CN109341756A - 变电站电缆沟环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站电缆沟环境监测系统，主要包括监控管理服务器、本地服务器、4G路由器、若干个网关及智能盖板。监控管理服务器通过4G网络与4G路由器连接，本地服务器与4G路由器有线连接，每个智能盖板与一个网关通过ZigBee网络连接，每个网关通过无线网络与4G路由器连接；所述智能盖板采集电缆沟的所有环境信息，通过4G路由器上传到本地服务器及监控管理服务器。本发明采用智能盖板实现电缆沟内环境数据的实时采集及显示，利用无线ZigBee技术、WiFi技术、传感器技术将监控管理服务器、本地服务器及智能盖板构建成一个完整的电缆沟环境监测平台，能够实时监测电缆沟的运行环境。

Description

变电站电缆沟环境监测系统

技术领域

本发明涉及变电站维护技术领域，特别是涉及一种变电站电缆沟环境监测系统。

背景技术

电缆沟是变电站不可缺少的基础设施，沟中电缆不仅涉及电力传输，还涉及继电保护、自动控制、通信、测量和计量等设备，是变电站的神经中枢，一旦电缆发生故障，不仅检查处理工作难度大、时间长，还可能使继电保护或控制回路失效，造成事故扩大甚至损坏主设备，长时间不能恢复生产。

与普通的架空电缆传输系统不同，电缆沟井或隧道是修建在地底下的，因此电缆的运行状况由电缆本身的特点和地底环境的各个因素两方面所决定，沟井或隧道中的监测因素有：温度、湿度、裂隙瓦斯(一氧化碳、硫化氢)浓度、氧气浓度、水位、烟雾、小动物等。

目前国内对电缆沟的运维检修逐渐重视，基于传感器技术以及国内外电缆运行全程监控领域进展迅速，但对电缆沟井盖板的改进较少。现在大多数的电缆沟盖板多为不透明设计的笨重的水泥预制板，巡视时难以对电缆沟内环境进行巡视，逐一掀开电缆沟盖板进行巡视的方法效率低下，随机选取区域掀开盖板进行巡视，巡视质量又不高。如果能提供一种智能化的电缆沟井盖板将使专责人员的维护工作更加方便快捷，并帮助专责人员提前发现电缆运行中潜在的故障隐患，及时排出隐患，避免酿成大祸。目前智能变电站对水浸监测、火灾监测较为重视，水浸传感器和烟雾传感器可以在一定程度上对电缆沟内环境进行监测，但仍不满足巡视需求。例如500kV官山变电站有一段融冰绝缘管母通过地下电缆沟穿行，在融冰期间需要对该段电缆测温时，需掀开电缆沟盖板测温，安全风险较高，效率低下且无法做到全覆盖。且大多数的传感器均布置在电缆沟井内，位置局限，传感器需与就近监测主机连接才能实现电缆沟内数据信息的采集，操作繁琐，维护不方便。

因此亟需提供一种新型的变电站电缆沟环境监测系统来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种变电站电缆沟环境监测系统，能够实时监测电缆沟的运行环境，实现监测信息的快速传输。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种变电站电缆沟环境监测系统，主要包括监控管理服务器、本地服务器、4G路由器、若干个网关及智能盖板，监控管理服务器通过4G网络与4G路由器连接，本地服务器与4G路由器有线连接，每个智能盖板与一个网关通过ZigBee网络连接，每个网关通过无线网络与4G路由器连接；

所述智能盖板采集电缆沟的所有环境信息，通过4G路由器上传到本地服务器及监控管理服务器。

在本发明一个较佳实施例中，所述智能盖板主要包括主控制器、与主控制器连接的电源模块、数据采集模块、显示屏、通讯模块。

进一步的，所述电源模块主要包括太阳能面板、锂电池、电源管理系统，太阳能面板的输出端与电源管理系统的输入端连接，锂电池与电源管理系统相互连接，电源管理系统的输出端与主控制器连接；

所述电源管理系统主要包括锂电池充电管理电路、电源管理电路。该系统采用内置锂电池供电，同时通过太阳能面板光伏发电给锂电池充电。

进一步的，所述电源管理电路主要包括电源管理芯片LT3680EMSE、电阻R1、R30—R32、电解电容EC1、EC2、电容C8、C27—C29、电感L2、二极管D2，芯片LT3680EMSE的第1引脚并联电解电容EC2及电容C28，第2引脚连接电容C29，第3引脚并联二极管D2及电感L2，二极管D2的正极接地，L2的另一端并联电阻R30，芯片LT3680EMSE的第8引脚并联电阻R30及电阻R32，第4、5引脚并联电解电容EC1及电容C27，第9引脚依次串联电阻R1、电容C8，第10引脚连接电阻R31。

进一步的，所述数据采集模块主要包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器、双鉴传感器、振动传感器。

进一步的，所述显示屏采用彩色液晶屏，可实现实时数据的显示。

进一步的，所述通讯模块主要包括有线网络通信电路、无线网络通信电路、串口通信电路、ZigBee路由器；

所述有线网络通信电路用于智能盖板与服务器后台有线网络通信；

所述无线网络通信电路用于智能盖板与服务器后台无线网络通信；

所述串口通信电路实现主控制器与显示屏通信；

所述ZigBee路由器用于智能盖板与电缆沟内的ZigBee终端设备及网关通信连接。

更进一步的，所述无线网络通信电路主要包括USR-C210WiFi模块、电阻R86、R91—R94、电解电容EC13、电容C83、电感FB2；USR-C210WiFi模块的第4引脚通过电阻R86与主控制器连接，USR-C210WiFi模块的第13、14引脚并联电容C83与电解电容EC13，电感FB2的一端与电解电容EC13并联、另一端与3.3直流电源连接；USR-C210WiFi模块的第19—22引脚分别通过电阻R91—R94与主控制器连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述变电站电缆沟环境监测系统还包括移动终端、远程服务器终端；

所述移动终端与4G路由器无线通信连接，实现内网监管；或与监控管理服务器无线通信连接，实现外网监管；

所述远程服务器终端与监控管理服务器相互通信连接，实现数据查询及控制。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用智能盖板实现电缆沟内环境数据的实时采集及显示，利用无线ZigBee技术、WiFi技术、传感器技术将监控管理服务器、本地服务器及智能盖板构建成一个完整的电缆沟环境监测平台，能够实时监测电缆沟的运行环境，全面监测电缆沟内的潜在隐患，以及监测信息的快速传输，帮助运维人员有针对性的开展对电缆沟的巡视，解决巡视无针对性或留有死角的问题，并通过该系统，将沟内环境保持在一个良好的状态；

(2)所述智能盖板内布置有各类传感器，不仅实现对电缆沟内积水、火灾、温湿度、排水情况、小动物活动等方面的实时监测，而且使用ZigBee网络与多个网关无线通信，稳定可靠，避免与就近监测主机的布线连接及位置的限制，同时制作插拔式传感器模块，方便故障传感器的更换和检修工作；

(3)所述智能盖板内设置有电源管理系统，采用内置锂电池供电，同时能够通过太阳能面板光伏发电给锂电池充电，实现持续供电，节能环保；内置的通讯模块能够与服务器后台有线或无线通信，采用WiFi方式与路由器互联，实现远程监管；

(4)本发明通过4G路由器整合监控管理服务器、本地服务器，实现电缆沟环境信息的内网及外网监管，提高了便捷性，减少了系统布线工作量，为进一步开展电缆网运行状态评估、检修提供及时有效的数据支撑，保证了电缆的安全可靠运行，有效地减轻了运维工作人员的劳动强度，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明变电站电缆沟环境监测系统一较佳实施例的结构框图；

图2是所述智能盖板的结构框图；

图3是所述锂电池充电管理电路的电路图；

图4是所述电源管理电路的电路图；

图5是所述有线网络通信电路的电路图；

图6是所述无线网络通信电路的电路图；

图7是所述串口通信电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种变电站电缆沟环境监测系统，主要包括监控管理服务器、本地服务器、4G路由器、若干个网关及智能盖板。监控管理服务器通过4G网络与4G路由器连接，本地服务器与4G路由器有线连接，每个智能盖板与一个网关通过ZigBee网络连接，每个网关通过无线网络与4G路由器连接；所述智能盖板采集电缆沟的所有环境信息，通过4G路由器上传到本地服务器及监控管理服务器。

在一实施例中，所述变电站电缆沟环境监测系统还包括移动终端、远程服务器终端。所述移动终端与4G路由器无线通信连接，实现内网监管，通过路由器wifi直接调取本地服务器内容实现控制；或与监控管理服务器无线通信连接，实现外网监管。所述远程服务器终端与监控管理服务器相互通信连接，实现数据查询及控制，前台人机交互界面实现。

与传统水泥预制板制成的电缆沟盖板相比，所述智能盖板为由高分子树脂复合板和防火板压制而成的双层透明盖板，双层盖板外周设置有不锈钢边框，解决了传统盖板笨重、不易操作等难题，有效地减轻了运维工作人员的劳动强度，提高工作效率。

请参阅图2，所述智能盖板主要包括主控制器、与主控制器连接的电源模块、数据采集模块、显示屏、通讯模块。

所述主控制器作为智能盖板的控制核心，用于信息的接收及控制指令的发送，可采用单片机或微处理器，例如微控制器STM32F407VGT6。

所述电源模块主要包括太阳能面板、锂电池、电源管理系统，太阳能面板的输出端与电源管理系统的输入端连接，锂电池与电源管理系统相互连接，电源管理系统的输出端与主控制器连接。该系统采用内置锂电池供电，同时通过太阳能面板光伏发电给锂电池充电，实现持续供电，节能环保，太阳能面板供电系统能够实现无故障工作时间1年以上。

具体的，所述电源管理系统主要包括锂电池充电管理电路、电源管理电路。

结合图3，所述锂电池充电管理电路采用凌特公司的锂电池充电芯片LTC4002ES8-4.2，其外围电路包括电容C8—C10、电阻R6、R8、R14、R15，发光二极管D2、集成芯片T1、电感L1，各元器件及其连接关系如图3所示。锂电池充电芯片的第1引脚与第4引脚之间串联电容C10、电阻R6，第8引脚串联电阻R15，第2引脚并联电容C8、C9。集成芯片T1采用Si6435ADQ，由P沟道MOSFET及稳压二极管并联组成，其第2引脚与锂电池充电芯片的第2引脚并联，第1引脚与L1串联，第4引脚与锂电池充电芯片的第3引脚连接。锂电池充电芯片的第7引脚并联L1与R8，第5引脚依次串联D2与R14，R14与C11、C12并联，C12与锂电池端口连接。该芯片及其外围电路为锂电池充电过程中产生的波动、压降等进行调节和管控。

所述电源管理电路主要包括电源管理芯片LT3680EMSE、电阻R1、R30—R32、电解电容EC1、EC2、电容C8、C27—C29、电感L2、二极管D2，芯片LT3680EMSE的第1引脚并联电解电容EC2及电容C28，第2引脚连接电容C29，第3引脚并联二极管D2及电感L2，二极管D2的正极接地，L2的另一端并联电阻R30，芯片LT3680EMSE的第8引脚并联电阻R30及电阻R32，第4、5引脚并联电解电容EC1及电容C27，第9引脚依次串联电阻R1、电容C8，第10引脚连接电阻R31。系统采用12V供电设计，通过DCDC输出到5V，该芯片具有3.6V到36V的宽电压输出，3.5A的大电流输出，具有自动管理电池电源输入输出的功能。

所述数据采集模块主要包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器、双鉴传感器、振动传感器。通过温湿度传感器实时采集电缆沟内当前的温度及湿度数据，优选的，温湿度测量范围为-40—60°；通过气体传感器来检测沟道内是否有可燃气体，通过双鉴传感器来检测是否有小老鼠等动物；内置振动传感器，由用户设置启动方式，检测到震动后唤醒设备，以达到低功耗节能作用。所述智能盖板内布置有各类传感器，不仅实现对电缆沟内积水、火灾、温湿度、排水情况、小动物活动等方面的实时监测，而且使用ZigBee网络与多个网关无线通信，稳定可靠，避免与就近监测主机的布线连接及位置的限制。同时可制作插拔式传感器模块，方便故障传感器的更换和检修工作。

优选的，所述显示屏采用七寸全彩液晶屏，可实现实时数据的显示。

所述通讯模块主要包括有线网络通信电路、无线网络通信电路、串口通信电路、ZigBee路由器。所述有线网络通信电路用于智能盖板与服务器后台有线网络通信；所述无线网络通信电路用于智能盖板与服务器后台无线网络通信，优选的，无线网络方式可采用WiFi；所述串口通信电路实现主控制器与显示屏通信；所述ZigBee路由器用于智能盖板与电缆沟内的ZigBee终端设备及网关通信连接，ZigBee路由器属于物联网通信，具备自组网功能。所述ZigBee终端设备为设置在电缆沟内的部分传感器，如水浸传感器、小动物探测器等。

结合图5，所述有线网络通信电路采用美国TI公司的有线网络通信芯片DP83848IVV，实现与服务器后台有线网络通信。其外围电路元器件及连接关系如图5所示，Y3时钟给有线网络通信芯片提供50M时钟，LAN接口采用HR911105A。

结合图6，所述无线网络通信电路主要包括USR-C210WiFi模块、电阻R86、R91—R94、电解电容EC13、电容C83、电感FB2。各元器件及连接关系如图6所示，USR-C210WiFi模块的第4引脚通过电阻R86与主控制器连接，USR-C210WiFi模块的第13、14引脚(VCC)并联电容C83与电解电容EC13，电感FB2的一端与电解电容EC13并联、另一端与3.3直流电源连接；USR-C210WiFi模块的第19—22引脚分别通过电阻R91—R94与主控制器连接。所述USR-C210WiFi模块实现WiFi互联，通过5个引脚(第4、19—22引脚)与主控制器连接通信，采用串口方式实现控制。

结合图7，所述串口通信电路采用美国美信公司的串口通信芯片MAX3232CSE，通过UART串口与液晶屏通信，通过串口与主控制器连接通信。所述串口通信芯片的外围电路元器件及其连接关系如图7所示。

具体应用时，智能盖板可分区段布置，通过内置的传感器采集电缆沟内各环境参数信息，通过ZigBee网络传输至网关，再通过WiFi无线网络由4G路由器传输给本地服务器或监控管理服务器汇总并存储，供运维工作人员实时监控电缆沟内运行设备的工作状态分析，判断是否有异常以便做出及时处理。还可通过内网监管或外网监管利用移动终端或远程服务器终端实现远程数据查询及控制。

本发明采用智能盖板实现电缆沟内环境数据的实时采集及显示，利用无线ZigBee技术、WiFi技术、传感器技术将监控管理服务器、本地服务器及智能盖板构建成一个完整的电缆沟环境监测平台，能够实时监测电缆沟的运行环境，全面监测电缆沟内的潜在隐患，以及监测信息的快速传输，帮助运维人员有针对性的开展对电缆沟的巡视，解决巡视无针对性或留有死角的问题，并通过该系统，将沟内环境保持在一个良好的状态，为进一步开展电缆网运行状态评估、检修提供及时有效的数据支撑，保证了电缆的安全可靠运行，有效地减轻了运维工作人员的劳动强度，提高工作效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种变电站电缆沟环境监测系统，其特征在于，主要包括监控管理服务器、本地服务器、4G路由器、若干个网关及智能盖板，监控管理服务器通过4G网络与4G路由器连接，本地服务器与4G路由器有线连接，每个智能盖板与一个网关通过ZigBee网络连接，每个网关通过无线网络与4G路由器连接；

所述智能盖板采集电缆沟的所有环境信息，通过4G路由器上传到本地服务器及监控管理服务器。

2.根据权利要求1所述的变电站电缆沟环境监测系统，其特征在于，所述智能盖板主要包括主控制器、与主控制器连接的电源模块、数据采集模块、显示屏、通讯模块。

3.根据权利要求2所述的变电站电缆沟环境监测系统，其特征在于，所述电源模块主要包括太阳能面板、锂电池、电源管理系统，太阳能面板的输出端与电源管理系统的输入端连接，锂电池与电源管理系统相互连接，电源管理系统的输出端与主控制器连接；

所述电源管理系统主要包括锂电池充电管理电路、电源管理电路。

4.根据权利要求2所述的变电站电缆沟环境监测系统，其特征在于，所述电源管理电路主要包括电源管理芯片LT3680EMSE、电阻R1、R30—R32、电解电容EC1、EC2、电容C8、C27—C29、电感L2、二极管D2，芯片LT3680EMSE的第1引脚并联电解电容EC2及电容C28，第2引脚连接电容C29，第3引脚并联二极管D2及电感L2，二极管D2的正极接地，L2的另一端并联电阻R30，芯片LT3680EMSE的第8引脚并联电阻R30及电阻R32，第4、5引脚并联电解电容EC1及电容C27，第9引脚依次串联电阻R1、电容C8，第10引脚连接电阻R31。

5.根据权利要求2所述的变电站电缆沟环境监测系统，其特征在于，所述数据采集模块主要包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器、双鉴传感器、振动传感器。

6.根据权利要求2所述的变电站电缆沟环境监测系统，其特征在于，所述显示屏采用彩色液晶屏。

7.根据权利要求2所述的变电站电缆沟环境监测系统，其特征在于，所述通讯模块主要包括有线网络通信电路、无线网络通信电路、串口通信电路、ZigBee路由器；

所述有线网络通信电路用于智能盖板与服务器后台有线网络通信；

所述无线网络通信电路用于智能盖板与服务器后台无线网络通信；

所述串口通信电路实现主控制器与显示屏通信；

所述ZigBee路由器用于智能盖板与电缆沟内的ZigBee终端设备及网关通信连接。

8.根据权利要求6所述的变电站电缆沟环境监测系统，其特征在于，所述无线网络通信电路主要包括USR-C210WiFi模块、电阻R86、R91—R94、电解电容EC13、电容C83、电感FB2；USR-C210WiFi模块的第4引脚通过电阻R86与主控制器连接，USR-C210WiFi模块的第13、14引脚并联电容C83与电解电容EC13，电感FB2的一端与电解电容EC13并联、另一端与3.3直流电源连接；USR-C210WiFi模块的第19—22引脚分别通过电阻R91—R94与主控制器连接。

9.根据权利要求1所述的变电站电缆沟环境监测系统，其特征在于，还包括移动终端、远程服务器终端；

所述移动终端与4G路由器无线通信连接，实现内网监管；或与监控管理服务器无线通信连接，实现外网监管；

所述远程服务器终端与监控管理服务器相互通信连接，实现数据查询及控制。