏散，保障人身。預警預報警感知系統(tǒng)擁有全部系統(tǒng)內zui高的先級。
4.2.4 管廊結構感知系統(tǒng)
管廊結構感知系統(tǒng)由防外破感知和沉降感知兩個系統(tǒng)組成。
防外破感知系統(tǒng)對管廊外設定范圍內的振動進行連續(xù)監(jiān)測，數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡到智慧運維管理系統(tǒng)進行分析處理并可視化呈現(xiàn)，防止管廊遭到外部破壞。沉降感知系統(tǒng)通過對管廊尤其是管廊接縫處的相對水平、垂直位移進行監(jiān)測，數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡到智慧運維管理系統(tǒng)進行分析處理并可視化呈現(xiàn)，對管廊結構沉降和變形趨勢作出判斷和預警，便于及時采取措施防止管廊結構損壞。
4.3 通信系統(tǒng)
通信系統(tǒng)作為感知系統(tǒng)數(shù)據(jù)回傳的通道，需可靠。采用有線通信與無線通信相結合的方式。有線通信線纜須冗余配置，采用環(huán)網(wǎng)形式，確保有線通信網(wǎng)絡可靠。無線通信主要針對可移動設備及終端，無線信號須對管廊內部空間*覆蓋，確?？梢苿釉O備及終端通信不中斷。
為確保可靠以及便于管理，可以每150~200米設置個獨立的控制區(qū)，每個區(qū)域的ACU（Area Control Unit區(qū)域控制單元）均有獨立的電源單元、通訊單元、采集單元等。
4.4 智慧運營管理系統(tǒng)
管廊的感知數(shù)據(jù)、設備運行數(shù)據(jù)、設備資產(chǎn)數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等各項基礎數(shù)據(jù)信息均集中到智慧運營管理系統(tǒng)中。同時智慧運營管理系統(tǒng)中還集成了管廊客戶信息、業(yè)務流程信息等用戶數(shù)據(jù)，通過云計算、大數(shù)據(jù)分析等手段，將各信息有機的整合，可視化呈現(xiàn)在智慧運營管理系統(tǒng)中。同時，還可通過智慧運營管理系統(tǒng)實現(xiàn)綜合管廊運維、管理、決策過程的智慧化。
4.5 三維數(shù)字模型
將感知數(shù)據(jù)與CIM相結合，構建綜合管廊三維數(shù)字模型，直觀的展現(xiàn)整個綜合管廊內外部情況。結合感知系統(tǒng)及智慧運營管理系統(tǒng)對綜合管廊內具體場景進行虛擬還原。是整個系統(tǒng)可視化呈現(xiàn)的主要方式。
4.6 AR呈現(xiàn)
通過AR技術，在地面即可對地下綜合管廊信息查詢及可視化呈現(xiàn)，實現(xiàn)地面巡檢。使得城市地上地下信息體化。
5 以安科瑞智慧城市地下綜合管廊產(chǎn)品選型方案為例。
5.1 管廊電力監(jiān)控系統(tǒng)（10/0.4kV地面變電所）
應用場合 | 型號 | 功 能 | |
10kV | 進/饋線 | AM4-I | 三段式過流保護、兩段式序過流保護、反時限過流保護、負序過流、過負荷保護（告警、跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、三相次重合閘、后加速過流、FC閉鎖、非電量保護（告警、跳閘）、過電壓保護、低電壓保護；斷路器遙控分/合閘操作；故障錄波。 |
PT監(jiān)測 | AM4-U1 | 過電壓告警、序過壓告警、PT斷線告警、低電壓告警；4路交流電壓通道；故障錄波 | |
AM4-U2 | I段/II段過電壓告警、I段/II段序過壓告警、I段/II段PT斷線告警、I段/II段低電壓告警；8路交流電壓通道；故障錄波。 | ||
智能操控、節(jié)點測溫 | ASD320-Pn | 次回路動態(tài)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。 | |
電參量測量 | APM810 | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），序電流In，四象限電能，實時及zui，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示。 | |
0.4kV | 進線 | APM810 | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），序電流In，四象限電能，實時及zui，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示。 |
ASJ10-LD1A | 1路A型剩余電流測量；30%，50%，70%，TRIP棒狀LED指示；十種額定剩余動作電流可設定；十種極限不驅動時間可設定；互感器斷線報警指示；兩組繼電器輸出(組常開，組轉換，均可設定)；具有就地，遠程“測試”、“復位”功能。 | ||
無功補償 | ARC | 測量I、U、Hz、cosΦ，具備過電壓保護、欠流鎖定、電網(wǎng)諧波過大保護功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協(xié)議。 | |
APM810 | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），序電流In，四象限電能，實時及zui，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示。 | ||
有源濾波 | ANAPF | ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠對動態(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。 | |
出線 | APM810 | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），序電流In，四象限電能，實時及zui，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示。 | |
ANHPD300 | 對用電設備產(chǎn)生的隨機高次諧波、脈沖尖峰、電涌等具有抑制和吸收作用，能有效濾除電壓尖峰雜波、矯正畸變的電壓波形，對諧波噪聲進行消化和吸收，防止保護裝置誤跳閘，保證用電設備正常運行。 | ||
ASJ10-LD1A | 1路A型剩余電流測量；30%，50%，70%，TRIP棒狀LED指示；十種額定剩余動作電流可設定；十種極限不驅動時間可設定；互感器斷線報警指示；兩組繼電器輸出(組常開，組轉換，均可設定)；具有就地，遠程“測試”、“復位”功能。 | ||
溫度檢測 | 變壓器溫度檢測 | ARTM-8 | 8路溫度巡檢，熱電阻信號輸入，RS485接口，2路繼電器輸出。 |
無線測溫 | ARTM100 | 可以嵌入式安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內，每臺裝置可以接收240個傳感器的數(shù)據(jù)，可與ATE100、ATE200、ATE300三種傳感器選配使用。裝置帶有路485接口、可選配路以太網(wǎng)口，可將采集到的溫度數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控。 | |
ATC200 | 款帶有路485接口的溫度收發(fā)器，可同時接收12個ATE200傳感器發(fā)射的數(shù)據(jù)并將采集到的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控。 | ||
ATE200 | 表帶式固定，測溫范圍0-125℃，測量精度±2℃，傳輸距離空曠10米。 | ||
配套附件 | AKH-0.66 | 測量型互感器，采集交流電流信號。 | |
AKH-0.66L | 剩余電流互感器，采集剩余電流信號。 | ||
網(wǎng)關 | Anet-2E5S | 5個RS485串口 2kV隔離， 2個以太網(wǎng)接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通訊協(xié)議設備的接入，支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104、建筑能耗數(shù)據(jù)、電力需求側等上傳、支持多不同數(shù)據(jù)服務要求，支持網(wǎng)關透傳協(xié)議；裝置電源:220V AC/DC。 | |
Anet-4E10 | 10個RS485串口 2kV隔離，4個以太網(wǎng)接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、DNP、CDT、CJ/T188、DL/T645等通訊協(xié)議設備的接入、支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104、CDT、建筑能耗數(shù)據(jù)、電力需求側等上傳、支持多不同數(shù)據(jù)服務要求，裝置電源:220V AC/DC。 | ||
電力監(jiān)控系統(tǒng) | Acrel-2000 | 數(shù)據(jù)的實時采集、數(shù)字通信、遠程操作與程序控制、保護定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報表及設備維護信息管理。 | |
5.2 管廊設備監(jiān)控系統(tǒng)（0.4kV動力箱/動力柜）
應用場合 | 型號 | 功能 | 安裝方式 | 防護等級 | 使用說明 |
動力箱/柜 | DTSD1352 | 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統(tǒng)計，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級。 | 導軌式 | IP30 | 同動力箱/柜配合使用，防護等級可達IP65。 |
ARD2F－XX/XX－90L/UT | ARD2F智能電動機保護器適用于額定電壓至AC690V、額定電流至AC800A、額定頻率為50/60Hz的電動機，可與接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控制保護單元，有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。 | 主體：導軌式
顯示：嵌入式 | 主體：IP30
顯示：IP65 | ||
PZ72L-E4/UT | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），四象限電能，LCD顯示，可選2DI/2DO，RS485/Modbus通信。 | 嵌入式 | IP65 |
| |
WHD72-11/UT | 測量并顯示控制1路溫度、1路濕度。 | 嵌入式 | IP65 |
| |
配套附件 | AKH-0.66 | 測量型互感器，采集交流電流信號。 | 螺絲固定 | IP30 | 同動力箱/柜配合使用，防護等級可達IP65。 |
6 結束語
本文針對智慧管廊感知系統(tǒng)以及智慧運營管理系統(tǒng)進行了設計。但由于綜合管廊處于建設階段，業(yè)務流程和管理制度都在不斷完善和更新中。在具體實施階段，不宜操之過急，還需采用多次迭代的方式進行研發(fā)。通過信息化-智能化-智慧化三步走的方式，zui終實現(xiàn)綜合管廊的感知、協(xié)同智慧、管理、決策的智慧化。
參考文獻：
[1] 仲超 孫健 淺談智慧管廊感知系統(tǒng)和智慧運維系統(tǒng)建設方案
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版
作者簡介：劉細鳳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為綜合管廊監(jiān)控及運維方向
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