CN108335468A - 一种电缆监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电缆监控领域，具体涉及一种电缆监控系统。所述电缆监控系统包括电缆监控装置、网关路由器、云端和用户终端；其中，所述电缆监控装置获取电缆或电缆接头的电量信号，以及获取电缆或电缆接头周围的感应信息；所述网关路由器与其通信区域内的电缆监控装置通信，并将数据信息发送至云端中；所述用户终端通过云端监控电缆监控装置。本发明通过在电缆或电缆接头处设置一电缆监控装置，获取电量信息以及环境感应信息，并通过Lora传输模组上报云端，采用高灵敏的LPWAN通信技术，解决了地下管廊通2G/3G/4G穿透能力弱的问题。

Description

一种电缆监控系统
技术领域
本发明涉及电缆监控领域，具体涉及一种电缆监控系统。
背景技术
日前，国家提出升级改造配电网，推进智能电网建设等十八项任务。并指出，促进智能互联，提高新能源消纳能力，推动装备提升与科技创新，加快构建现代配电网。有序放开增量配电网业务，鼓励社会资本有序投资、运营增量配电网，促进配电网建设平稳健康发展。
以及强调，推进“互联网+”智能电网建设。全面提升电力系统的智能化水平，提高电网接纳和优化配置多种能源的能力，满足多元用户供需互动。全面建设智能变电站。全面推广智能调度控制系统，应用大数据、云计算、物联网、移动互联网技术，提升信息平台承载能力和业务应用水平。
电力电缆是城市配电网的关键设备之一，是智能电网建设的重要节点。电缆插头是电缆传输中最薄弱的一个环节；大截面的电缆以盘为单位来算，大截面的电缆，一盘最多在500米左右，基本上是每200-300米以内就要做一个电缆接头或分支接头，由此可见电缆接头之多，恰恰加大了电缆的运行安全隐患。
而配网改造的本身就是为了美化市容市貌，提高电网的安全运行质量，避免人或动物因触到裸露在外的带电部分或是漏电引发人身伤亡事故。今后每个城市每年都会有高压架空线下地，铺设电缆沟及电缆管道。所以，将来在电缆沟、电缆井中的电缆和电缆插接头会越来越多，而电缆接头运行环境恶劣(电缆热胀冷缩，长期泡在水(污水)里运行，受潮气影响)存在局部放电、爆炸等安全隐患，加之其隐性特性，很难查找，有时不得不通过拉分段开关并试送电确定故障所在区域，对线路、设备运行的安全性极为不利，同时需要人工巡线，增加了故障查找难度和时间。
目前，对地下电缆运行状态的在线监测大致有三种方法：一是安装移动视频监控系统，只适应于大型隧道，需要专项施工；而且只能通过红外摄像机测量温度。二是采用分布式光纤测温，需要布设光纤，施工难度大；且光纤易损坏，且只能测温。三是基于GPRS的采集终端，但通信质量差，功耗大，无法自供电，难以长期运行。上述各种方法，由于存在致命缺点，难以大范围推广。
如何实现高效稳定、安全、便捷、低成本地监控电缆接头，是本领域技术人员一直重点研究的问题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电缆监控系统，实现高效稳定、安全、便捷、低成本地监控电缆接头。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电缆监控系统，所述电缆监控系统包括电缆监控装置、网关路由器、云端和用户终端，所述电缆监控装置包括一Lora通信模块，所述电缆监控装置设置在电缆或电缆接头处；其中，
所述电缆监控装置获取电缆或电缆接头的电量信号，以及获取电缆或电缆接头周围的感应信息，并根据采集的数据信息判断对应的电缆或电缆接头是否存在故障，以及若存在故障，通过Lora通信模块将故障信息发送至网关路由器中；
所述网关路由器与其通信区域内的电缆监控装置通信，并将数据信息发送至云端中；所述用户终端通过云端监控电缆监控装置。
其中，较佳方案是：所述云端包括一预测模块，所述预测模块获取电缆或电缆接头的电量信号，将所有数据信息建立一历史数据库，利用学习算法并根据历史数据库对当前的数据信息进行预测。
其中，较佳方案是：所述云端包括一决策模块，所述决策模块设置多种突发状况，及对应的维护建议和控制命令；其中，所述决策模块根据电缆监控装置上报故障归类为对应的突发状况，并将对应的维护建议发送至用户终端中，以及将对应的控制命令发送至电缆监控装置中，进行相关控制。
其中，较佳方案是：所述电缆监控装置设置在管廊中。
其中，较佳方案是：所述电缆监控装置还包括采集单元、传感器单元和处理器单元，所述采集单元与电缆或电缆接头接通，所述处理器单元分别与采集单元和Lora通信模块连接；其中，
所述采集单元获取电缆的电量信息；所述传感器单元获取电缆或电缆接头周围的感应信息；所述处理器单元获取电量信息和感应信息，并判断是否存在故障；以及，若有故障，所述处理器单元通过Lora通信模块上传故障信息；以及，所述处理器单元将电量信息和感应信息进行本地存储。
其中，较佳方案是：所述传感器单元包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、氧气传感器、可燃气体传感器、空气质量传感器、红外接近传感器、水浸传感器和磁感应防盗传感器中的一种或多种。
其中，较佳方案是：所述电缆监控系统包括设置在电缆监控装置的加密模块，以及设置在网关路由器或云端的解密模块，所述电缆监控装置通过加密模块对发送的数据信息进行加密处理，并在网关路由器或云端接收到加密后的数据信息，再通过解密模块进行解密处理。
其中，较佳方案是：所述电缆监控装置包括一休眠唤醒模块，所述休眠唤醒模块控制电缆监控装置休眠，并在数据信息异常时控制电缆监控装置唤醒；
以及，所述电缆监控装置通过Lora通信模块向外发送信息后，并且获得网关路由器或云端发送回来的反馈信号，所述休眠唤醒模块控制电缆监控装置休眠。
其中，较佳方案是：所述电缆监控装置还包括一局部放电测量单元，所述局部放电测量单元获取电缆或电缆接头的局部放电信息；其中，所述处理器单元采集局部放电信息，并判断是否存在故障，若有故障通过Lora传输单元上传故障信息。
其中，较佳方案是：所述云端包括一预警模块，所述预警模块获取电缆或电缆接头的局部放电信息，将所有数据信息建立一历史数据库，将实时采集的局部放电信息与历史数据库的历史值比较，若局部放电信息在预设时间段内持续升高，所述云端发送报警信息至用户终端中。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过在电缆或电缆接头处设置一电缆监控装置，获取电量信息以及环境感应信息，并通过Lora传输模组上报云端，采用高灵敏的LPWAN通信技术，解决了地下管廊通2G/3G/4G 穿透能力弱的问题；以及，提升了电缆监控装置的可维护性，减轻了线路维护的劳动强度，提高线路故障检测的自动化水平；以及，方便快捷查找故障点，避免了事故进一步扩大；以及，提高了供电可靠性、自动化、信息化水平。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明电缆监控系统的结构示意图；
图2是本发明电缆监控系统的布局结构示意图；
图3是本发明电缆监控装置的结构示意图；
图4是本发明加密模块和解密模块的结构示意图一；
图5是本发明加密模块和解密模块的结构示意图二图5是结构示意图；
图6是本发明休眠唤醒模块和分析模块的结构示意图；
图7是本发明云端的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供一种电缆监控系统的优选实施例。其中，图1是本发明电缆监控系统的结构示意图。
一种电缆监控系统，所述电缆监控系统包括电缆监控装置100、网关路由器300、云端400服务器和用户终端500，所述电缆监控装置100包括一Lora 通信模块110，所述电缆监控装置100设置在电缆210或电缆接头220处。通过将线路的检测信息发到工作主站并在主站完成故障的拓扑定位、显示与告警通知，使电缆210故障点的定位、查询变得更加快捷。
具体地，所述电缆监控装置100获取电缆210或电缆接头220的电量信号，以及获取电缆210或电缆接头220周围的感应信息，并根据采集的数据信息判断对应的电缆210或电缆接头220是否存在故障，以及若存在故障，通过Lora 通信模块110将故障信息发送至网关路由器300中；所述网关路由器300与其通信区域内的电缆监控装置100通信，并将数据信息发送至云端400服务器中；所述用户终端500通过云端400服务器监控电缆监控装置100。
其中，LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa主要在全球免费频段运行，包括433、868、915MHz等。采用低功耗LORA技术，实现了强穿透、长距离、自组网通信，克服了现有技术方案通信信号差、功耗高、依赖电信运营商的缺点，部署简单，扩展方便。以及，在电池供电情况下提供8年运行寿命。
在本实施例中，所述电缆监控装置100设置在管廊中。其中，管廊即管道的走廊。化工及其相关类工厂中很多管道被集中在一起，沿着装置或厂房外布置，一般是在空中，用支架撑起，形成和走廊类似的样子。也有少数管廊位于地下。
优选地，网关路由器300安装在室外；每个网关路由器300可接入上万个传感器终端。其中，每一个网关路由器300的通信区域为半径5km的覆盖范围内。并通过3G或4G通信技术，将数据信息传输至云端400服务器中。
以及，网关路由器300是现场数据汇聚节点，以自组网方式实现对电缆监控装置100的信息采集，并通过有线或无线通信方式上传至云端400服务器。
在本实施例中，用户终端500由WEB平台及APP终端构成，实现UI交互，及预警信息推送。
在本实施例中，所述电缆监控装置100还包括一局部放电测量单元，所述局部放电测量单元获取电缆210的局部放电信息；其中，所述处理器单元120 采集局部放电信息，并判断是否存在故障，若有故障通过Lora传输单元上传故障信息。其中，局部放电是指当外加电压在电气设备中产生的场强，足以使绝缘部分区域发生放电，但在放电区域内未形成固定放电通道的这种放电现象。
优选地，所述局部放电测量单元260包括紫外检测模块、HFCT模块和电容耦合模块。紫外检测模块通过检测紫外光辐射强度，获取局部放电量的大小；臭氧监测模块通过臭氧浓度的检测，确认是否有放电产生；HFCT模块通过检测高频脉冲电流的大小，实现局部放电的检测；通过这三类传感器数据的融合，可有效检测电缆局放。
进一步地，所述云端400包括一预警模块，所述预警模块获取电缆210 或电缆接头200的局部放电信息，将所有数据信息建立一历史数据库，将实时采集的局部放电信息与历史数据库的历史值比较，若局部放电信息在预设时间段内持续升高，所述云端400发送报警信息至用户终端500中。
如图2所示，本发明提供电缆监控装置的较佳实施例。其中，图2是本发明电缆监控装置的结构示意图。
所述电缆监控装置100还包括采集单元130、传感器单元230和处理器单元120，所述采集单元130与电缆210或电缆接头220接通，所述处理器单元 120分别与采集单元130和Lora通信模块110连接；其中，所述采集单元130 获取电缆210的电量信息；所述传感器单元230获取电缆210或电缆接头220 周围的感应信息；所述处理器单元120获取电量信息和感应信息，并判断是否存在故障；以及，若有故障，所述处理器单元120通过Lora通信模块110上传故障信息；以及，所述处理器单元120将电量信息和感应信息进行本地存储。
在本实施例中，所述传感器单元230包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、氧气传感器、可燃气体传感器、空气质量传感器、红外接近传感器、水浸传感器和磁感应防盗传感器中的一种或多种。
其中，可燃气体传感器优选为甲烷传感器；空气质量传感器优选为HS传感器；水浸传感器是基于液体导电原理，用电极探测是否有水存在，再用传感器转换成干接点输出。通常为常开，如果想要常闭的需要提前预定，预定时间为3天。
如图3和图4所示，本发明提供加密模块和解密模块的较佳实施例。其中，图3是本发明加密模块和解密模块的结构示意图一，图4是本发明加密模块和解密模块的结构示意图二。
所述电缆监控系统包括设置在电缆监控装置100的加密模块121，以及设置在网关路由器300或云端400服务器的解密模块，所述电缆监控装置100 通过加密模块121对发送的数据信息进行加密处理，并在网关路由器300或云端400服务器接收到加密后的数据信息，再通过解密模块进行解密处理。
其中，解密处理包括设置在网关路由器300的第一解密模块310，或者，解密处理包括设置在云端400服务器的第二解密模块410。
如图5所示，本发明提供休眠唤醒模块和分析模块的较佳实施例。其中，图5是本发明休眠唤醒模块和分析模块的结构示意图。
所述电缆监控装置100包括一休眠唤醒模块122，所述休眠唤醒模块122 控制电缆监控装置100休眠，并在数据信息异常时控制电缆监控装置100唤醒；以及，所述电缆监控装置100通过Lora通信模块110向外发送信息后，并且获得网关路由器300或云端400服务器发送回来的反馈信号，所述休眠唤醒模块122控制电缆监控装置100休眠。
优选地，所述休眠唤醒模块122包括定时触发模块和事件触发模块，所述定时触发模块定时触发唤醒电缆监控装置100；所述事件触发模块预设多种事件，并在事件发生时触发唤醒电缆监控装置100；其中，所述电缆监控装置100 在被触发唤醒前处于休眠状态，并在接收到反馈信号后进入休眠状态。
所述处理器单元120包括一分析模块123，所述分析模块123设置有各数据信息的指标等级，并且当采集到的数据信息处于危险的指标等级中，判断存在故障。
具体地，智能传感器终端通常处于节电休眠状态；当管廊环境状态、电缆 210或电缆接头220的状态发生变化时，电缆监控装置100触发分析模块123；其中，分析模块123将采集到的信息进行分析、计算和处理后，确定电缆210 接头是否温度升高，环境湿度如何，有害气体指标等级，局部放电指标等级等状态；如果确定状态升级变化，则启动触发告警功能模块并通过通信模块将信息安全准确地发送出去。
如图6所示，本发明提供云端的较佳实施例。其中，图6是本发明云端的结构示意图。
所述云端400包括一预测模块420，所述预测模块420获取电缆210或电缆接头220的电量信号，将所有数据信息建立一历史数据库，利用学习算法并根据历史数据库对当前的数据信息进行预测。
其中，预测提高运行可预知性，并根据预知的结果和实时的数据参数的误差，优化电缆监控装置100性能，以及为维护电缆监控装置100的理论支持。
其中，机器学习(Machine Learning,ML)是一门多领域交叉学科，涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门学科。专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。
以及，所述云端400包括一决策模块430，所述决策模块430设置多种突发状况，及对应的维护建议和控制命令；其中，所述决策模块430根据电缆监控装置100上报故障归类为对应的突发状况，并将对应的维护建议发送至用户终端500中，以及将对应的控制命令发送至电缆监控装置100中，进行相关控制。
具体地，云端400采用配电网设备监测统一接口标准，与网关直接通讯，获取现场故障监测数据；并通过实时负荷监测、后台故障拓扑分布图等算法为现场监测人员提供辅助分析的方法；同时，平台将构建知识库模型，运用人工智能技术，建立故障预警模型。平台通过信息化手段有效的管理带电监测数据，进行监测专业化数据分析、诊断，使之成为运行检修单位监测及分析工作的专业工具。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (10)

1.一种电缆监控系统，其特征在于：所述电缆监控系统包括电缆监控装置、网关路由器、云端和用户终端，所述电缆监控装置包括一Lora通信模块，所述电缆监控装置设置在电缆或电缆接头处；其中，
所述电缆监控装置获取电缆或电缆接头的电量信号，以及获取电缆或电缆接头周围的感应信息，并根据采集的数据信息判断对应的电缆或电缆接头是否存在故障，以及若存在故障，通过Lora通信模块将故障信息发送至网关路由器中；
所述网关路由器与其通信区域内的电缆监控装置通信，并将数据信息发送至云端中；所述用户终端通过云端监控电缆监控装置。
2.根据权利要求1所述的电缆监控系统，其特征在于：所述云端包括一预测模块，所述预测模块获取电缆或电缆接头的电量信号，将所有数据信息建立一历史数据库，利用学习算法并根据历史数据库对当前的数据信息进行预测。
3.根据权利要求1所述的电缆监控系统，其特征在于：所述云端包括一决策模块，所述决策模块设置多种突发状况，及对应的维护建议和控制命令；其中，所述决策模块根据电缆监控装置上报故障归类为对应的突发状况，并将对应的维护建议发送至用户终端中，以及将对应的控制命令发送至电缆监控装置中，进行相关控制。
4.根据权利要求1所述的电缆监控系统，其特征在于：所述电缆监控装置设置在管廊中。
5.根据权利要求1或4所述的电缆监控系统，其特征在于：所述电缆监控装置还包括采集单元、传感器单元和处理器单元，所述采集单元与电缆或电缆接头接通，所述处理器单元分别与采集单元和Lora通信模块连接；其中，
所述采集单元获取电缆的电量信息；所述传感器单元获取电缆或电缆接头周围的感应信息；所述处理器单元获取电量信息和感应信息，并判断是否存在故障；以及，若有故障，所述处理器单元通过Lora通信模块上传故障信息；以及，所述处理器单元将电量信息和感应信息进行本地存储。
6.根据权利要求5所述的电缆监控系统，其特征在于：所述传感器单元包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、氧气传感器、可燃气体传感器、空气质量传感器、红外接近传感器、水浸传感器和磁感应防盗传感器中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的电缆监控系统，其特征在于：所述电缆监控系统包括设置在电缆监控装置的加密模块，以及设置在网关路由器或云端的解密模块，所述电缆监控装置通过加密模块对发送的数据信息进行加密处理，并在网关路由器或云端接收到加密后的数据信息，再通过解密模块进行解密处理。
8.根据权利要求1所述的电缆监控系统，其特征在于：所述电缆监控装置包括一休眠唤醒模块，所述休眠唤醒模块控制电缆监控装置休眠，并在数据信息异常时控制电缆监控装置唤醒；
以及，所述电缆监控装置通过Lora通信模块向外发送信息后，并且获得网关路由器或云端发送回来的反馈信号，所述休眠唤醒模块控制电缆监控装置休眠。
9.根据权利要求1所述的电缆监控系统，其特征在于：所述电缆监控装置还包括一局部放电测量单元，所述局部放电测量单元获取电缆或电缆接头的局部放电信息；其中，所述处理器单元采集局部放电信息，并判断是否存在故障，若有故障通过Lora传输单元上传故障信息。
10.根据权利要求9所述的电缆监控系统，其特征在于：所述云端包括一预警模块，所述预警模块获取电缆或电缆接头的局部放电信息，将所有数据信息建立一历史数据库，将实时采集的局部放电信息与历史数据库的历史值比较，若局部放电信息在预设时间段内持续升高，所述云端发送报警信息至用户终端中。
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