CN105353266A - 地下电缆故障监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

地下电缆故障监测系统包括机器人、电缆标示桩和上位机，电缆标示桩包括立柱、太阳能电池板、锂电池、单片机、GPS定位模块、无线供电装置、数据中转装置和射频感应装置，GPRS无线收发模块与上位机通信连接；机器人还包括用于接收所述无线供电装置的电能无线接收装置，与所述数据中转装置的第一无线数据收发模块匹配的第二无线数据收发模块，以及与所述射频感应装置配合的射频卡；上位机包括用于展示电缆位置的地图。本发明充分开发电缆标示桩，使其将供电、数据转发、地理位置定位、警示灯等多功能集合与一身，能为机器人不间断提供电能，且能准确定位电缆故障位置。

Description

地下电缆故障监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及一种地下电缆故障监测系统及监测方法。

背景技术

为了铺设方便和不影响地面上方空间，地下线缆已经逐步代替架空线成为电力传输线的主要铺设方式。地线线缆一般铺设在电缆隧道或电缆管道中，个别地段有积水，还有像老鼠一类的小动物，这样就很容易造成电缆受腐蚀、啃噬、通风不良而降低电缆的绝缘性能，另外电缆线路长期过负荷也会造成电缆绝缘性能的降低，当电缆的绝缘性能降低到一定程度时就很容易出现故障。

目前，多数地下线缆故障采用人工手持检测设备进行检测，很少利用机器人进行检测。其主要原因是机器人供电不方便，不能将机器人置于电缆隧道或电缆管道中进行长期监测。如授权公告号为CN101576600B的中国发明专利公开了一种自行走地下电缆故障检测智能仪，它采用机器人承载电缆故障检测设备进行检测，但是，该装置仍然没有解决机器人供电问题，因此不能使机器人一直在电缆隧道或电缆管道中工作。而且，该智能检测仪采用无线模块可以直接与地面上的上位机进行数据传输，但由于机器人在地下工作，数据并不能被传送到远方的监控中心的上位机，因此监控中心管理人员不能随时掌握故障动态。

而且，现在地下电缆故障后，抢修人员往往是在故障地区进行拉网式检测，不仅需要大量劳动力，而且浪费大量时间，给用电用户造成较大经济损失。

考虑到现在对地下电缆进行标示的电缆标示桩设置比较密集，而且均采用一根石柱而无其他作用，因此，可以充分开发电缆标示桩，使其具有供电、数据传输、地理定位等功能，与机器人形成一个电缆故障监测系统。

发明内容

针对目前地下电缆故障检测比较繁琐，不能实现自动实施监控，机器人供电困难的问题，本发明提供一种可实时监测电缆故障，能为机器人不间断提供电能，且能准确定位电缆故障位置的地下电缆故障监测系统。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种地下电缆故障监测系统，包括机器人，所述机器人包括电缆故障检测装置，其特征在于，它还包括电缆标示桩和上位机，在每两个电缆标示桩之间设置一个机器人，

所述电缆标示桩包括立柱、太阳能电池板、锂电池、单片机、GPS定位模块、无线供电装置、数据中转装置和射频感应装置，所述单片机分别与GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置连接；所述太阳能电池板固定在所述立柱上，所述锂电池、单片机、GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置位于所述立柱内；所述太阳能电池板与所述锂电池连接，所述锂电池为所述GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置提供电能；所述数据中转装置包括第一无线数据收发模块和GPRS无线收发模块，所述GPRS无线收发模块与所述上位机通信连接；所述无线供电装置包括感应线圈，所述第一无线数据收发模块包括收发天线，所述感应线圈和收发天线通过软导线分别与位于所述立柱内的无线供电装置和第一无线数据收发模块连接；所述射频感应装置通过软导线与所述单片机连接；

所述机器人还包括用于接收所述无线供电装置的电能无线接收装置，与所述数据中转装置的第一无线数据收发模块匹配的第二无线数据收发模块，以及与所述射频感应装置配合的射频卡，其中一个机器人上的射频卡仅与一个电缆标示桩的射频感应装置配合；

所述上位机包括用于展示电缆位置的地图，所述地图上显示所述电缆标示桩的位置，当两个所述电缆标示桩之间的电缆故障后，通过GPS定位模块将故障电缆进行定位并突出显示。

进一步的，所述电缆标示桩还包括显示屏、指示灯和光照传感器，所述显示屏、指示灯和光照传感器分别与所述单片机连接。

进一步的，所述电缆标示桩还包括透明外壳，所述透明外壳套置在所述立柱上，所述太阳能电池板位于所述透明外壳内。

更进一步的，所述太阳能电池板有四块，分别上下倾斜固定在立柱上部的四个面上；在所述电缆标示桩的顶部设置有所述GPRS无线收发模块的天线，所述天线的下端设置有螺纹连接柱，所述螺纹连接柱穿过所述透明外壳通过螺纹连接固定在电缆标示桩顶部，在所述天线的底部设置有密封环。

进一步的，在所述立柱的底部设置有锂电池槽，所述锂电池槽的上端设置有两个正负极滑道，所述锂电池上设置有与所述正负极滑道配合的正负极；在所述锂电池的前端设置有把手。

更进一步的，所述电缆标示桩还包括固定透明外壳的固定螺栓，所述固定螺栓包括设置在固定螺栓头内侧和螺母内侧的密封圈，在所述立柱和透明外壳上设置有与所述固定螺栓配合的通孔。

进一步的，当固定螺栓固定透明外壳后，在靠近所述螺母外边缘的固定螺栓上径向设置有一个通孔。

优选的，在所述立柱的顶部设置有盖体，所述盖体通过螺栓与立柱固定连接，所述单片机、GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置设置在所述盖体下方；所述显示屏设置在所述盖体上。

本发明还提供了一种基于上述地下电缆故障监测系统的电缆故障监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、机器人时刻在两个电缆标示桩之间来回巡航；

b、当机器人移动到与其对应的电缆标示桩下方后，射频感应装置检测到射频卡信号后启动数据传输，将机器人巡检信息数据上传至数据中转装置，数据中转装置将数据传输给上位机，并通过GPRS无线收发模块短信发送给维修人员故障地点及精确位置；若机器人电量不足，则在数据传输完成后进行充电；

c、上位机对机器人发送的数据进行分析，若发现电缆故障，则利用GPS定位模块对故障位置的电缆标示桩进行定位，然后向机器人下发精确位置定位指令，机器人接到指令后，从电缆标示桩开始计量行程，到达故障点后记下从电缆标示桩到故障点的距离，待机器人返回电缆标示桩后将信息发送给上位机。

在步骤c中，发现电缆故障后，在上位机的地图上将两个电缆标示桩之间的故障电缆标红，并将精确故障点进行闪烁提示，并标注距离。

本发明的有益效果是：

1、电缆标示桩上设置有太阳能电池板，可为整个系统提供不间断电源，保证了机器人可以才电缆管道不间断工作，而且，对机器人的供电采用无线供电方式，解决了在管道内无法铺设机器人电源线的问题，以及机器人若采用电池，则工作时间短，无法实时监测的问题。太阳能电池板在立柱上方倾斜设置，能最大程度的吸收太阳能。

2、机器人和上位机通过设置在电缆标示桩上的数据中转装置进行数据传输，实现了远距离传输，解决了因机器人在地下信号不能发射到地面上而无法进行数据传输的问题。

3、电缆标示桩上的射频感应装置与机器人上的射频卡配合，只有当机器人移动到电缆标示桩位置后，才启动无线数据收发模块进行数据交互，使机器人的每一个巡程的监测信息都上传至上位机。

4、上位机上的地图可以显示电缆标示桩和电缆线路，当位于两个电缆标示桩区段电缆故障后，地图上标示出该故障电缆，方便维修人员定位。

5、透明外壳不仅对电缆标示桩内的各个元器件进行保护，还能保证在恶劣环境中太阳能电池板不被灰尘、杂物等覆盖影响供电。透明外壳采用固定螺栓与立柱固定，拆卸方便，固定螺栓上的密封圈保证了透明外壳的密封性。

6、在立柱上设置有正负极滑道，可以方便的将锂电池设置在立柱内，且更换方便。

7、在立柱上设置指示灯，根据光照传感器对环境进行检测，当天黑时指示灯闪烁，以起到警示作用。

8、本发明充分开发电缆标示桩，使其将供电、数据转发、地理位置定位、警示灯等多功能集合与一身；它不仅为地下监测的机器人提供不间断电能，而且作为数据传输的中转站，使机器人监测数据上传至上位机；电缆标示桩可通过GPS定位模块实现定位，将故障点在上位机地图上显示，方便维修人员查找。电缆标示桩与机器人的无线配合使机器人可以在隧道或者管道内自动运动，且不用铺设机器人电源线和数据线。

9、本发明提供的监测方法利用本监测系统对故障实时监测实时上报，由上位机进行故障分析，一旦故障发生，可由上位机向机器人发送指令，由机器人进行精确测量，将测量的数据上传到上位机并发送到维修人员手机上，实现了电缆故障位置的精确定位，保证电缆的及时抢修。避免了目前人工手持检测仪进行大面积巡检而耽误抢修时间，造成巨大经济损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的部分优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的立柱结构图；

图3为本发明GPRS无线收发模块的天线结构示意图；

图4为本发明的固定螺栓结构示意图；

图5为本发明的锂电池结构示意图；

图6为本发明的原理框图；

图7为本发明无线供电电路原理图。

图中，立柱1、锂电池槽11、正极滑道12、负极滑道13、通孔14、盖体15、太阳能电池板2、锂电池3、正极31、负极32、把手33、天线4、螺纹连接柱41、密封环42、透明外壳5、感应线圈6、收发天线7、射频感应装置8、显示屏9、指示灯10、固定螺栓16、固定螺栓头161、螺母162、密封圈163、通孔164。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明：

如图1至图7所示，本发明包括机器人，所述机器人包括电缆故障检测装置，电缆故障检测装置包括热故障红外检测装置、局部放电紫外线检测装置及电场分布检测装置等组成，上述装置均属于现有检测装置，在这里不再赘述。本故障监测系统还包括电缆标示桩和上位机。在每两个电缆标示桩之间设置一个机器人，这样，一个机器人可以监控两个电缆标示桩之间的电缆线段。

所述电缆标示桩包括立柱1、太阳能电池板2、锂电池3、单片机、GPS定位模块、无线供电装置、数据中转装置和射频感应装置。为了对电缆标示桩进行保护，所述电缆标示桩还包括透明外壳5，所述透明外壳5套置在所述立柱1上，所述太阳能电池板2位于所述透明外壳内。如图6所示，所述单片机分别与GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置连接。所述太阳能电池板2固定在所述立柱上，为了充分吸收太阳能，所述太阳能电池板2有四块，分别上下倾斜固定在立柱1上部的四个面上。在所述电缆标示桩的顶部设置有所述GPRS无线收发模块的天线4，所述天线4的下端设置有螺纹连接柱41，所述螺纹连接柱41穿过所述透明外壳5通过螺纹连接固定在电缆标示桩顶部，在所述天线4的底部设置有密封环42。当天线4固定在电缆标示桩的顶部后，密封环42可以实现天线4与透明外壳5之间的密封，放置雨水等进入透明外壳内。为了能在电缆标示桩上显示电缆的相关信息，以及锂电池性能等信息，所述电缆标示桩还包括显示屏9、指示灯10和光照传感器，所述显示屏9、指示灯10和光照传感器分别与所述单片机连接。

为了方便维修拆卸，在所述立柱1的顶部设置有盖体15，所述盖体15通过螺栓与立柱1固定连接，所述单片机、GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置设置在所述盖体下方；所述显示屏9设置在所述盖体15上。

所述锂电池、单片机、GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置位于所述立柱内。所述太阳能电池板与所述锂电池连接，所述锂电池为所述GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置提供电能；进一步的，为了方便拆卸安装锂电池，在所述立柱1的底部设置有锂电池槽11，所述锂电池槽11的上端设置有正极滑道12和负极滑道13，所述正极滑道12和负极滑道13为长方型滑道，所述锂电池3上设置有与所述正极滑道12和负极滑道13配合的长方型正极31和负极32。在所述锂电池3的前端设置有把手33。安装时，直接将锂电池的正极31和负极32对准正极滑道12和负极滑道13后推入即可。

所述数据中转装置包括第一无线数据收发模块和GPRS无线收发模块，所述GPRS无线收发模块与所述上位机通信连接，将机器人监测数据上传至上位机。所述无线供电装置包括感应线圈6，所述第一无线数据收发模块包括收发天线7，所述感应线圈6和收发天线7通过软导线分别与位于所述立柱1内的无线供电装置和第一无线数据收发模块连接。所述射频感应装置8通过软导线与所述单片机连接，安装时，将感应线圈6、收发天线7和射频感应装置8放置在管道或隧道内，立柱固定在地面上。所述机器人还包括用于接收所述无线供电装置的电能无线接收装置，与所述数据中转装置的第一无线数据收发模块匹配的第二无线数据收发模块，以及与所述射频感应装置配合的射频卡，其中一个机器人上的射频卡仅与一个电缆标示桩的射频感应装置配合。无线供电装置和电能无线接收装置如图7所示，在12V的直流输入下，通过一个电容C2整流之后，保持输入电压恒定。在芯片XKT-408A的控制下，通过芯片T5336输出一个可控的低电压。直流电压与芯片T5336的输出电压的电压差控制感应线圈L1、电容C3和电容C4的LC振荡电路，发射出稳定的高频电磁波。发射模块发射的电磁波被电能无线接收模块的接收线圈L2接收，经芯片T5336输出电压U，为机器人供电。

所述上位机包括用于展示电缆位置的地图，所述地图上显示所述电缆标示桩的位置，当两个所述电缆标示桩之间的电缆故障后，通过GPS定位模块将故障电缆进行定位并突出显示。

为了方便固定透明外壳5，所述电缆标示桩还包括固定透明外壳5的固定螺栓16，所述固定螺栓16包括设置在固定螺栓头161内侧和螺母162内侧的密封圈163，在所述立柱1和透明外壳5上设置有与所述固定螺栓16配合的通孔，如图2中所示，立柱上的通孔14。

为了将透明外壳锁住，放置外人打开，当固定螺栓16固定透明外壳5后，在靠近所述螺母162外边缘的固定螺栓16上径向设置有一个通孔164，可以在通孔164上设置锁具将固定螺栓16锁住。

本发明还提供了一种基于上述地下电缆故障监测系统的电缆故障监测方法，该方法包括以下步骤：

a、基于本发明故障监测系统的太阳能不间断供电，机器人时刻在两个电缆标示桩之间来回巡航，对电缆进行热故障红外检测、局部放电紫外线检测及电场分布检测。

b、一个机器人上的射频卡仅与一个电缆标示桩的射频感应装置配合，当机器人移动到与其对应的电缆标示桩下方后，射频感应装置检测到射频卡信号后启动数据传输，第一无线数据收发模块和第二无线数据收发模块进行数据传输，将机器人巡检信息数据上传至数据中转装置，数据中转装置通过GPRS无线收发模块将数据传输给上位机，并可通过GPRS无线收发模块短信通知维修人员具体地址及精确位置。若机器人电量不足，则在数据传输完成后进行充电，充电完成后机器人继续工作。

c、上位机对机器人发送的数据进行分析，若发现电缆故障，则利用GPS定位模块对故障位置的电缆标示桩进行定位，然后向机器人下发精确位置定位指令，机器人接到指令后，从电缆标示桩开始计量行程，到达故障点后记下从电缆标示桩到故障点的距离，待机器人返回电缆标示桩后将信息发送给上位机。在该步骤中，发现电缆故障后，在上位机的地图上将两个电缆标示桩之间的故障电缆标红，并将精确故障点进行闪烁提示，并标注距离，这样可使工作人员一目了然。

以上所述结合附图对本发明的优选实施方式和实施例作了详述，但是本发明并不局限于上述实施方式和实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种地下电缆故障监测系统，包括机器人，所述机器人包括电缆故障检测装置，其特征在于，它还包括电缆标示桩和上位机，在每两个电缆标示桩之间设置一个机器人，

所述电缆标示桩包括立柱、太阳能电池板、锂电池、单片机、GPS定位模块、无线供电装置、数据中转装置和射频感应装置，所述单片机分别与GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置连接；所述太阳能电池板固定在所述立柱上，所述锂电池、单片机、GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置位于所述立柱内；所述太阳能电池板与所述锂电池连接，所述锂电池为所述GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置提供电能；所述数据中转装置包括第一无线数据收发模块和GPRS无线收发模块，所述GPRS无线收发模块与所述上位机通信连接；所述无线供电装置包括感应线圈，所述第一无线数据收发模块包括收发天线，所述感应线圈和收发天线通过软导线分别与位于所述立柱内的无线供电装置和第一无线数据收发模块连接；所述射频感应装置通过软导线与所述单片机连接；

所述机器人还包括用于接收所述无线供电装置的电能无线接收装置，与所述数据中转装置的第一无线数据收发模块匹配的第二无线数据收发模块，以及与所述射频感应装置配合的射频卡，其中一个机器人上的射频卡仅与一个电缆标示桩的射频感应装置配合；

所述上位机包括用于展示电缆位置的地图，所述地图上显示所述电缆标示桩的位置，当两个所述电缆标示桩之间的电缆故障后，通过GPS定位模块将故障电缆进行定位并突出显示。

2.根据权利要求1所述的地下电缆故障监测系统，其特征在于，所述电缆标示桩还包括显示屏、指示灯和光照传感器，所述显示屏、指示灯和光照传感器分别与所述单片机连接。

3.根据权利要求1所述的地下电缆故障监测系统，其特征在于，所述电缆标示桩还包括透明外壳，所述透明外壳套置在所述立柱上，所述太阳能电池板位于所述透明外壳内。

4.根据权利要求3所述的地下电缆故障监测系统，其特征在于，所述太阳能电池板有四块，分别上下倾斜固定在立柱上部的四个面上；在所述电缆标示桩的顶部设置有所述GPRS无线收发模块的天线，所述天线的下端设置有螺纹连接柱，所述螺纹连接柱穿过所述透明外壳通过螺纹连接固定在电缆标示桩顶部，在所述天线的底部设置有密封环。

5.根据权利要求1或3或4所述的地下电缆故障监测系统，其特征在于，在所述立柱的底部设置有锂电池槽，所述锂电池槽的上端设置有两个正负极滑道，所述锂电池上设置有与所述正负极滑道配合的正负极；在所述锂电池的前端设置有把手。

6.根据权利要求3或4所述的地下电缆故障监测系统，其特征在于，所述电缆标示桩还包括固定透明外壳的固定螺栓，所述固定螺栓包括设置在固定螺栓头内侧和螺母内侧的密封圈，在所述立柱和透明外壳上设置有与所述固定螺栓配合的通孔。

7.根据权利要求6所述的地下电缆故障监测系统，其特征在于，当固定螺栓固定透明外壳后，在靠近所述螺母外边缘的固定螺栓上径向设置有一个通孔。

8.根据权利要求1所述的地下电缆故障监测系统，其特征在于，在所述立柱的顶部设置有盖体，所述盖体通过螺栓与立柱固定连接，所述单片机、GPS定位模块、无线供电装置和数据中转装置设置在所述盖体下方；所述显示屏设置在所述盖体上。

9.一种基于上述地下电缆故障监测系统的电缆故障监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、机器人时刻在两个电缆标示桩之间来回巡航；

b、当机器人移动到与其对应的电缆标示桩下方后，射频感应装置检测到射频卡信号后启动数据传输，将机器人巡检信息数据上传至数据中转装置，数据中转装置将数据传输给上位机，并通过GPRS无线收发模块短信发送给维修人员故障地点及精确位置；若机器人电量不足，则在数据传输完成后进行充电；

c、上位机对机器人发送的数据进行分析，若发现电缆故障，则利用GPS定位模块对故障位置的电缆标示桩进行定位，然后向机器人下发精确位置定位指令，机器人接到指令后，从电缆标示桩开始计量行程，到达故障点后记下从电缆标示桩到故障点的距离，待机器人返回电缆标示桩后将信息发送给上位机。

10.根据权利要求9所述的电缆故障监测方法，其特征在于，在步骤c中，发现电缆故障后，在上位机的地图上将两个电缆标示桩之间的故障电缆标红，并将精确故障点进行闪烁提示，并标注距离。