CN104391213A - 水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力技术领域。水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，包括一监控水下电缆线路通断的监测系统，监测系统包括至少三个监测水下电缆不同部位线路导通状态的无线传感器，无线传感器内设有身份识别的特征数据；无线传感器包括电压传感元件，微型处理器系统和通讯模块，电压传感元件连接微型处理器系统，微型处理器系统连接通讯模块；通讯模块的传输介质为超声波信号。本发明通过将通讯信号设置为超声波信号，超声波信号传输距离更远，更可靠，改良了传统传输距离短的局限性。

Description

水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及电缆。

背景技术

传统水下电缆铺设好后，难免会因为地形变化，或者其他外力，产生拉扯，因而断裂。传统电缆一经断裂就无法维持电力供应，或者信号通信。

现有技术条件下，当电力线路发生相间短路或小电流单相接地故障时，由于配水下电缆路支线众多，变电站内装的继电保护装置只能告知某开关所辖线路发生了故障，无法得知具体故障点，需要工作人员去现场勘查才能得知故障点，具体故障点不能及时发现，是电力系统早就存在的一个难题。

此外，传统的水下电缆在进行通讯时，水下无线信号不能长距离传输，容易导致信号传输的距离的局限，信号传输时，易导致不可靠。

发明内容

本发明的目的在于提供水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，以解决传统电缆在水下通讯时，由于无线信号无法进行长距离传输，导致信号传输可靠性差的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，包括监控水下电缆线路通断的监测系统，所述监测系统包括至少三个监测水下电缆不同部位线路导通状态的无线传感器，所述无线传感器内设有身份识别的特征数据；

所述无线传感器包括电压传感元件，微型处理器系统、通讯模块，所述电压传感元件连接所述微型处理器系统，所述微型处理器系统连接所述通讯模块；

所述通讯模块的传输介质为超声波信号。

本发明通过将通讯信号设置为超声波信号，超声波信号传输距离更远，更可靠，改良了传统传输距离短的局限性。当无线传感器感知到的信号超出阈值的信号时，微型处理器系统给予信号给通讯模块，向外发射信号，无线传感器内设有身份识别的特征数据，通讯模块除了向外传输无线传感器的检测信号外，还将身份识别的特征数据向外传输，便于定位。

所述通信模块包括超声波发射机构、超声波接收机构。以便于完成超声波信号发射和超声波信号接收。

所述至少三个无线传感器的任意一个所述无线传感器在受到触发时，发出特征数据，与受触发无线传感器邻近的另一无线传感器收到特征数据，对特征数据进行加一形成新的数据，然后再次发出，下一个接收到数据的无线传感器加一后再次发出，直至被服务器接收。

本发明通过这种接力式传递的方式，从而进一步提高了超声波信号的传输距离。因为受触发无线传感器向外发送特征数据时，可能被相邻的多个无线传感器接收，因此一次触发可能造成服务器收到几个不同的数据。服务器将最小的数据视为有效，其他视为无效。

所述至少三个无线传感器相邻的任意两个的无线传感器的间距相等。

根据被执行加法的次数，确定首次受触发的无线传感器与服务器间的距离。进而实现精确位置判断。各个无线传感器不必各自编写特征数据，安装时各个无线传感器完全等价，无需分别。大大降低了施工难度。所述无线传感器内存有的特征数据也一致。

所述至少三个无线传感器相邻的任意两个的无线传感器的间距差值大于或等于1m。便于对首次触发的无线传感器的定位。

所述无线传感器设有自供电系统，所述自供电系统包括磁感应线圈、磁芯，所述磁感应线圈缠绕在所述磁芯上，所述磁芯中部设有穿线孔，所述磁芯套设在水下电缆径向外围；

所述磁感应线圈的信号输出端通过电源电路连接蓄电模块，所述蓄电模块连接所述无线传感器的电源输入端，所述无线传感器的电源输入端位于所述微型处理器系统上；

所述磁感应线圈的信号输出端连接所述电压传感元件的信号输入端。

本发明通过设有自供电系统的无线传感器，从而实现在监测线路通断的前提下，还可以自供电的效果。使用中，可以将通有交变电流的水下电缆，如市电水下电缆、高压水下电缆，穿过所述无线传感器的磁芯，感应线圈感生出感生电流，通过信号输出端感知水下电缆的通断，并将感生电流传输给电源电路，电源电路对感生电流进行调整后传输给所述蓄电模块，进行电能存储，并且给电压提供电能。本发明无需外接电源，也无需连接高压线路。

所述磁芯优选环形软磁磁芯。

所述水下电缆设有与所述无线传感器个数相匹配的易断点，所述无线传感器用于监测所述易断点的线路通断状态；

所述水下电缆设有易断点处的外径小于所述水下电缆未设易断点处的外径。

传统的水下电缆由于安装位置的不定性，无法预知评判断裂处，本发明通过调整水下电缆的外径大小，水下电缆的外径粗细分布，以细处为易断点处，当易断点处周边经受到外力作用，易断点处断裂，从而实现了水下电缆断点可控性。

作为一种优选方案，所述水下电缆还设有修复材料包，所述修复材料包位于所述易断点设置处，所述修复材料包包括焊接用材料和包裹层，在所述易断点处，所述水下电缆的径向上从内之外依次设有所述易断点，所述焊接用材料、所述包裹层；

所述易断点断裂时，所述焊接用材料熔融连接所述易断点。

在易断点设置修复材料包，断裂后，易断点处的电阻加大，因电阻的加大导致发热升温，从而熔融焊接用材料，对易断点进行连接修复。因为水具有降温作用，这种熔融再塑造的方式适合水下电缆，防断裂，维持电力供应，或者信号通信，提高了传统水下电缆的工作稳定性。

所述焊接用材料包括焊锡颗粒、铜颗粒。本发明通过焊锡颗粒从而实现断裂时的熔融连接性，通过铜颗粒从而提高连接处的导电性。

所述修复材料包的修复使用次数大于或等于两次。焊锡颗粒和铜颗粒并非一次用光，本发明并非为一次修复型，在水下电缆再次产生扯断时，可以再次进行修复。

所述包裹层是一弹性耐高温材料。本发明通过包裹层的弹性耐高温性，从而防止焊接用材料熔融时，对包裹层的损伤，此外，本发明将包裹层选取为有弹性的，从而保证包裹层对焊接用材料的紧密包裹性，此外，可以有效的保证断裂时焊接用材料熔融运动的可调性。但因水下温度低，可以迅速降温，对耐高温材料要求较低，也不会产生火灾。

作为另一种优选方案，所述水下电缆还设有冗余段，所述冗余段位于所述易断点处；

所述易断点断裂时，所述易断点不导通，所述冗余段导通。

本发明通过在传统水下电缆上设置易断点，在易断点设置冗余段，断裂后，冗余段自动接入，维持电力供应，或者信号通信，提高了传统电力电缆的工作稳定性。

所述冗余段是一金属导体，所述金属导体的一端连接所述易断点的前端部，所述金属导体的另一端连接所述易断点的后端部，所述水下电缆的电力导通方向为从前至后；

所述金属导体的长度大于所述易断点的长度。

从而保证水下电缆可以接受一定程度的拉伸延长，维持正常工作。

优选为，所述金属导体的长度不大于所述易断点的长度的5％。

所述水下电缆可以接受原长度5％拉伸延长，而维持正常工作。在实际应用中，电力电缆的拉伸情况往往不会超过5％，而且，如若将金属导体的长度设置的过长，金属导体的支撑力会明显下降，无法实现冗余的效果。

所述冗余段是一弹簧状金属导体，所述弹簧状金属导体的弹性变形方向为前后方向。

本发明通过弹簧状金属导体的弹性形变从而实现水下电缆一定程度的拉伸延长，维持正常工作。

附图说明

图1为本发明无线传感器的电路框图；

图2为本发明的一种局部结构示意图；

图3为本发明的一种局部结构示意图；

图4为本发明的相邻无线传感器的一种通讯关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、图2、图3、图4，水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，包括监控水下电缆线路通断的监测系统，监测系统包括至少三个监测水下电缆不同部位线路导通状态的无线传感器9，无线传感器9内设有身份识别的特征数据；无线传感器9包括电压传感元件3，微型处理器系统4和通讯模块5，所述电压传感元件3连接微型处理器系统4，微型处理器系统4连接通讯模块5。通讯模块5的传输介质为超声波信号。

本发明通过将通讯信号设置为超声波信号，超声波信号传输距离更远，更可靠，改良了传统传输距离短的局限性。当无线传感器9感知到的信号超出阈值的信号时，微型处理器系统4给予信号给通讯模块5，向外发射信号，无线传感器9内设有身份识别的特征数据，通讯模块5除了向外传输无线传感器9的检测信号外，还将身份识别的特征数据向外传输，便于定位。

通信模块包括超声波发射机构和超声波接收机构。以便于完成超声波信号发射和超声波信号接收。无线传感器9设有自供电系统，自供电系统包括磁感应线圈1和磁芯，磁感应线圈1缠绕在磁芯上，磁芯中部设有穿线孔，磁芯套设在水下电缆径向外围。磁感应线圈1的信号输出端通过一个电源电路连接蓄电模块2，蓄电模块2连接无线传感器9的电源输入端，无线传感器9的电源输入端位于微型处理器系统4上。磁感应线圈1的信号输出端连接电压传感元件3的信号输入端。

本发明通过设有自供电系统的无线传感器9，从而实现在监测线路通断的前提下，还可以自供电的效果。使用中，可以将通有交变电流的水下电缆，如市电水下电缆、高压水下电缆，穿过无线传感器9的磁芯，感应线圈1感生出感生电流，通过信号输出端感知水下电缆的通断，并将感生电流传输给电源电路，电源电路对感生电流进行调整后传输给蓄电模块2，进行电能存储，并且给电压提供电能。本发明无需外接电源，也无需连接高压线路。磁芯优选环形软磁磁芯。

参见图4，至少三个无线传感器9的任意一个无线传感器9在受到触发时，发出特征数据，与受触发无线传感器9邻近的另一个无线传感器9收到特征数据，对特征数据进行加一形成新的数据，然后再次发出，下一个接收到数据的无线传感器9加一后再次发出，直至被服务器10接收。

本发明通过这种接力式传递的方式，从而进一步提高了超声波信号的传输距离。因为受触发无线传感器9向外发送特征数据时，可能被相邻的多个无线传感器9接收，因此一次触发可能造成服务器10收到几个不同的数据。服务器10将最小的数据视为有效，其他视为无效。至少三个无线传感器9相邻的任意两个的无线传感器9的间距相等。根据被执行加法的次数，确定首次受触发的无线传感器9与服务器10间的距离。进而实现精确位置判断。各个无线传感器9不必各自编写特征数据，安装时各个无线传感器9完全等价，无需分别。大大降低了施工难度。无线传感器9内存有的特征数据也一致。至少三个无线传感器9相邻的任意两个的无线传感器9的间距差值大于或等于1m。便于对首次触发的无线传感器9的定位。特征数据包括一静态数据部、一动态数据部，静态数据部用于标识无线传感器，动态数据部用于特征数据在传送过程中的数据叠加。

服务器内设有静态数据库，静态数据库内存储有水下电缆的标准工作条件下的电压信息。服务器内还设有动态数据库，动态数据库实时更新接收到的无线传感器检测到的水下电缆电压信息。微型处理器系统连接时钟模块，超声波发射机构定时向外发射信号。便于服务器进行实时监控，以及动态数据库的实时更新，便于人员了解不同工作时间段，不同工作情况下，水下电缆的具体工作状态。不单单是在无线传感器的检测数值超过规定范围，而触发超声波发射机构发送报警信号给服务器。服务器设有故障模式静态数据库，静态数据库内存储有电压传感器发送的不同的故障模式及与其相对应的电信号的数值范围，不同的故障模式及与其相对应的电信号的数值范围构成判断规则。这里的电信号可以是电压、电流、PWM、频率等电信号形式。故障模式是故障的表现形式，不同的故障模式下电压传感器检测到的电信号有不同的表现形式或数值范围。便于对不同的故障模式进行识别。服务器内设有动态数据库，服务器内设有智能控制模块，智能控制模块对电压传感器检测的各电压范围内的异常电信号及其故障表现形式进行记录，并存入动态数据库，动态数据库在使用过程中得以扩展，构成具有自主学习模式的动态数据库。智能控制模块依据动态数据库内不断学习得到的判断规则对电压传感器输出的电信号进行分析，区分电压变化现象，控制水下电缆的工作状态，使水下电缆始终在正常电压范围内工作，不会损坏。这里的电信号可以是电压、电流、PWM、频率等电信号形式。

参见图2、图3，水下电缆设有与无线传感器9个数相匹配的易断点6，无线传感器9用于监测易断点6的线路通断状态；水下电缆设有易断点6处的外径小于水下电缆不设有易断点6处的外径。传统的水下电缆由于安装位置的不定性，无法预知评判断裂处，本发明通过调整水下电缆的外径大小，水下电缆的外径粗细分布，以细处为易断点6处，当易断点6处周边经受到外力作用，易断点6处断裂，从而实现了水下电缆断点可控性。

参见图3，作为一种优选方案，水下电缆还设有修复材料包8，修复材料包8位于易断点6设置处，修复材料包8包括一焊接用材料、一包裹层，在易断点6处，水下电缆的径向上从内之外依次设有易断点6，焊接用材料、包裹层；易断点6断裂时，焊接用材料熔融连接易断点6。在易断点6设置修复材料包8，断裂后，易断点6处的电阻加大，因电阻的加大导致发热升温，从而熔融焊接用材料，对易断点6进行连接修复。因为水具有降温作用，这种熔融再塑造的方式适合水下电缆，防断裂，维持电力供应，或者信号通信，提高了传统水下电缆的工作稳定性。焊接用材料包括焊锡颗粒、铜颗粒。本发明通过焊锡颗粒从而实现断裂时的熔融连接性，通过铜颗粒从而提高连接处的导电性。修复材料包8的修复使用次数大于或等于两次。焊锡颗粒和铜颗粒并非一次用光，本发明并非为一次修复型，在水下电缆再次产生扯断时，可以再次进行修复。包裹层是一弹性耐高温材料。本发明通过包裹层的弹性耐高温性，从而防止焊接用材料熔融时，对包裹层的损伤，此外，本发明将包裹层选取为有弹性的，从而保证包裹层对焊接用材料的紧密包裹性，此外，可以有效的保证断裂时焊接用材料熔融运动的可调性。但因水下温度低，可以迅速降温，对耐高温材料要求较低，也不会产生火灾。

参见图2，作为另一种优选方案，水下电缆还设有冗余段7，冗余段7位于易断点6处；易断点6断裂时，易断点6不导通，冗余段7导通。本发明通过在传统水下电缆上设置易断点6，在易断点6设置冗余段7，断裂后，冗余段7自动接入，维持电力供应，或者信号通信，提高了传统电力电缆的工作稳定性。冗余段7是一金属导体，金属导体的一端连接易断点6的前端部，金属导体的另一端连接易断点6的后端部，水下电缆的电力导通方向为从前至后；金属导体的长度大于易断点6的长度。从而保证水下电缆可以接受一定程度的拉伸延长，维持正常工作。优选为，金属导体的长度不大于易断点6的长度的5％。水下电缆可以接受原长度5％拉伸延长，而维持正常工作。在实际应用中，电力电缆的拉伸情况往往不会超过5％，而且，如若将金属导体的长度设置的过长，金属导体的支撑力会明显下降，无法实现冗余的效果。冗余段7是一弹簧状金属导体，弹簧状金属导体的弹性变形方向为前后方向。本发明通过弹簧状金属导体的弹性形变从而实现水下电缆一定程度的拉伸延长，维持正常工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，其特征在于，包括监控水下电缆线路通断的监测系统，所述监测系统包括至少三个监测水下电缆不同部位线路导通状态的无线传感器，所述无线传感器内设有身份识别的特征数据；

所述无线传感器包括电压传感元件，微型处理器系统和通讯模块，所述电压传感元件连接所述微型处理器系统，所述微型处理器系统连接所述通讯模块；

所述通讯模块的传输介质为超声波信号。

2.根据权利要求1所述的水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，其特征在于：所述通信模块包括超声波发射机构和超声波接收机构。

3.根据权利要求1所述的水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，其特征在于：所述至少三个无线传感器的任意一个所述无线传感器在受到触发时，发出特征数据，与受触发无线传感器邻近的另一无线传感器收到特征数据，对特征数据进行加一形成新的数据，然后再次发出，下一个接收到数据的无线传感器加一后再次发出，直至被服务器接收。

4.根据权利要求3所述的水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，其特征在于：所述至少三个无线传感器相邻的任意两个的无线传感器的间距相等；

所述至少三个无线传感器内存有的特征数据一致。

5.根据权利要求3所述的水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，其特征在于：所述至少三个无线传感器相邻的任意两个的无线传感器的间距差值大于或等于1m。

6.根据权利要求1所述的水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，其特征在于：所述无线传感器设有自供电系统，所述自供电系统包括磁感应线圈和磁芯，所述磁感应线圈缠绕在所述磁芯上，所述磁芯中部设有穿线孔，所述磁芯套设在水下电缆径向外围；

所述磁感应线圈的信号输出端通过电源电路连接蓄电模块，所述蓄电模块连接所述无线传感器的电源输入端，所述无线传感器的电源输入端位于所述微型处理器系统上；

所述磁感应线圈的信号输出端连接所述电压传感元件的信号输入端。

7.根据权利要求1所述的水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，其特征在于：所述水下电缆设有与所述无线传感器个数相匹配的易断点，所述无线传感器用于监测所述易断点的线路通断状态；

所述水下电缆设有易断点处的外径小于所述水下电缆未设易断点处的外径。

8.根据权利要求7所述的水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，其特征在于：所述水下电缆还设有修复材料包，所述修复材料包位于所述易断点设置处，所述修复材料包包括焊接用材料、包裹层，在所述易断点处，所述水下电缆的径向上从内之外依次设有所述易断点，所述焊接用材料、所述包裹层；

所述易断点断裂时，所述焊接用材料熔融连接所述易断点。

9.根据权利要求7所述的水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，其特征在于：所述水下电缆还设有冗余段，所述冗余段位于所述易断点处；

所述易断点断裂时，所述易断点不导通，所述冗余段导通。

10.根据权利要求9所述的水下电缆超声波通信精准定位适时监测系统，其特征在于：所述冗余段是金属导体，所述金属导体的一端连接所述易断点的前端部，所述金属导体的另一端连接所述易断点的后端部，所述水下电缆的电力导通方向为从前至后；

所述金属导体的长度大于所述易断点的长度。