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摘要：针对近年来城市经济的快速发展，工业园区的大量兴起，交通设施、市政建设等施工力度的不断加大，作业人员的电力安全意识淡薄，盲目施工现象频发，外破隐患点急剧增长，城区电力电缆、电力管道光缆频频遭人工挖掘、机械挖掘，严重危害电网安全稳定。虽然国家先后出台了《电力法》、《电力设施保护条例》等法规，但外力破坏管道光缆的情况依旧频繁发生，逐渐成为全国各大城市、各大电网面临的共同难题，各地区电力部门亟需一种对管道光缆外力破坏进行提前防御的智能预警系统。
关键词：城区施工；电力；管道光缆；外力破坏；解决对策；预警系统
引言
现阶段，尚没有完善的监测手段可以对城区内电力电缆、电力管道光缆进行实时监控，只能依靠与市政部门的提前沟通，了解城区范围内挖掘、钻孔等外破作业地点，再加上电力运维人员对电力电缆、电力管道光缆线路的不间断巡视，能够在一定程度上减少外力破坏电力电缆、电力管道光缆的现象发生。但是，人巡不能24小时监控，存在巡检时段空白，且运维措施单一，管理手段零散，弊端突出，收效甚微，依然存在众多施工作业人员在非计划的情况下破坏电力电缆、电力管道光缆的情况，对电网的稳定运行造成极大威胁。如何有效防止城区施工作业过程中靠近电力管道，减少由此引发的不必要的光缆外破事故，是电力行业和政府相关部门共同关注的问题。
1 现状调查与分析
1.1 调查一：电力电缆外力破坏事件
电力电缆多敷设在电力管道或直埋与地下，一旦出现外破事故，将会造成大面积停电和人员伤亡事故，电力电缆外破多为人为因素所致，例如地下管网附近工作的路面冲击开挖、挖掘机以及盲目施工。近些年来，外力破坏对电力电缆得损伤事件时有发生。
1.2 调查二：各类施工频繁引发电力管道光缆外破事件
电力通信网业务有其自身特点，一条光缆上常常承载着多条通信、信息、自动化及继电保护业务。一旦出现外破事故，将会对多种业务的正常运行造成影响。据调查，城区范围内的电力电缆、电力管道光缆损坏事故，多为人为因素所致，例如地下管网附近工作的路面冲击压实机、挖掘机以及盲目施工。近些年来，第三方破坏对电力行业电力电缆、电力管道光缆损坏的“贡献率”高达70%，随后依次是腐蚀、管材质量、施工质量和突发性自然灾害。
1.3 调查三：城区市政施工监管困难
根据统计，在电力电缆、电力管道光缆外力破坏故障中，由于挖掘机等大型机械设备在施工中挖断光缆管道已成为外力破坏的主要因素，根本原因为施工作业人员电力知识匮乏，为赶工期而逃避审批、擅自施工，在市政部门处备案不完备，使巡视人员难以防范。
2 项目原理
2.1 分布式光纤振动传感技术
分布式光纤振动传感技术，是利用光纤作为传感元件，将“传”和“感”合为一体，传感光纤在外界物理因素（如运动、振动和压力）的作用下，改变光纤中的光纤相位，从而对外界参数进行检测，具体来说是当外界的振动作用于光缆时，引起光缆中纤芯发生形变，使纤芯折射率与长度发生变化，导致光缆中光的相位发生变化。相位敏感光时域反射计技术是利用光在光纤中传输时的背向瑞利散射光，当外界存在振动时，向后传输的瑞利散射光的相位变化为光强变化，再经光电转换和信号处理之后，进入计算机进行数据分析。
光纤传感技术利用光波在光纤中传输时相位、偏振等对振动敏感的特性，能够对光纤沿线外界扰动进行分布式感知和精确定位，就像人的感知神经系统一样可以全方位连续监测，在传感探测距离、事件精确定位、隐蔽性、环境适应性等方面具有不可替代的优势。
2.2 系统结构设计
基于光纤传感技术的电力线缆防外破安全预警系统是利用电力通信光缆与电力电缆同路径敷设得有利条件，通信光纤实时监测外界干扰的安全预警系统，能够自动捕捉光缆管道因外力造成的非正常微小抖动，根据大数据分析结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点，同时通过建立光缆线路环境特征参数数据模型和告警监测阈值模型，降低监测告警的误告率，从而及时发现并预警各种可能外力破坏，在外力危及光缆管道前进行预警，为电力通信部门提供足够时间采取防控措施。
基于光纤传感技术的电力线缆防外破安全预警系统主要由探测光纤、分布式光纤振动传感器和监测主机等组成（见图2）。探测光纤为现场传感单元，主要负责对振东的感知，可以对沿光纤传输路径上长达数十千米的振动信号进行测量；分布式光纤振动传感器主机放置于电缆线路一端的监控室中，接受探测光纤的检测数据，并进行系统配置、数据分析、处理、保存；监测主机为PC机，运行计算和监测进程，定制友好人机界面，提供监测视图，显示告警信息和报警位置，并生成相应报告，日志管理功能等，所采集到的信号可通过通信网络传送至监控中心或被远程访问。
图2 电力线缆防外破安全预警系统结构示意图
2.3 系统功能特性
基于光纤传感技术的电力线缆防外破安全预警系统是一种对威胁电力管道设施安全的突发事件进行监控和警报的现代防御体系，为了提取出所需要的第三方事件的振动信号，如机械挖掘、管道打孔等行为，系统采用多重模式识别的方法，不同的振动在系统中表现出不同瀑布特性，只要对光缆管道的第三方事件建立足够的振动信号数据样本，可区分不同类别入侵事件，消除环境干扰，并根据用户对危险事件的定义来确定系统所监测到的振动是否需要报警。优势在于利用通信光缆对光缆管道提供连续、实时监控，根据光缆受外力抖动情况，判定为有效事件后，在第三方破坏接触到管道之前即可发出预警，并准确定位外破施工位置，电力运维人员可根据告警信息即刻赶到施工现场进行协调，同时有效避免外力破坏通信光缆的现象发生。
3 系统实施效果说明
基于光纤传感技术的电力线缆防外破安全预警系统在实际应用中有如下优势：
（1）检测范围广。防外破安全预警系统可有效监测多种不同类型第三方干扰：手工工具的挖掘、重型机械作业、水平或垂直钻孔、农业活动（犁地等）、地面或地下爆炸、因洪水、滑坡、地震、泥石流、冰川运动等因素引起的大地移动；
（2）监控距离长、精度高。防外破安全预警系统具有事先告警、事件识别、外破定位功能，控制器对光缆的监测长度达60公里，定位精度±50米；
（3）易操作、易维护，灵敏度高、误报率低。防外破安全预警系统运行稳定，无需进行日常维护，利用被监测光缆实现分布式传感，事件检测有效率大于95%，不受温度和天气改变的影响，可在土、沙地、粘土、草地、砂砾环境中达到同样的工作效果；
（4）抗干扰能力强、性价比高。防外破安全预警系统采用无损监测工作原理，监测事故不需要破坏光缆，仅利用光缆空余纤芯实现传感和定位，安全性高，不受射频、电磁波的影响。
4 结论
基于光纤传感技术的电力线缆防外破安全预警系统是利用电力通信光纤实时监测外界干扰的安全预警系统，能够自动捕捉光缆管道因外力造成的非正常微小抖动，智能判定事件的有效性，从而及时发现并预警各种可能外力破坏，在外力危及光缆管道前进行预警，为电力通信部门提供足够时间采取防控措施，从根本上解决了施工车辆作业过程中靠近光缆管道引发的不必要的光缆外破事故，达到保障施工车辆操作人员工作安全、提升电网运行可靠性的目的。
参考文献：
[1]光纤通信技术 武汉大学出版社 王加强 2007.8
[2]光纤通信技术与设备 机械工业出版社 段智文 2015.8
[3]光纤通信系统（第四版）[Fiber-Optic Communication Systems，Fourth Edition]电子工业出版社[美]Govind P.Agrawal（G.P.阿戈沃）著；贾东方，忻向军 译 2016.2
论文作者:王伟,冷小洁,赵慧群,卢媛,张睿,荣俊兴,杨禹太
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/3
标签：光缆论文; 光纤论文; 管道论文; 电力论文; 外力论文; 预警系统论文; 电力电缆论文; 《基层建设》2017年第21期论文;