CN110333673A - 一种基于物联网的电缆井环境监测方法、系统及设备 - Google Patents

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CN110333673A CN201910537748.8A CN201910537748A CN110333673A CN 110333673 A CN110333673 A CN 110333673A CN 201910537748 A CN201910537748 A CN 201910537748A CN 110333673 A CN110333673 A CN 110333673A
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张城玮
张蔚翔
丁钧
张茂君
王滢
宋波
李虹
周晖
刘莉
陈强松
陶欣
曹艳萍
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Abstract

本发明提供了一种基于物联网的电缆井环境监测方法，步骤如下：基于电缆井的位置信息，在电缆井内敷设感温光缆，并沿着感温光缆敷设测温光纤；实时监测感温光缆的温度数据信息；监测电缆井环境温湿度数据信息；获取电缆井异常温度点与异常温湿度点；获取电缆井异常点的地图位置信息，且将异常点的电缆井地图信息通过通信模块发送到监测联络人的移动通讯端；触发电缆井异常的物理警报。本发明还提供了一种基于物联网的电缆井环境监测系统与监测设备。本发明的上述基于物联网的电缆井环境监测方法、系统及设备，通过系统平台将报警信息通过物理警报方式告警，而且通过APP或短信的方式通知用户，有效做到双重保险，保障了电力公司的安全生产。

Description

一种基于物联网的电缆井环境监测方法、系统及设备
技术领域
本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种基于物联网的电缆井环境监测方法、系统及设备。
背景技术
众所周知，电缆井是为了方便施工电缆敷设和运维人员线路维护而建设的，当电缆井内电源线发生短路时，极易发生火灾。一些线缆的包皮材料并不全是阻燃的材料，容易被引燃，电缆井内一旦发生火灾，将会造成整栋大楼内的供电失电和大面积的重要系统瘫痪以及大量的数据丢失，从而给电力公司造成不可估量的巨大损失。同时，这些材料燃烧后产生浓烟，浓烟中会含有大量有害气体。由于电缆井是上下贯通的，就像烟囱一样，发生火灾时，这些含有有害气体的浓烟会顺着电缆井加速向上蔓延，并扩散到楼道中。人如果吸入这些气体，就会出现窒息，进而危及生命。
电力调度大楼在电力系统中起到“中枢神经”的作用，在电力系统运行中发挥着至关重要的作用。因电力调度大楼属于高层建筑，一旦发生火灾，其可能造成的人员伤亡和社会影响极大。关于电力调度大楼的火灾，其中，因强弱电井引起的便占到90％以上。
强弱电井发生火灾，因“烟囱效应”的存在，一旦发生火灾，火势便会以极快的速度蔓延，因此需对其内部隐患提前报警预控。强弱电井电力电缆仅在投运前进行试验、投入运行后无定期试验检验，不能及时发现电缆绝缘老化等问题。强弱电井内测温需覆盖多个楼层，且无法测量电缆楼层穿墙位置，不利于经常开展，且测量数据存在失真。
常规的强弱电井火灾报警采用感温电缆测控方式，其存在“不能提前发现电缆隐患”、“施工作业时极易将感温电缆损坏”、“不能对故障点进行准确定位”、“感温电缆老化较快”、“敏感度低且不能全面监控强弱电井”等缺陷。强弱电井防火封堵在发生火灾时起到隔离着火部位、限制过火区域的作用，因调度大楼内电力缆线施放进行破坏后未及时恢复情况时有发生。
为此，目前急需开展基于物联网的调度大楼内强弱电井消防监控技术方法的研究工作，来建设一套用于实时监测电缆井内电缆温度的在线管控系统，以及时发现电缆井内电缆发热的异常现象，提前做好防范准备，及时消除故障隐患，保障电网大楼安全运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于物联网的电缆井环境监测方法、系统及设备，以方便工作人员对于电缆井的实时温度的掌控，保证电力公司的安全生产。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种基于物联网的电缆井环境监测方法，所述方法包括：
(1)基于电缆井的位置信息，在电缆井内敷设感温光缆，并沿着感温光缆敷设测温光纤；
(2)实时监测感温光缆的温度数据信息；所述感温光缆的温度数据信息为通过设置于感温光缆线路上的分布式测温主机来获取的光缆的任意点的温度数据信息；
(3)监测电缆井环境温湿度数据信息；所述电缆井环境温湿度数据信息为光纤光栅解调仪获取的光纤温湿度传感器反射光纤光信号的电缆井的周边环境温湿度数据信息；
(4)获取电缆井异常温度点与异常温湿度点；解析感温光缆的散射光波，经由光电信号转化和放大处理后，获取光缆的任意点的位置和温度，此时，超出分布式测温主机设置的温度阈值对应的位置即为异常温度点；同时，采用光纤光栅解调仪发射激光传输至光纤温湿度传感器，解调光纤反射光信号的波长信息，计算对应光纤温湿度传感器的周围温湿度，此时，超出光纤光栅解调仪设置的温湿度阈值对应的位置即为异常温湿度点；
(5)获取电缆井异常温度点与异常温湿度点的地图位置信息，且将异常点的电缆井地图信息通过通信模块发送到环境监测系统初始化设置的监测联络人的移动通讯端；
(6)通过分布式测温主机和光纤光栅解调仪获取的异常温度点、异常温湿度点触发电缆井异常的物理警报。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中通过分布式测温主机获取光缆温度数据信息的具体过程为：分布式测温主机通过激光发射装置发射脉冲激光至感温光缆，脉冲激光在感温光缆中经由设置在脉冲激光发射源后的波分复用器在感温光缆产生拉曼散射光，最后，分布式测温主机通过解析散射光信息计算感温光缆的有效测距范围内任意处的温度数据信息。
作为本发明的优选方式之一，当所述拉曼散射光反射回波分复用器，波分复用器的薄膜干涉滤光片滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，并通过波分复用器的输出端口输出、发射至光电检测器和光放大器进行光电信号转换和放大处理，再利用光时域反射技术根据转换和放大光信号的传输速率以及回波时间分别对应光信号在感温光缆的定位。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中电缆井的环境温湿度信息采用光纤温湿度传感器进行数据测量分析。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中通过光纤光栅解调仪获取光纤温湿度传感器反射光纤光信号的电缆井周边环境温湿度信息的具体过程为：利用光纤光栅解调仪发射激光，并通过分光器将光源发射的激光分发传输至所在分光器上的所有光纤温湿度传感器；所述光纤温湿度传感器反射光信号至光纤光栅解调仪，解调反射光信号的波长信息，分别计算对应光纤温湿度传感器的周围温湿度数据信息。
作为本发明的优选方式之一，所述感温光缆具体采用双环形缠绕方式固定安装在电缆中间的接头位置。
作为本发明的优选方式之一，所述光纤温湿度传感器沿电缆走向安装，并与电缆表面紧密贴合安装。
一种基于物联网的电缆井环境监测系统，所述系统包括：
电缆井的位置信息管理模块，所述电缆井的位置信息管理模块根据电缆井的位置编辑电缆井的位置地图，即先对感温光缆分段标号，再记录标记标号后的感温光缆在电缆井中的位置数据，最后将光纤温度传感器在电缆井的位置地图中标记；
感温光缆的温度数据实时监测模块，所述感温光缆的温度数据实时监测模块通过设置于感温光缆线路上的分布式测温主机获取的光缆的任意点的温度数据信息实时获取感温光缆的温度数据；
监测电缆井环境检测模块，所述监测电缆井环境检测模块用于获取电缆井环境温湿度信息，即光纤光栅解调仪获取的光纤温度传感器反射光纤光信号的电缆井的周边环境温湿度信息；
获取电缆井中异常点模块，所述获取电缆井中异常点模块通过解析感温光缆的散射光波信息，并经由光电信号转化和信号放大处理，获取光缆的任意点的位置和温度，并将超出分布式测温主机设置的温度阈值对应的位置定义为异常温度点；同时，采用光纤光栅解调仪发射激光传输至光纤温湿度传感器，解调光纤反射光信号的波长信息，计算对应光纤温湿度传感器的周围温湿度，将超出光纤光栅解调仪设置的温湿度阈值对应的位置定义为异常温湿度点；
第一报警模块，所述第一报警模块通过分布式测温主机和光纤光栅解调仪获取的异常温度点、异常温湿度点触发电缆井异常的物理警报；
第二报警模块，所述第二报警模块将所述获取电缆井中异常点模块获取的异常温度点与异常温湿度点的电缆井地图信息通过通信模块发送到环境监测系统初始化设置的监测联络人的移动通讯端。
一种基于物联网的电缆井环境监测设备，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行上述的一种基于物联网的电缆井环境监测方法。
本发明相比现有技术的优点在于：
(1)本发明的一种基于物联网的电缆井环境监测方法、系统及设备，通过系统平台的分析将监测结果或报警信息不仅在值班室通过声光报警方式告警，而且通过APP或短信的方式及时通知相关运维人员及时处理；
(2)本发明的一种基于物联网的电缆井环境监测方法、系统及设备，在有效监测控制电缆井温度的同时，还能准确获取故障点电缆温度数据所对应的位置，通过有机结合温度检测和精准定位，可以在第一时间对故障点进行维护，效率高，降低维护成本。
附图说明
图1是实施例1中基于物联网的电缆井环境监测方法的流程示意图；
图2是实施例1中基于物联网的电缆井环境监测方法的感温光缆温度获取结构框图；
图3是实施例1中基于物联网的电缆井环境监测方法的热学模型；
图4是实施例1中基于物联网的电缆井环境监测方法的电缆井温度获取结构框图；
图5是实施例1中基于物联网的电缆井环境监测系统的结构示意图。
图中：1为电缆井的位置信息管理模块，2为感温光缆的温度数据实时监测模块，3为监测电缆井环境检测模块，4为获取电缆井中异常点模块，5为第一报警模块，6为第二报警模块。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种基于物联网的电缆井环境监测方法，步骤如下：
S1：基于电缆井的位置信息，在电缆井内敷设感温光缆，并沿着感温光缆敷设测温光纤；
具体的，本发明在对感温光缆敷设过程中，针对需要连接的电缆接头，通过采用双环形缠绕方式固定在电缆中间接头处，可以有效保证感恩光缆与电缆终端头以及接头的紧密贴合解除，且在分布式测温环境下，在有效的范围长度内，采集更多的温度检测点，增强检测安全性能；优选的，双环形缠绕光缆展开的距离长度为10米；
S2：实时监测感温光缆的温度数据信息；所述感温光缆的温度数据信息为通过设置于感温光缆线路上的分布式测温主机来获取的光缆的任意点的温度数据信息；
S3：监测电缆井环境温湿度数据信息；所述电缆井环境温湿度数据信息为光纤光栅解调仪获取的光纤温湿度传感器反射光纤光信号的电缆井的周边环境温湿度数据信息；
S4：获取电缆井异常温度点与异常温湿度点；解析感温光缆的散射光波，经由光电信号转化和放大处理后，获取光缆的任意点的位置和温度，此时，超出分布式测温主机设置的温度阈值对应的位置即为异常温度点；同时，采用光纤光栅解调仪发射激光传输至光纤温湿度传感器，解调光纤反射光信号的波长信息，计算对应光纤温湿度传感器的周围温湿度，此时，超出光纤光栅解调仪设置的温湿度阈值对应的位置即为异常温湿度点；
S5：获取电缆井异常温度点与异常温湿度点的地图位置信息，且将异常点的电缆井地图信息通过通信模块发送到环境监测系统初始化设置的监测联络人的移动通讯端；
S6：通过分布式测温主机和光纤光栅解调仪获取的异常温度点、异常温湿度点触发电缆井异常的物理警报。
图2为本实施例的一种基于物联网的电缆井环境监测方法和系统的感温光缆温度获取结构框图，本实施涉及到的结构包括脉冲光源、波分复用器、信号采集模块、终端和感温光缆等。
本实施例通过将感温光缆敷设在电缆井内，设置于感温光缆线路上的分布式测温主机通过激光发射装置发射脉冲激光至感温光缆，脉冲光源在感温光缆经由设置在脉冲光源发射源后的波分复用器在感温光缆产生拉曼散射光，分布式测温主机通过解析散射光信息，计算感温光缆的有效测距范围内任意处的温度数值信息。
拉曼散射光反射回波分复用器的信号采集模块，波分复用器的薄膜干涉滤光片滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，通过波分复用器的输出端口输出，发射至光电检测器和光放大器进行光电转换和放大，终端利用光时域反射技术根据转换和放大光信号的传输速率以及回波时间分别对应光信号在感温光缆的定位。
脉冲激光在进行拉曼散射作用后，产生斯托克斯光和反斯托克斯光；斯托克斯光比脉冲激光的波长长，且斯托克斯光信号的强度与温度无关；反斯托克斯光比脉冲激光的波长短，且斯托克斯光信号的强度与温度有关，通过计算感温光缆的任意点反馈的斯托克斯光和反斯托克斯光的光信号强度比例数值，获取该点的温度值。
更具体的，通过计算电缆的载流量，即有效判断当前感恩光缆是否存在异常温度点，如图3所示，为感恩光缆的载流量计算的热学模型，且通过所述的热学模型获取载流量的计算公式：
设所述的光缆的温升为Δω，I为导体通过的电流，Δω为高于当前环境温度的导体温升，R为导体最高温度单位长度对应的交流电阻值，R1为导体与金属套的单位长度热阻值，R2为金属套与铠装电缆内衬层单位长度热阻值，R3为电缆外部保护套单位长度热阻值，R4为电缆表面和周围介质之间单位长度热阻，n为电缆(等截面并有相同负荷的导体)中载有负荷的导体数，α1为电缆金属套损耗相对于所有导体总损耗的比率，α2为电缆铠装损耗相对于所有导体总损耗的比率，即通过上述可知如下式：
Δω＝(I2R+0.5Pd)×R1+[I2R(1+α1)+Pd]×nR2+[I2R(1+α1+α2)+Pd]×n(R3+R4) (1)
根据上式可知，载流量的计算式如下：
根据光缆测温系统感温光缆敷设位置的不同上式可以进行相应的简化。如光纤放置于电缆护套表面，则公式简化为：
即通过上式可知，外界敷设条件对电缆散热的影响被简化。
图4为电缆井温湿度获取结构框图，由图4可知，电缆井的环境温湿度采用光纤温湿度传感器进行数据测量分析，通过光纤光栅解调仪解调光纤温湿度传感器，利用光纤光栅解调仪发射激光，通过分光器将光源发射的激光分发传输至所在分光器上的所有光纤温湿度传感器，所述光纤温湿度传感器反射光信号至光纤光栅解调仪，解调反射光信号的波长信息，分别计算对应光纤温湿度传感器的周围温湿度数据信息。
如图5所示，本实施例还提供了一种基于物联网的电缆井环境监测系统，包括如下：
电缆井的位置信息管理模块1，所述电缆井的位置信息管理模块1根据电缆井的位置编辑电缆井的位置地图，即先对感温光缆分段标号，再记录标记标号后的感温光缆在电缆井中的位置数据，最后将光纤温度传感器在电缆井的位置地图中标记；
感温光缆的温度数据实时监测模块2，所述感温光缆的温度数据实时监测模块2通过设置于感温光缆线路上的分布式测温主机获取的光缆的任意点的温度数据信息实时获取感温光缆的温度数据；
监测电缆井环境检测模块3，所述监测电缆井环境检测模块3用于获取电缆井环境温湿度信息，即光纤光栅解调仪获取的光纤温度传感器反射光纤光信号的电缆井的周边环境温湿度信息；
获取电缆井中异常点模块4，所述获取电缆井中异常点模块4通过解析感温光缆的散射光波信息，并经由光电信号转化和信号放大处理，获取光缆的任意点的位置和温度，并将超出分布式测温主机设置的温度阈值对应的位置定义为异常温度点；同时，采用光纤光栅解调仪发射激光传输至光纤温湿度传感器，解调光纤反射光信号的波长信息，计算对应光纤温湿度传感器的周围温湿度，将超出光纤光栅解调仪设置的温湿度阈值对应的位置定义为异常温湿度点；
第一报警模块5，所述第一报警模块5通过分布式测温主机和光纤光栅解调仪获取的异常温度点、异常温湿度点触发电缆井异常的物理警报；
第二报警模块6，所述第二报警模块6将所述获取电缆井中异常点模块4获取的异常温度点与异常温湿度点的电缆井地图信息通过通信模块发送到环境监测系统初始化设置的监测联络人的移动通讯端。
具体的，用户通过控制端对电缆井环境进行监测和管理，电缆井的位置信息管理模块1根据电缆井的位置编辑电缆井的位置地图，感温光缆分段标号，标记标号后的感温光缆在电缆井中的位置数据，且将光纤温度传感器在电缆井的位置地图中标记；感温光缆的温度数据实时监测模块2与监测电缆井环境检测模块3分别实时获取感温光缆的温度值以及电缆井的温湿度数值；获取电缆井中异常点模块4实时进行电缆井的异常温度点、异常温湿度点信息获取，当采集到温度点、温湿度点不在控制端预设值的阈值温度范围内，获取电缆井中异常点模块4反馈信息至控制端，控制端通过第一报警模块5进行物理报警，优选的，所述物理报警为警示灯报警或蜂鸣器报警；且通过第二报警模块6通过电话或短信通知用户当前电缆井有异常，需要立即处理。
此外，本实施例还提供了一种基于物联网的电缆井环境监测设备，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行上述基于物联网的电缆井环境监测方法。
本实施例的上述基于物联网的电缆井环境监测方法、系统和设备，通过系统平台的分析将监测结果或报警信息不仅在值班室通过声光报警方式告警，而且通过APP或短信的方式及时通知相关运维人员及时处理，有效做到双重保险，保障了电力公司的安全生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于物联网的电缆井环境监测方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)基于电缆井的位置信息，在电缆井内敷设感温光缆，并沿着感温光缆敷设测温光纤；
(2)实时监测感温光缆的温度数据信息；所述感温光缆的温度数据信息为通过设置于感温光缆线路上的分布式测温主机来获取的光缆的任意点的温度数据信息；
(3)监测电缆井环境温湿度数据信息；所述电缆井环境温湿度数据信息为光纤光栅解调仪获取的光纤温湿度传感器反射光纤光信号的电缆井的周边环境温湿度数据信息；
(4)获取电缆井异常温度点与异常温湿度点；解析感温光缆的散射光波，经由光电信号转化和放大处理后，获取光缆的任意点的位置和温度，此时，超出分布式测温主机设置的温度阈值对应的位置即为异常温度点；同时，采用光纤光栅解调仪发射激光传输至光纤温湿度传感器，解调光纤反射光信号的波长信息，计算对应光纤温湿度传感器的周围温湿度，此时，超出光纤光栅解调仪设置的温湿度阈值对应的位置即为异常温湿度点；
(5)获取电缆井异常温度点与异常温湿度点的地图位置信息，且将异常点的电缆井地图信息通过通信模块发送到环境监测系统初始化设置的监测联络人的移动通讯端；
(6)通过分布式测温主机和光纤光栅解调仪获取的异常温度点、异常温湿度点触发电缆井异常的物理警报。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的电缆井环境监测方法，其特征在于，所述步骤(2)中通过分布式测温主机获取光缆温度数据信息的具体过程为：分布式测温主机通过激光发射装置发射脉冲激光至感温光缆，脉冲激光在感温光缆中经由设置在脉冲激光发射源后的波分复用器在感温光缆产生拉曼散射光，最后，分布式测温主机通过解析散射光信息计算感温光缆的有效测距范围内任意处的温度数据信息。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的电缆井环境监测方法，其特征在于，当所述拉曼散射光反射回波分复用器，波分复用器的薄膜干涉滤光片滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，并通过波分复用器的输出端口输出、发射至光电检测器和光放大器进行光电信号转换和放大处理，再利用光时域反射技术根据转换和放大光信号的传输速率以及回波时间分别对应光信号在感温光缆的定位。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的电缆井环境监测方法，其特征在于，所述步骤(3)中电缆井的环境温湿度信息采用光纤温湿度传感器进行数据测量分析。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的电缆井环境监测方法，其特征在于，所述步骤(3)中通过光纤光栅解调仪获取光纤温湿度传感器反射光纤光信号的电缆井周边环境温湿度信息的具体过程为：利用光纤光栅解调仪发射激光，并通过分光器将光源发射的激光分发传输至所在分光器上的所有光纤温湿度传感器；所述光纤温湿度传感器反射光信号至光纤光栅解调仪，解调反射光信号的波长信息，分别计算对应光纤温湿度传感器的周围温湿度数据信息。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的电缆井环境监测方法，其特征在于，所述感温光缆具体采用双环形缠绕方式固定安装在电缆中间的接头位置。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的电缆井环境监测方法，其特征在于，所述光纤温湿度传感器沿电缆走向安装，并与电缆表面紧密贴合安装。
8.一种基于物联网的电缆井环境监测系统，其特征在于，所述系统包括：
电缆井的位置信息管理模块，所述电缆井的位置信息管理模块根据电缆井的位置编辑电缆井的位置地图，即先对感温光缆分段标号，再记录标记标号后的感温光缆在电缆井中的位置数据，最后将光纤温度传感器在电缆井的位置地图中标记；
感温光缆的温度数据实时监测模块，所述感温光缆的温度数据实时监测模块通过设置于感温光缆线路上的分布式测温主机获取的光缆的任意点的温度数据信息实时获取感温光缆的温度数据；
监测电缆井环境检测模块，所述监测电缆井环境检测模块用于获取电缆井环境温湿度信息，即光纤光栅解调仪获取的光纤温度传感器反射光纤光信号的电缆井的周边环境温湿度信息；
获取电缆井中异常点模块，所述获取电缆井中异常点模块通过解析感温光缆的散射光波信息，并经由光电信号转化和信号放大处理，获取光缆的任意点的位置和温度，并将超出分布式测温主机设置的温度阈值对应的位置定义为异常温度点；同时，采用光纤光栅解调仪发射激光传输至光纤温湿度传感器，解调光纤反射光信号的波长信息，计算对应光纤温湿度传感器的周围温湿度，将超出光纤光栅解调仪设置的温湿度阈值对应的位置定义为异常温湿度点；
第一报警模块，所述第一报警模块通过分布式测温主机和光纤光栅解调仪获取的异常温度点、异常温湿度点触发电缆井异常的物理警报；
第二报警模块，所述第二报警模块将所述获取电缆井中异常点模块获取的异常温度点与异常温湿度点的电缆井地图信息通过通信模块发送到环境监测系统初始化设置的监测联络人的移动通讯端。
9.一种基于物联网的电缆井环境监测设备，其特征在于，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1-7任一所述的一种基于物联网的电缆井环境监测方法。
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