国网鹤壁供电公司 河南省鹤壁市 458030
摘要:随着变电站基础设施建设不断加快，变电站改、扩、建工程增多，特别是早期敷设的电力光缆，往往存在竣工资料不全、或线路动迁而没有及时修正记录标识等问题，且施工人员对于光缆保护意识差，由此造成光缆被外力破坏时有发生，造成严重的通信事故。为解决人工定期巡视不能主动运维地埋光缆受外力破坏的问题，采用基于声源识别定位技术的“双声动”管理方法，实现光缆受损的开挖活动的声指纹进行实时检测和预警。在光缆被外力破坏前及时预警，实现变电站地埋管理从人工被动化运维到主动化运维的转变。该技术实践性强，效果明显，具有广阔的推广应用前景。
一、变电站地埋光缆智能运维概述
公司积极探索物联网技术实现对通信光缆自动化、主动式的运维，通过物联网技术研制地埋通信光缆防外力破坏装置，应用于无人值守变电站通信光缆运维管理，提升光缆运行的效率。
管理目标：探索建立通信光缆运行状态智能化监测、自动化预警、主动式运维模式。
技术目标：针对不同的施工器具，实现较为精确的识别距离和精度，以及较短的预警响应时间。
二、四阵列声源定位技术原理及管理创新
针对通信光缆运行监测和检修存在的问题，以先进的物联技术为基础，基于声源识别定位新技术，采用“双声动”管理方法，提升变电站地埋光缆智能运维能力，同时探索新的终端通信网管理模式，提升光缆运维效率。
1、科技水平创新，声“指纹”监测
开展基于声阵列技术的变电站地埋光缆防外破的研究，利用高灵敏度振动传感器对施工声音可能造成地埋光缆遭受破坏的开挖活动的声指纹进行实时检测和预警，同时开展基于云台的视频和语音喊话系统，终止外力破坏。
（1）声“指纹”库
选取土建施工场地，对试验场地和环境进行勘察，采集打桩机、破碎锤、挖掘机、切割机，手持风镐在非常安静的环境下的单独作业的声指纹，同时采集打桩机、破碎锤、挖掘机、切割机，手持风镐在环境噪声较大的环境下的声指纹，建立打桩机、破碎锤、挖掘机、切割机，手持风镐五类施工机械的声指纹。将声指纹利用倒谱法计算出基音周期参数，通过Mel滤波器组将小波系数转换成Mel倒谱系数（MFCC），将得出的两种参数组成一个特征矢量作为声纹特征，每种外力破坏分别建立独特特征指纹库。
（2）两定位
a.振动源识别定位
运用高灵敏度振动传感器安装在光缆路径上，通过高灵敏度振动传感器可以检测振动信号，传感器检测到声音信号，利用正交小波滤波器组来对信号进行预滤波，对语言信号的每个频率段进行细粒度去噪，提取出各频段小波系数，重构出语音信号，计算出该信号的特征矢量序列，与声纹特征库进行对比计算每个似然函数，确定声纹类型。
表1 四阵列声源定位技术识别性能
图1 声传感器阵列
（3）两联动
a.摄像头联动定位
当声阵列模块或者振动传感器模块检测到地下光缆范围内有非法开挖后，上位机监测平台立即联动视频监测模将云台摄像头转向报警处，现场监测画面上传至监测平台，并由单独窗口弹出现场视频监测界面，帮助管理人员对现场非法开挖破坏的进一步确认。
b.远程联动喊话
当值班人员通过视频监测界面确认开挖破坏处有地埋光缆，将开始联动远程语音喊话功能，进行现场喊停，有光缆专业运维人员到现场协助施工。
2、管理模式转变，开启智能管理
通过物联网技术成功研制出地埋通信光缆防外力破坏装置，该装置采用太阳能供电方式，可实现装置的供电，实现地埋通信光缆运行状态在线监测。
（1）光缆在线监测
基于多传感器多参量协同感知技术，实现了光缆运行环境和运行状态的在线监测，为光缆运行在线分析、实时告警、运行管理、故障预警等业务提供支撑，提高了通信光缆运行管理水平。
（2）光缆状态管理
系统上线运行后，提供的光缆运行状态监测和故障预警为光缆运行状态管理提供基础支撑，实现了光缆运行精益化管理，提高了光缆安全运行水平。
（3）光缆主动运维
依托物联网应用系统在线监测、状态管理等模块提供的数据作为支撑，对变电站改、扩、建工程的开展光缆运行主动运维，提前预判光缆运行风险，及时解决光缆运行风险，探索光缆主动运维的模式，保证了光缆健康运行。
（4）建立机制，规范运维
成立了信通专业一体化的运维机制，解决系统运行维护中存在的问题，保障系统稳定运行。针对系统日常运行、使用、维护等情况，严格执行周通报和月分析制度，及时消除系统预警事件，督促系统深化应用，确保系统功能可用，实用。
三、评估与改进
1、评估
对基于物联网技术的变电站通信光缆智能化监测采用“真型测试”方法，使用不同的工器具进行实时检测，达到了预期的管理目标和技术目标，推动通信光缆运维模式的改变，探索建立了自动化、主动式的通信光缆运维模式，有效保证了变电站通信光缆可靠运行，提升了通信光缆运行效率。
表2 四阵列技术试验参数
2、改进
需要进一步提高系统对于地埋通信光缆防外力破坏监测单元识别距离，将手持电动稿、切割机、挖掘机、液压冲击锤等外力破坏设备的识别距离提高到方圆300米，用一台设备覆盖不同电压等级的变电站地埋通信光缆的实时监测。开发手机APP监测软件，方便班组移动实时监测。
四、推广应用可行性分析
系统采用声源定位技术，实现了光缆外破点的定位监测，采用摄像头和喊声模块的结合，实现了光缆外破前的预警提醒和破坏行为的提前制止。
1、适用范围广
先从变电站地埋光缆防外破装置的研究，再开展公共场所及特殊区域的光缆防外破改进应用，使得研发出的装置具备变电站及公共场所及特殊区域光缆防外破监测的功能，后期还将开展架空光缆、地埋电缆、管道、等通道防外破预警。
2、重复利用易
该装置采用太阳能板供电，底部采用原板水泥固定，通信采用电力专网（电力光纤网和无线专网），多传感器和收发器于一体，使得该装置可以重复多次应用于施工场所，且具有易安装、易维护、可复用、高性能等特点。
五、总结
近年来变电站地埋通信光缆基数较大，每年新增光缆多，通信光缆被外力破坏事故时有发生，依靠老旧的人工巡检方式已经不满足运维要求，须利用智能化的管理方式来管理数量庞大地埋通信光缆。正是针对这个问题，以物联网技术为基础，实现自动化监测、预警的地埋通信光缆外力破坏情况，避免光缆的外力破坏。减轻一线巡检人员的工作负担，提升通信巡视工作效率。实现通信光缆智
论文作者:薛晨旭,李晓,徐亚伟,梁夏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/14
标签：光缆论文; 变电站论文; 通信论文; 声源论文; 外力论文; 技术论文; 指纹论文; 《防护工程》2018年第20期论文;