摘要：基于在线监测系统和移动巡检设备对于电缆本体及通道环境状态感知具有互补性、交叉性和相关性的特点，文中提出一种在线监测系统与移动巡检系统相互协同的电力电缆及隧道状态感知方法，通过两者之间的双向协同策略，使其能够在宿主设备故障确认、融合分析和检测系统自检方面相互配合，有效提升电力电缆及隧道运维的智能化水平。
关键词：电力电缆及隧道；在线监测；移动巡检；双向协同；运行维护，徐伟强1，魏云冰2，路光辉1(1．许继集团有限公司，河南许昌461000；2．上海工程技术大学，上海201620)
0 引言
随着我国城镇化建设的深入推进，电力电缆已成为城市电力输送的主动脉，对整个城市的供电安全起到至关重要的作用。高压电力电缆安装在地下通道(管廊或隧道)中，其恶劣运行环境给人力巡检带来巨大的闲难。依靠人工运维不但工作量大、效率低，而且危险度高，尤其是电缆设备故障或通道环境异常时，现场工作的运检人员会有生命危险。而且，当前运维人员的增长速度远远跟不上电力电缆及隧道的增加速度，致使电力隧道运检工作面临巨大压力，电力设备安全运行存在隐患和风险。基于电力电缆及通道运行维护的特殊要求，在线监测系统和机器人巡检系统(即移动巡检系统)成为代替人T巡检的重要状态感知技术手段，不但能将人从危险繁杂的T作中解放出来，而且大大提升了运维效率。在目前电力电缆及通道运检中，在线监测系统(包含电力电缆本体在线监测装置、通道环境在线监测装置等设备)和机器人巡检系统应用越来越广，在一定程度上提升了运维水平，但是，在实际应用中仍存在以下问题：
(1)在线监测系统和机器人巡检系统相互独立，二者信息交互困难。在线监测系统和机器人巡检系统虽然对电力电缆本体和通道环境进行感知参量的类型、范围和时间不完全相同，但二者感知参量都是宿主设备运行工况的反映，存在许多交叉。目前产品设计和工程应用上二者感知参量没有统一建模，也没有建立直接的信息交互通道，造成反映同一宿主设备信息相对孤立，交互闲难。在线监测系统和机器人巡检系统对宿主设备关联信息的交互机制没有建立，在一定程度上影响到对设备状态的准确感知；
(2)在线监测系统和机器人巡检系统感知参量的融合诊断有待于深入。在线监测系统通过电力电缆及通道上安装的传感器进行设备参数检测。
侧重于设备内在特征参数采集；机器人巡检系统采用可见光图像、红外图像以及声音检测等手段进行巡检，侧重于设备外部可见特征参数采集。机器人巡检系统和在线监测系统彼此独立，各自根据自身采集信息进行设备状态的评估诊断，南于各自的检测手段和采集信息的孤立化，造成对设备状态评价不够全面和准确。此外，在线监测系统和机器人巡检系统感知协同性差，疑难故障分析和紧急事件处理能力不足。
本文提出一种在线监测系统与移动巡检系统相互协同的电力电缆及通道状态感知方法，用于解决在线监测系统和隧道巡检机器人系统交互困难、设备感知协同性差等问题，提升电力电缆及隧道运维管理的智能化水平。
l 方案阐述
在线监测系统与巡检机器人系统相互协同的电力电缆及通道状态感知方案包括：检测数据关联、检测设备行为关联和检测设备主体关联。
1．1 建立检测参量映射模型
建立基于宿主设备故障的检测参量映射模型，实现检测数据关联，即将反应同一类故障的在线监测采集参量和机器人移动巡检采集参量建立关联关系。例如电缆隧道中某个区域出现一定程度积水时，该部位附近安装的水浸传感器和机器人巡检到该部位的视频图像均可对此现象进行反应，来自在线监测的水浸传感器越限预警信号和来自移动巡检系统的积水图像都可作为电缆隧道积水问题的反应，这两个检测参量作为对同一设备同一故障／缺陷的反应而具备相关性，上述这些具备相互验证或补充的检测数据可以关联到故障的映射模型中。
1．2建立检测设备行为关联模型
建立状态检测设备(在线监测系统和机器人移动巡检设备)问的协同动作模型，协同动作模型中定义状态检测单元之问的协作行为(复查请求、复查响应、结果反馈、协作失败判定)。这里主要是指具备独立检测能力的设备或系统为实现故障或缺陷的准确识别而建立的协作服务，例如上例中在线监测系统基于水浸传感器越限预警信号发现积水后，召唤机器人巡检系统进行缺陷验证，就需要对两个系统问的交互方式进行约定，并基于该约定模型进行相关交互服务。
1．3 实现检测设备主体关联
首先根据检测参量映射模型中检测参量，明确状态感知系统中与宿主设备故障类型关联的参量检测主体(即状态检测单元设备)；其次根据检测设备行为关联模型中状态检测单元协同动作模型，确定在线监测装置和机器人移动巡检设备的协同动作模式。
基于在线监测系统和机器人移动巡检系统对于电缆本体／隧道环境感知具有互补性、交叉性和相关性的特点，建立两者的检测参量映射模型，根据模型中故障类型建立两者之间的关系，从而当在线监测系统检测到故障时，协调机器人移动巡检系统也配合进行相关检测，对在线监测系统的检测结果进行核实与判定；当移动巡检发现异常时，协调相应在线监测设备调整为关注状态，自动缩短监测周期或提高监测灵敏度，对异常状态进行校核和判断。本方案不仅能够有效对电缆设备或通道环境异常情况进行甄别，而且通过预警激活方式提升监护层次和缩短监测周期，提高电力电缆状态及通道环境的智能感知水平；另一方面，还可充分利用二者协同中的交互信息进行在线监测系统自身工作状态的自检，减少运维人员工作量。
2 应用实施
在线监测系统与机器人移动巡检系统相互协同的应用实施分为3个步骤。
2．1检测数据关联
进行检测数据关联，根据宿主设备故障类型进行检测数据关联，建立基于故障的检测参量映射模型，进而得到反映宿主设备同类故障的在线监测采集参量和移动巡检采集参量的关联关系。
建立的检测参量映射模型如图1所示，当电缆地线盗割事件发生后，在线监测系统会发出盗割报警信号，同时被盗割的护层电流会降到0值附近；而机器人巡检系统(即移动巡检系统)通过可见光图像可以观察到被盗割后的设备图像。上述检测参量都反映了电缆地线被盗割，因此，在线监测系统的防盗割告警、护层环流检测和机器人巡检图像可基于电缆地线盗割建立起关联关系，当某段电缆地线出现盗割现象(即故障类型为“盗割”)时，可通过映射的在线监测防盗割(在线监测参量)、护层环流(在线监测参量)和可见光视频(移动巡检参量)反映出来。
同样的，对于电力电缆本体某接头发热故障(即故障类型为“温度异常”)，与该故障相关的在线采集参量有：红外辐射检测图像(移动巡检参量)、分布式光纤电缆温度监测量(在线监测参量)、接头温度监测(在线监测参量)等。其中，红外辐射图像由巡检机器人定期采集，是问断性参量；分布式光纤电缆测温、电缆接头测温等由在线监测系统负责实时采集，为连续性参量。上述参量均从不同方面反映电力电缆本体接头发热，可作为电力电缆本体接头发热的采集参量。
2．2检测设备行为关联
建立在线监测系统和移动巡检系统(这里这两个系统可通称为状态检测设备)问的协同动作模型。协同动作模型中定义在线监测系统和移动巡检系统之间的协作行为，包括：复查请求、复查响应、结果反馈、协作失败判定等。
具体的协作行为模型如图2所示，当在线监测系统发现异常时，例如电力电缆地线被盗割时，通过在线监测监控系统向移动巡检系统发出复查请求，移动巡检系统首先给出响应回复，然后在设定时间段内完成复查，并将复查结果反馈给在线监测系统。当移动巡检系统发现异常时，例如该异常为红外测温越限时，向在线监测系统发出复查请求，在线监测系统首先给出响应回复，然后在设定时问段内完成复查，并将复查结果反馈给移动巡检系统。2．3检测设备主体关联
首先根据建立的检测参量映射模型，明确状态感知系统中执行宿主设备某一故障对应参量检测的动作主体，即状态检测设备；其次，根据状态检测设备的协同动作模型，确定协同动作模式。
当在线监测系统检测到故障时，向移动巡检系统发送协助请求，移动巡检系统响应协助请求，进行相应巡检检测，并将检测结果反馈给在线监测系统：若反馈的检测结果也为异常，则进行故障确认，对应的故障报警动作；若反馈的检测结果为正常，则检查在线监测系统的回路是否正常或动作阈值设置是否合理。
例如，对于#5分区内II回线电缆地线是否被盗割，该回线电缆本体的在线监测系统和移动巡检系统成为“盗割”状态检测关联的动作主体设备。基于图2的状态检测设备的协同动作模型，确定在线监测系统和移动巡检系统的协同动作模式。例如，当电力管廊#5分区的II回线电力电缆的在线监测系统检测到电缆地线被盗割信号时，可请求移动巡检系统中巡检机器人进行巡检复查，如果巡检机器人在设定时间内未回复确认，则认为可能是移动巡检系统工作异常，在线监测系统则给出“巡检系统无法协同”信号，同时经过长延时后给出“#5分区的II回线电力电缆被盗割”预警信号；如果巡检机器人回复确认，巡检机器人则结合当前巡检任务或在巡检任务完成后移动到#5分区拍摄II回线巡检视频图像并返回图像智能识别结果，在线监测系统根据巡检复查结果对该回电缆地线被盗割事件进行核实，如果确认则给出“#5分区的II回线电力电缆被盗割”的预警信号；如果确认没有发生盗割现象则返回“#5分区的II回线电力电缆正常”的信号给在线监测系统，在线监测系统则检查自身回路是否正常或相关动作阈值设置是否合理，上述流程见图3。
同样的，当巡检机器人在巡检中基于图像智能识别发现某回电缆的地线被盗割时，则要求在线监测系统给出该回电力电缆的地线电流和盗割开入等在线监测信息，用于复核盗割是否发生，如果在线监测系统无响应或者没有其监测数据表明设备处于正常状态，则给出在线监测系统异常信息，提示进行在线监测系统维护，其过程见图4。其中，若移动巡检系统向在线监测系统发出复查指令，在线监测系统无响应，可认为在线监测系统T作异常；如果移动巡检系统发现某个电缆设备或某段通道环境异常时，在线监测系统复查认为相应的电缆设备或环境正常，可能是在线监测系统传感回路异常或相关动作阈值设置过高，可认为在线监测系统工作异常；如果在线监测系统监测到某段电缆设备异常(如通过振动传感器信号分析认为电缆地线被盗割)，而机器人巡检通过图像确认该设备没有盗割情况发生，可能是在线监测系统传感回路异常或相关动作阈值设置不合理导致误报警，同样作为在线监测系统工作异常判据之一。
在线监测系统与移动巡检系统的检测结果有差异时，说明在线监测系统本身有异常，故此时通过检查自身回路是否正常或动作阈值设置是否合理来修正自身，以保证在线监测系统能够进行更为准确的检测。
为验证上述方案的可行性，在MCS一8510电力电缆及通道监控平台和MCS一8520管廊巡检机器人管理服务器上进行实施与验证，两个系统之间采用套接字Socket方式访问TCP／IP，实现相互访问，成功建立了相互协同的信息交互机制并完成相应功能。
使用socket进行通信的过程时，服务器端程序将一个套接字绑定到一个特定的端口，并通过此套接字等待和监听客户的连接请求；客户端程序根据服务器程序所在的主机名和端口号发出连接请求；如果一切正常，服务器接受连接请求。并获得一个新的绑定到不同的端口地址的套接字。客户端和服务器端通过读写套接字进行通信。
使用Serversocket和socket实现服务器和客户端的Socket通信流程为：建立Socket连接；获得输入／输出流；读／写数据；关闭输入／输出流；关闭Socket。Socket作为连接运行在网络上的两个程序问的双向通讯的端点，兼容unix系统、windows等操作系统，包含了目前工程应用中在线监测系统和机器人移动巡检系统的常用操作系统类型，T程实现简单方便。
3结束语
基于泛在电力物联网建设对电力电缆及隧道环境全面感知的需求，提出一种在线监测系统与机器人移动巡检系统相互协同的电力电缆状态及通道环境感知方法。该方法包括建立检测参量映射模型、建立检测设备行为关联模型、实现检测设备主体关联等步骤，能够在宿主设备故障确认、融合分析和检测系统自身状态方面相互配合，有效提升电力电缆及隧道运维的智能化水平。本文给出了协同方案在T程应用系统上的具体实现方法，适用于状态在线监测系统和机器人移动巡检系统的大部分操作系统类型，实现简单方便。
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作者简介：
徐伟强(1974)，男，本科，工程师，主要从事电力系统自动化工作。Email：xujixuweiqiang@163 com
魏云冰(1970一)，男，博士，教授，研究方向为电力系统自动化、智能运检等。Email：wei．yunbillg@sues．edu．cn
路光辉(1968一)，男，硕士，教授级高级T程师，主要从事电力系统自动化、高压设备状态监测及故障诊断工作。Email：luguanghui318@163．com
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