专业提供城市管廊综合监控系统技术方案设计施工指导调试试运行

万顺华科技 :

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城市管廊综合监控系统技术方案

方案目录

 

1.    城市地下管廊综合监控系统概述... 3

 

2.    项目概况... 6

 

3.    系统综合监测设计方案... 8

 

3.1       通讯子系统... 9

 

3.2       PLC监控子系统... 9

 

3.3       环境监控子系统... 9

 

3.3.1        气体监测... 9

 

3.3.2        温湿度监测... 10

 

3.3.3        积水监测... 10

 

3.3.4        管廊排风/排水监测系统... 10

 

3.3.5        系统控制策略... 11

 

3.3.6        环境监测子系统配置... 12

 

3.3.7        传感器指标... 12

 

3.4      安防子系统... 15

 

3.4.1         CCTV视频监控系统功能简介... 15

 

3.4.2        入侵防范监测系统... 17

 

3.5       巡查子系统... 18

 

3.6       DTS电缆测温子系统... 18

 

3.6.1        系统技术指标... 19

 

3.6.2        系统实施规范... 20

 

3.7       运行电流/护层环监测子系统... 21

 

3.7.1        系统功能简介... 21

 

3.7.2        系统技术指标... 21

 

3.7.3        系统实施规范... 22

 

3.8       火灾监测及消防联动系统... 23

 

3.8.1        火灾监测系统... 23

 

3.8.2        消防联动... 24

1.城市地下管廊综合监控系统概述

    随着我国社会的进步和经济的发展，城市化进程不断加速发展，必然对城市所赖以存在和正常运作的各项公共基础设施建设不断提出更高要求。就现代城市公共基础设施的重要组成部分城市综合管廊而言，目前所面临的主要问题如下：

    城市用电负荷急剧增加，电缆老化加剧了管廊内事故发生的概率；

    城市地下管廊水、气（油/气）、蒸汽泄露对管廊及管廊内设备造成危害；

    地下管廊的运维管理比较粗放，人工周期巡视和计划检修，有很大的局限性；对管廊内设备运行情况的变化欠缺及时性了解，难以做到防控结合；

    管廊内积水、空气质量、气体泄漏等环境因素复杂，作业有风险；

    对各种施工或人为偷盗行为无法做到及时响应和处理。

 

    如何妥善解决城市各类公用基础通道负荷持续大幅增长与人类生存环境保护、城市景观美化之间的矛盾，而在城市范围内以综合管廊对各类基础设施通道统一管理无疑是一种有效的解决方法。综合管廊的使用，是满足中心城区高负荷密度资源供应要求，有效保障资源通道的输送容量和提高通道资源利用率的重要措施。城市地下通道管廊化及其地下管廊的网络化已成为现代社会城市的特色和发展方向。

    目前国内地下管廊的监控基本上仍处于初级阶段：一是靠人工巡视；二是靠人工测量电缆金属护层环流；三是靠停电测量电缆护层绝缘电阻和主绝缘电阻以及做交流耐压试验。这些传统的做法不仅费时费力，而且需要停电，影响输电线路可用率和供电可靠性。此外，传统的手段和方法不能有效及时地发现电缆的缺陷和隐患，有些试验（如耐压试验）可能对电缆线路造成永久性伤害。例如做护层绝缘电阻试验，可能使本来就薄弱的护层绝缘进一步恶化，扩大了缺陷。有些管廊虽然配置多种监视或控制装置，但每种装置间缺乏必要的联系和有效的协调，无法实现真正的信息共享，不具备综合监控的能力，未建立起真正意义上的综合性综合管廊计算机综合监控系统。

    应对城市综合管廊的不断发展，综合管廊的运行管理模式必将向计算机综合监控方向发展，进而实现集约化、智能化的综合管廊监控网的监控模式，建立起真正意义上综合管廊计算机综合监控系统。

结合国内外综合管廊的发展，对综合管廊计算机综合监控系统可得出以下结论：

    I.  综合管廊计算机综合监控系统是城市管理发展和综合管廊建设的必然需求；

    II. 综合管廊监控系统系统应具有数字化、网络化、集成化、智能化、和可视化的现代工业监控系统的特点；

    III.综合管廊监控系统宜采用分层分布式网络结构，综合管廊监控系统应以电缆运行状况的实时监测为主要任务，同时兼顾对管廊环境、辅助设施和管廊安全防范的监测和监控；

    IV. 现场各类信息的采集应以数字传感技术为首选方案，注重统一信息库的建立和信息的高度共享；

    V.  在信息共享和有效通信的基础上，监控系统应在现场层和管理层不同程度地实现系统性的协调控制能力；

    VI. 在系统的管理控制终端，应积极采用视频图像监视技术、电子地图技术以提供的综合智能控制手段、建立友善的人机交互界面。

2.项目概况

    某综合管廊长1560米，设置9个防火分区，设置有6处自然进风口，14处强排风口，每处强排风口设置排风机1台，集水坑13处。

项目位置全景图
                      管廊截面图                      

    综合管廊需监测管廊环境温湿度、气体、集水水位，实现对通风设备、排水泵、电气设备、消防泵等设备运行状态检测和控制。

    管廊内设置视频安防监控制系统与入侵报警系统。

    管廊内设置离线式巡查系统。

    管廊内设置电缆本体/接头温度监测系统。

    管廊内设置运行电流/护层环监测系统。

    管廊内设置火灾监测系统及消防联动系统。

3.系统综合监测设计方案

    管廊综合监测系统设计采用光纤通讯作为主要通讯传输介质，为除消防系统以外的其他系统提供通讯链路（消防采用专用总线通讯）。

    整个综合监测系统分别设置以下子系统：通讯子系统、环境监测子系统、安防子系统、巡查子系统、DTS电缆测温子系统、运行电流/护层环监测子系统、火灾监测及消防联动系统。

 

系统拓扑图

3.1 通讯子系统

    传输主干网由1台1000M核心交换机和10台1000M工业级交换机组成1000M环网。1000M核心交换机设置4个千兆光口和24个千兆以酞网端口；环网交换机具有两路单模单纤通讯模块，不少于6个千兆电口，网络自愈时间小于20ms。

 

3.2 PLC监控子系统

    管廊平均180米设置有一个防火分区，共设置了9个防火分区，在每个防火分区，设置一台区域控制箱，每个区域控制箱配置一台工业PLC控制器，PLC制器具有2路10/100M快速以酞网口，8个IO扩展槽，每个控制器配置16路AI输入，16路DI输入，8路继电器输出。 

3.3 环境监控子系统

3.3.1 气体监测

    由于管廊是位于地下的封闭空间，管廊内有时会郁积有害气体，不但影响电缆设备的安全，更会威胁到维护人员的生命安全。管廊内气体含量的实时监控主要包括对异常含量气体信息采集，数据传递，服务器分析并报警，异常气体位置定位，有针对性启动通风装置，监控设备效果评估等多个过程。另外，当运行人员需要进入管廊前，同样需要对管廊内易燃易爆、有毒性气体和氧气含量等空气质量数据进行检测、评估，并进行必要的通风换气。

    通常在管廊中需要监测的气体主要包括氧气、、二氧化碳、甲烷和硫化氢。因此在每一个分区环境监测系统中需要包含这五种传感器。 

3.3.2 温湿度监测

    管廊正常运行中的电力电缆为了满足电网载流量及其自身正常运行的要求，对于其电力管廊内的空气温湿度有一定的要求。管廊正常环境温度一般在-1038之间，在正常温度范围内通常利用自然通风换气即可完成热量交换过程。当管廊内空气温度超过40时，监控系统就应及时启动风机等通风设备，强制管廊与外界进行热交换以降低管廊内温度。

3.3.3 积水监测

    长期运行的综合管廊会因结构渗漏、地下水倒灌和接口封堵不利等多种原因引起管廊内积水，积水的产生不但会增加管廊内空气的湿度，腐蚀管廊内的电气设备，更会加快电缆绝缘的老化速度，因此一旦发现积水水位越限就应启动各类排水设施及时排除积水。管廊监控系统通过管廊现场设置的水位传感器检测现场积水程度，并通过管理控制终端实现对管廊排水系统的状态监视和启停控制。

由于静压投入式液位变送器具有稳定性好的特点，在整个允许工作温度范围内低于0.3F.S.系统采用投入式液位传感器监测水位。

3.3.4 管廊排风/排水监测系统

    万顺华科技综合管廊监控系统可根据环境温度，空气质量等与管廊内风机进行联动控制。其中，综合管廊内通风设置通风系统主要解决以下4个问题：

    1) 排热工况：排除管廊内的发热量，同时满足运营不超过40的要求而进行必要的通风；

    2) 巡视工况：为了方便运营维护人员到管廊内巡视及维修，需使管廊内空气质量满足劳动卫生要求而进行的通风；

    3) 换气工况：为维持管廊内的基本空气品质，排除管廊内的异昧而进行的通风；

    4) 灾后通风：当管廊内发生火灾，采取隔绝灭火的方式，人工确认火灾熄灭后，为排除管廊内烟气进行的通风。

    给排水控制系统的功能主要有以下5个方面。

    1) 对工作井泵组以及积水井水位状况的数据进行收集，对设备工况进行监视。

    2) 根据检测到的水位情况，控制管廊的水泵系统，保证水位在正常的运营范围内。

    3) 水泵启停保护功能：防止失误操作对水泵的寿命影响。

    4) 在线分析功能：一旦出现水位险情趋势及时报警提醒。

3.3.5 系统控制策略

    综合管廊通风系统的运行以管廊内环境温度为控制点，通过设置的温湿度传感器实时测得管廊内环境温度。通过设定风机的启停来控制温度，进行合理模式通风工况的选择。结合前述几种运行工况并结合当地室外气象条件、年运营费用等因素进行设定启停控制温度，给出一个经济合理的范围值。万顺华科技推荐风机控制策略如下：

    1) 排热工况：当管廊内温度>37时，自动开启风机运行；当管廊内温度33时停机；

    2) 巡视工况：当管廊内温度>33时，自动打开风机运行；当管廊内温度28时停机；

    3) 换气工况：在每天0:00时进行判断，若全天内管廊内该通风区段未达到风机的启动温度，一直处于停机状态，则开启风机对管廊进行通风换气；

    4) 灾后通风：当管廊内某段发生火灾时，则立即自动关闭全部风机和联锁电动防火阀，通风系统的风机应与火灾探测器联锁。管廊火灾因缺氧而熄灭，待事故完毕，人工确认后，开启风机及联锁电动防火阀，进行灾后通风，排出废气。

    综合管廊水泵控制是依照集水井的水位变化进行操控。万顺华科技推荐水泵控制策略如下：

• Ø 当管廊中集水坑水位高于报警限值（宜为集水坑水位80）时，在10秒内启动相应水泵排水；

• Ø 当管廊中集水坑水位高于预警限值（宜为集水坑水位60）时、在30秒内发出预警信息；

• Ø 当管廊中集水坑水位低于正常限值（宜为集水坑水位40）时，在30秒内启动相应水泵停止排水。

    排风/排水监测采集控制接口由PLC提供，风机、水泵的运行状态、故障状态信号和遥控信号，从风机控制箱/水泵控制箱中接入，接入区域控制箱的PLC上的DI、DO模块接口通道。

3.3.6 环境监测子系统配置

    每个防火分区，安装5种气体传感器和一个温湿度传感器和一个水位传感器。

    气体传感器、温湿度传感器和水位传感器均采用420mA标准模拟量接口，统一接入PLC的AI通道。

 

3.3.7    传感器指标

气体传感器的关键参数如下表:

• Ø 氧气O2

参数项	指标值	备注
量程	030VOL
分辨率	0.1
测量精度	±2 F.S.
响应时间	20s

• Ø CO

参数项	指标值	备注
量程	01000ppm
分辨率	1ppm
测量精度	±2 F.S.
响应时间	20s

• Ø 二氧化碳CO2

参数项	指标值	备注
量程	05V/V
分辨率	0.1
测量精度	±2 F.S.
响应时间	20s

• Ø 甲烷CH4

参数项	指标值	备注
量程	0100LEL	可浓度百分比
分辨率	0.1
测量精度	±2F.S.
响应时间	20s

• Ø 硫化氢H2S

参数项	指标值	备注
量程	0500ppm
分辨率	0.1ppm
测量精度	±2 F.S.
响应时间	20s

 

3.4 安防子系统（略）

3.5  巡查子系统（略）

3.6DTS电缆测温子系统（略）

3.7运行电流/护层环监测子系统（略）

3.8火灾监测及消防联动系统（略）

 

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