CN110797981B - 一种隧道中的电力电缆安全监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道中的电力电缆安全监控系统，所述系统包括：若干光纤传感器、传输光纤、信号处理器；若干光纤传感器安装在隧道中的电力电缆外表面，对电力电缆的振动信号进行采集，并将采集的信号通过传输光纤传输给后端的信号处理器，信号处理器基于光纤传感器采集的振动信号判断电力电缆是否出现异常情况，若出现异常情况，则发出告警信息至预设终端；解决现有人工巡检存在的问题，实现通过隧道中的电力电缆安全监控系统，智能及自动的对隧道中的电力电缆进行安全监控的技术效果。

Description

一种隧道中的电力电缆安全监控系统
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体地，涉及一种隧道中的电力电缆安全监控系统。
背景技术
在电力系统中，电力线缆承担的输电和数据传输的重要任务，因此，电力线缆的安全监控尤为重要，特别是隧道中的电力线缆，由于隧道中地质复杂，容易发生垮塌、塌陷等地质灾害，因此，传统的隧道中的输电线缆监控主要采用人工进行巡检，效率较低，且不容易提前发现问题，因为有的地质灾害是缓慢发生的，起初的地址形变较小，且存在一定的安全隐患，如正在巡检时发送塌方等等。
发明内容
本发明提供了一种隧道中的电力电缆安全监控系统，目的解决现有人工巡检存在的问题，实现通过隧道中的电力电缆安全监控系统，智能及自动的对隧道中的电力线缆进行安全监控的技术效果。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种隧道中的电力电缆安全监控系统，所述系统包括：
若干光纤传感器、传输光纤、信号处理器；若干光纤传感器安装在隧道中的电力电缆外表面，对电力电缆的振动信号进行采集，并将采集的信号通过传输光纤传输给后端的信号处理器，信号处理器基于光纤传感器采集的振动信号判断电力电缆是否出现异常情况，若出现异常情况，则发出告警信息至预设终端。
其中，本发明的原理为：通过光纤传感器安装在隧道中的电力电缆外表面，对电力电缆的振动信号进行采集，并将采集的信号通过传输光纤传输给后端的信号处理器，信号处理器基于光纤传感器采集的振动信号判断电力电缆是否出现异常情况，若出现异常情况，则发出告警信息至预设终端。实现了系统智能和自动对隧道中的电力电缆进行监控，避免了传统的人工巡检。
优选的，所述光纤传感器通过安装结构贴合在电力电缆外表面，所述安装结构包括：
橡胶垫、第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍；橡胶垫为半圆筒状，第一抱箍的上半部分箍板内壁与橡胶垫左半部分外表面贴合，第二抱箍的上半部分箍板内壁与橡胶垫中部外表面贴合，第三抱箍的上半部分箍板内壁与橡胶垫右半部分外表面贴合，电力电缆外表面穿过第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍，第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍用于将橡胶球固定在电力电缆外表面，光纤传感器贴合在橡胶垫外表面。
其中，设计这种特殊安装结构的目的是：一是利用第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍能够紧固的将橡胶垫贴合在电力电缆上，这样电力线缆上的振动能够更加准确的被贴合在橡胶垫上的光纤传感器，避免了采集的信号不准确或采集的信号强度弱或采集的信号不全的问题，且橡胶垫为半圆筒状能够良好的与圆筒状的电力电缆进行贴合，进一步保障将电力电缆真实准确的振动情况传输给橡胶垫，进而被光纤传感器采集，进一步保障信号采集的准确性和全面性以及真实性。
且上述采用了第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍，这样设计的目的是抱箍能够适应在圆筒状上的电力电缆上固定，且由于隧道中每个位置出现事故的几率不一样，因此需要有时调整光纤传感器的分布位置，此时只需要松开第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍，在电力电缆上滑动橡胶垫即可，方便调整位置，滑动后收紧第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍即可。
进一步的，所述橡胶垫内表面设有设有若干凹槽，每个凹槽内均嵌入有能够滑动的滑轮，这样设计的目的是更加方便的使得橡胶垫在电力电缆上滑动，因为电力电缆长时间在隧道中，表面会有杂质和污垢，利用滑轮能够快速方便省力的进行滑动。
优选的，光纤传感器均设有唯一的编号，且光纤传感器上设有定位模块，光纤传感器还用于在每间隔一段预设时间，将光纤传感器的实时位置和编号发送到信号处理器，当信号处理器监测到出现异常情况时，将异常情况处的光纤传感器的编号和位置发送到预设终端，利用光纤的编号和实时位置能够准确的对电力电缆异常的位置进行定位，便于工作人员快速进行检修和抢险。
优选的，所述系统还包括数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元用于采集隧道的历史数据，包括：历史塌陷数据、历史滑坡数据、历史塌方数据、历史地震数据、历史维修和检修数据，并将采集的历史数据传输给数据处理单元，所述数据处理单元用于将隧道划分为若干区域，基于历史数据进行计算，分别计算出每个区域发生隧道安全事故的几率，并根据几率从大到小进行排名，在安装光纤传感器时，安装排名由大到小的顺序依次进行安装。
发明人研究发现，若在隧道中电力电缆上每间隔一段距离就安装一个光纤传感器，实现隧道内电力电缆全覆盖的话需要大量的光纤传感器，这样成本较高，而发明人根据对隧道的历史数据的采集，通过对隧道的历史数据的分析发现，隧道出现地质灾害的地方集中在某些区域，而对这些区域进行重点监测，对其它区域进行次要监测，则可以节约光纤传感器的数量，节约成本的同时能够对电力电缆进行良好的监测。
优选的，所述信号处理器内设有电力电缆异常信号识别模型，所述系统还包括第一模拟单元和第二模拟单元，第一模拟单元用于模拟隧道异常情况时产生的振动信号，此时光纤传感器将采集到的第一模拟信号发送到信号处理器，第二模拟单元用于模拟隧道正常情况时产生的振动信号，此时光纤传感器将采集到的第二模拟信号发送到信号处理器，基于第一模型信号和对应的隧道异常情况以及第二模型信号和对应的隧道正常情况构建训练样本，基于训练样本对电力电缆异常信号识别模型进行训练，获得训练后的电力电缆异常信号识别模型；当光纤传感器采集的实时的信号通过传输光纤传输给后端的信号处理器，信号处理器基于训练后的电力电缆异常信号识别模型对实时信号的类型进行判断，当判断出为该信号为模拟隧道异常情况时发出的，则进一步基于光纤传感器采集的振动信号判断电力电缆是否出现异常情况，若出现异常情况，则发出告警信息至预设终端；若当判断出为该信号为模拟隧道正常情况时发出的，则信号处理器直接判断隧道正常振动，不发出告警信息。
发明人在研究发现，若采用信号处理器对采集的信号直接进行判断，容易出现错误判断的情况，如工人进行检修导致的电力电缆振动或者小动物攀爬导致的电力电缆振动，这样对导致系统经常错误报警，影响系统的正常使用，因此，本系统在信号处理器内设有电力电缆异常信号识别模型，首先采集人进行检修导致的电力电缆振动或者小动物攀爬导致的电力电缆振动导致的信号建立训练样本，然后对模型进行训练，然后在信号处理器处理信号前对信号是否为异常信号进行识别，将非正常信号剔除出来，避免频繁或错误报警，提高系统报警的准确率。
其中，隧道正常情况时产生的振动信号包括：工人检修产生的振动信号和动物在输电线路上攀爬产生的振动信号。
其中，所述系统还包括发电单元、电能存储单元和供电管理单元，发电单元、电能存储单元和供电管理单元均安装在隧道内，发电单元为风力发电器，风力发电器与电能存储单元连接，电能存储单元用于对发电单元产生的电能进行存储，电能存储单元与供电管理单元连接，供电管理单元用于向系统进行供电。隧道内通常风力充足，因此，利用风力发电器可以提高电能，节能环保。
优选的，所述系统还包括报警器，用于在信号处理器判断电力电缆出现异常情况时进行报警。
优选的，所述报警器为声光报警器。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
解决现有人工巡检存在的问题，实现通过隧道中的电力电缆安全监控系统，智能及自动的对隧道中的电力电缆进行安全监控的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1是本申请中隧道中的电力电缆安全监控系统的组成示意图；
图2是本申请中安装结构的结构示意图；
其中，1-隧道，2-电力电缆，3-光纤传感器，4-信号处理器，5-橡胶垫，6-第一抱箍，7-第二抱箍，8-第三抱箍。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
请参考图1，本申请实施例提供了一种隧道中的电力电缆安全监控系统，所述系统包括：
若干光纤传感器、传输光纤、信号处理器；若干光纤传感器安装在隧道中的电力电缆外表面，对电力电缆的振动信号进行采集，并将采集的信号通过传输光纤传输给后端的信号处理器，信号处理器基于光纤传感器采集的振动信号判断电力电缆是否出现异常情况，若出现异常情况，则发出告警信息至预设终端。
其中，本发明的原理为：通过光纤传感器安装在隧道中的电力电缆外表面，对电力电缆的振动信号进行采集，并将采集的信号通过传输光纤传输给后端的信号处理器，信号处理器基于光纤传感器采集的振动信号判断电力电缆是否出现异常情况，若出现异常情况，则发出告警信息至预设终端。实现了系统智能和自动对隧道中的电力电缆进行监控，避免了传统的人工巡检。
其中，在本发明实施例中，所述光纤传感器通过安装结构贴合在电力电缆外表面，请参考图2，所述安装结构包括：
橡胶垫、第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍；橡胶垫为半圆筒状，第一抱箍的上半部分箍板内壁与橡胶垫左半部分外表面贴合，第二抱箍的上半部分箍板内壁与橡胶垫中部外表面贴合，第三抱箍的上半部分箍板内壁与橡胶垫右半部分外表面贴合，电力电缆外表面穿过第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍，第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍用于将橡胶球固定在电力电缆外表面，光纤传感器贴合在橡胶垫外表面。
其中，设计这种特殊安装结构的目的是：一是利用第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍能够紧固的将橡胶垫贴合在电力电缆上，这样电力线缆上的振动能够更加准确的被贴合在橡胶垫上的光纤传感器，避免了采集的信号不准确或采集的信号强度弱或采集的信号不全的问题，且橡胶垫为半圆筒状能够良好的与圆筒状的电力电缆进行贴合，进一步保障将电力电缆真实准确的振动情况传输给橡胶垫，进而被光纤传感器采集，进一步保障信号采集的准确性和全面性以及真实性。
且上述采用了第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍，这样设计的目的是抱箍能够适应在圆筒状上的电力电缆上固定，且由于隧道中每个位置出现事故的几率不一样，因此需要有时调整光纤传感器的分布位置，此时只需要松开第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍，在电力电缆上滑动橡胶垫即可，方便调整位置，滑动后收紧第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍即可。
其中，在本发明实施例中，所述橡胶垫内表面设有设有若干凹槽，每个凹槽内均嵌入有能够滑动的滑轮，这样设计的目的是更加方便的使得橡胶垫在电力电缆上滑动，因为电力电缆长时间在隧道中，表面会有杂质和污垢，利用滑轮能够快速方便省力的进行滑动。
其中，在本发明实施例中，光纤传感器均设有唯一的编号，且光纤传感器上设有定位模块，光纤传感器还用于在每间隔一段预设时间，将光纤传感器的实时位置和编号发送到信号处理器，当信号处理器监测到出现异常情况时，将异常情况处的光纤传感器的编号和位置发送到预设终端，利用光纤的编号和实时位置能够准确的对电力电缆异常的位置进行定位，便于工作人员快速进行检修和抢险。
其中，在本发明实施例中，所述系统还包括数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元用于采集隧道的历史数据，包括：历史塌陷数据、历史滑坡数据、历史塌方数据、历史地震数据、历史维修和检修数据，并将采集的历史数据传输给数据处理单元，所述数据处理单元用于将隧道划分为若干区域，基于历史数据进行计算，分别计算出每个区域发生隧道安全事故的几率，并根据几率从大到小进行排名，在安装光纤传感器时，安装排名由大到小的顺序依次进行安装。
发明人研究发现，若在隧道中电力电缆上每间隔一段距离就安装一个光纤传感器，实现隧道内电力电缆全覆盖的话需要大量的光纤传感器，这样成本较高，而发明人根据对隧道的历史数据的采集，通过对隧道的历史数据的分析发现，隧道出现地质灾害的地方集中在某些区域，而对这些区域进行重点监测，对其它区域进行次要监测，则可以节约光纤传感器的数量，节约成本的同时能够对电力电缆进行良好的监测。
其中，在本发明实施例中，所述信号处理器内设有电力电缆异常信号识别模型，所述系统还包括第一模拟单元和第二模拟单元，第一模拟单元用于模拟隧道异常情况时产生的振动信号，此时光纤传感器将采集到的第一模拟信号发送到信号处理器，第二模拟单元用于模拟隧道正常情况时产生的振动信号，此时光纤传感器将采集到的第二模拟信号发送到信号处理器，基于第一模型信号和对应的隧道异常情况以及第二模型信号和对应的隧道正常情况构建训练样本，基于训练样本对电力电缆异常信号识别模型进行训练，获得训练后的电力电缆异常信号识别模型；当光纤传感器采集的实时的信号通过传输光纤传输给后端的信号处理器，信号处理器基于训练后的电力电缆异常信号识别模型对实时信号的类型进行判断，当判断出为该信号为模拟隧道异常情况时发出的，则进一步基于光纤传感器采集的振动信号判断电力电缆是否出现异常情况，若出现异常情况，则发出告警信息至预设终端；若当判断出为该信号为模拟隧道正常情况时发出的，则信号处理器直接判断隧道正常振动，不发出告警信息。
发明人在研究发现，若采用信号处理器对采集的信号直接进行判断，容易出现错误判断的情况，如工人进行检修导致的电力电缆振动或者小动物攀爬导致的电力电缆振动，这样对导致系统经常错误报警，影响系统的正常使用，因此，本系统在信号处理器内设有电力电缆异常信号识别模型，首先采集人进行检修导致的电力电缆振动或者小动物攀爬导致的电力电缆振动导致的信号建立训练样本，然后对模型进行训练，然后在信号处理器处理信号前对信号是否为异常信号进行识别，将非正常信号剔除出来，避免频繁或错误报警，提高系统报警的准确率。
其中，隧道正常情况时产生的振动信号包括：工人检修产生的振动信号和动物在输电线路上攀爬产生的振动信号。
其中，所述系统还包括发电单元、电能存储单元和供电管理单元，发电单元、电能存储单元和供电管理单元均安装在隧道内，发电单元为风力发电器，风力发电器与电能存储单元连接，电能存储单元用于对发电单元产生的电能进行存储，电能存储单元与供电管理单元连接，供电管理单元用于向系统进行供电。隧道内通常风力充足，因此，利用风力发电器可以提高电能，节能环保。
其中，在本发明实施例中，所述系统还包括报警器，用于在信号处理器判断电力电缆出现异常情况时进行报警。
其中，在本发明实施例中，所述报警器为声光报警器。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种隧道中的电力电缆安全监控系统，其特征在于，所述系统包括：
若干光纤传感器、传输光纤、信号处理器；若干光纤传感器安装在隧道中的电力电缆外表面，对电力电缆的振动信号进行采集，并将采集的信号通过传输光纤传输给后端的信号处理器，信号处理器基于光纤传感器采集的振动信号判断电力电缆是否出现异常情况，若出现异常情况，则发出告警信息至预设终端；
所述光纤传感器通过安装结构贴合在电力电缆外表面，所述安装结构包括：
橡胶垫、第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍；橡胶垫为半圆筒状，第一抱箍的上半部分箍板内壁与橡胶垫左半部分外表面贴合，第二抱箍的上半部分箍板内壁与橡胶垫中部外表面贴合，第三抱箍的上半部分箍板内壁与橡胶垫右半部分外表面贴合，电力电缆外表面穿过第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍，第一抱箍、第二抱箍和第三抱箍用于将橡胶垫固定在电力电缆外表面，光纤传感器贴合在橡胶垫外表面；
所述橡胶垫内表面设有若干凹槽，每个凹槽内均嵌入有能够滑动的滑轮；
所述系统还包括数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元用于采集隧道的历史数据，包括：历史塌陷数据、历史滑坡数据、历史塌方数据、历史地震数据、历史维修和检修数据，并将采集的历史数据传输给数据处理单元，所述数据处理单元用于将隧道划分为若干区域，基于历史数据进行计算，分别计算出每个区域发生隧道安全事故的几率，并根据几率从大到小进行排名，在安装光纤传感器时，安装排名由大到小的顺序依次进行安装。
2.根据权利要求1所述的隧道中的电力电缆安全监控系统，其特征在于，光纤传感器均设有唯一的编号，且光纤传感器上设有定位模块，光纤传感器还用于在每间隔一段预设时间，将光纤传感器的实时位置和编号发送到信号处理器，当信号处理器监测到出现异常情况时，将异常情况处的光纤传感器的编号和位置发送到预设终端。
3.根据权利要求1所述的隧道中的电力电缆安全监控系统，其特征在于，所述信号处理器内设有电力电缆异常信号识别模型，所述系统还包括第一模拟单元和第二模拟单元，第一模拟单元用于模拟隧道异常情况时产生的振动信号，此时光纤传感器将采集到的第一模拟信号发送到信号处理器，第二模拟单元用于模拟隧道正常情况时产生的振动信号，此时光纤传感器将采集到的第二模拟信号发送到信号处理器，基于第一模拟信号和对应的隧道异常情况以及第二模拟信号和对应的隧道正常情况构建训练样本，基于训练样本对电力电缆异常信号识别模型进行训练，获得训练后的电力电缆异常信号识别模型；当光纤传感器采集的实时的信号通过传输光纤传输给后端的信号处理器，信号处理器基于训练后的电力电缆异常信号识别模型对实时信号的类型进行判断，当判断出该信号为模拟隧道异常情况时发出的，则进一步基于光纤传感器采集的振动信号判断电力电缆是否出现异常情况，若出现异常情况，则发出告警信息至预设终端；若当判断出该信号为模拟隧道正常情况时发出的，则信号处理器直接判断隧道正常振动，不发出告警信息。
4.根据权利要求3所述的隧道中的电力电缆安全监控系统，其特征在于，隧道正常情况时产生的振动信号包括：工人检修产生的振动信号和动物在输电线路上攀爬产生的振动信号。
5.根据权利要求1所述的隧道中的电力电缆安全监控系统，其特征在于，所述系统还包括发电单元、电能存储单元和供电管理单元，发电单元、电能存储单元和供电管理单元均安装在隧道内，发电单元为风力发电器，风力发电器与电能存储单元连接，电能存储单元用于对发电单元产生的电能进行存储，电能存储单元与供电管理单元连接，供电管理单元用于向系统进行供电。
6.根据权利要求1所述的隧道中的电力电缆安全监控系统，其特征在于，所述系统还包括报警器，用于在信号处理器判断电力电缆出现异常情况时进行报警。
7.根据权利要求6所述的隧道中的电力电缆安全监控系统，其特征在于，所述报警器为声光报警器。
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