CN111024160B

CN111024160B - 一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测信号的采集方法及系统

Info

Publication number: CN111024160B
Application number: CN201911358560.3A
Authority: CN
Inventors: 李家建; 梁俊; 韩涛; 顾泽玉; 朱宇辰
Original assignee: Sichuan Ruiting Electric Power Technology Co ltd
Current assignee: Sichuan Ruiting Zhihui Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2039-12-25
Also published as: CN111024160A

Abstract

本发明涉及一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测信号的采集方法及系统，方法包括：通过设置于电缆连接头缆芯处的温湿度传感器获取对应位置的温湿度数据；数据采集节点通过无线方式，轮询采集所述温湿度数据并多跳上传到接入节点；接入节点对接收到的所述温湿度数据进行处理，然后传输到服务器进行温湿度的在线监测。本发明通过在紧贴电缆连接头缆芯处设置无线温湿度传感器，并通过数据采集节点以无线轮询的方式采集该无线温湿度传感器的温湿度数据，然后在接入节点将该数据进行处理后传输到远端服务器进行在线监测，具有在远程可以监测到发热点的真实温湿度、降低了在线监测数据采集的功耗和成本的效果。

Description

一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测信号的采集方法及系统

技术领域

本发明涉及电力电缆状态监测技术领域，尤其是涉及一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测信号的采集方法及系统。

背景技术

目前，配网电缆运行温湿度的监测一直是世界难题，每年都有电缆燃烧爆炸的事故发生，特别是高压、超高压输电电缆的三相连接点处。近年来国家电网也在重点解决输电线路的温湿度在线监测问题。

现有的解决上述问题的方式主要是通过电池供电的电缆温湿度监测装置对电缆三相的连接点的表面温湿度进行监测，然后以一个连接点一个GPRS模块上传数据到服务器的在线方式；或者，通过运维人员巡检的离线方式进行监测。但上述现有技术方案存在以下缺陷：离线方式效率低不安全；在线方式不能准确测量出实际发热连接点缆芯的温湿度（特别是发热点的真实温度和测量得到温度相差甚至达到50℃以上），一个连接点一个GPRS模块也会导致监测功耗和成本提高，且测量装置和GPRS模块采用电池供电方式使用寿命将受限。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测信号的采集方法及系统，旨在采集、在线监测电缆缆芯处的真实温湿度，并降低在线监测数据采集的功耗和成本。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本发明提供一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测的信号采集方法，包括：

通过设置于电缆连接头缆芯处的温湿度传感器获取对应位置的温湿度数据；

数据采集节点通过无线方式，轮询采集所述温湿度数据并多跳上传到接入节点；

接入节点对接收到的所述温湿度数据进行处理，然后传输到服务器进行温湿度的在线监测。

通过采用上述技术方案，在电缆连接头缆芯处设置无线温湿度传感器，并通过数据采集节点以无线轮询的方式采集该无线温湿度传感器的温湿度数据，然后在接入节点将该数据进行处理后传输到远端服务器进行在线监测，实现在远程也可以监测到发热点的真实温湿度，且多个数据采集节点多跳传输并使用同一个GPRS模块进行数据上传，降低了在线监测数据采集的功耗和成本。

本发明进一步设置为：所述温湿度数据包括A、B、C三相温湿度数据，通过设置在对应A、B、C三相电缆缆芯处的无源温湿度传感器获取。

通过采用上述技术方案，在三相电缆缆芯处设置对应A、B、C三相的三个无源温湿度传感器来分别获取上述A、B、C三相温湿度数据，可以获得准确全面的温湿度监测数据。

本发明进一步设置为：所述数据采集节点轮询采集所述温湿度数据的方法包括：

数据采集节点设置一个轮询时间周期；

在所述轮询时间周期内，数据采集节点分别轮询A、B、C三相对应的温湿度传感器，采集A、B、C三相温湿度数据并多跳上传到接入节点；

重复上述步骤，采集下一个轮询时间周期的三相温湿度数据。

通过采用上述技术方案，通过在上述轮询时间周期内轮询的方式，可以以一个数据采集节点分时采集三个温湿度传感器的数据，降低了数据采集的功耗和成本。

本发明进一步设置为：所述接入节点对接收到的所述温湿度数据进行处理，然后传输到服务器进行温湿度的在线监测的方法包括：

接入节点对接收到的所述温湿度数据进行安全加密；

通过GPRS对加密后的数据进行传输，直到数据到达在线监测服务器。

通过采用上述技术方案，一个接入节点可以接收在其辖区内的多个数据采集节点上传的温湿度数据，对这些数据进行安全加密（后通过GPRS传输到在线监测服务器进行实时监测，提高了数据的安全性并方便远距离无人监测，实现监测自动化。

第二方面，本发明提供一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测的信号采集系统，包括：

用于在线显示和监测配电电缆连接头缆芯温湿度数据的在线监测服务器；

至少三个设置于所述电缆连接头缆芯处的温湿度传感器，分别采集所述配电电缆连接头处的三相缆芯的温湿度数据；

至少一个数据采集节点，用于通过无线方式，轮询采集所述温湿度传感器的温湿度数据然后上传；以及

接入节点，用于接收所述数据采集节点上传的温湿度数据并向所述在线监测服务器传输所述温湿度数据。

通过采用上述技术方案，多个数据采集节点以轮询的方式从设置于所述电缆连接头缆芯处的温湿度传感器处分别采集所述配电电缆连接头处的三相缆芯的温湿度数据，然后通过同一个接入节点上传到监测服务器，可以在更低成本、更低功耗下实现三相温湿度数据的准确采集。

本发明进一步设置为：所述数据采集节点包括无线收发模块，所述无线收发模块的接收天线设置于所述温湿度传感器处。

通过采用上述技术方案，将数据采集节点无线收发模块的接收天线设置于所述温湿度传感器处，可以有效采集和传输温湿度数据。

本发明进一步设置为：所述数据采集节点通过所述无线收发模块的接收天线来接收所述温湿度传感器的温湿度数据，并将所述数据通过所述无线收发模块的发送天线上传到所述接入节点。

通过采用上述技术方案，通过所述无线收发模块的接收天线、发送天线来接收和发送所述温湿度传感器的温湿度数据，避免了电缆间使用有线传感器采集数据的安全问题。

本发明进一步设置为：所述数据采集节点执行上述适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测信号的采集方法，实现在轮询时间周期内从所述温湿度传感器轮询采集所述温湿度数据。

通过采用上述技术方案，使用上述数据采集节点的无线收发模块以轮询采集的方式，可以在更低成本、更低功耗下实现三相温湿度数据的采集。

本发明进一步设置为：所述温湿度数据包括温湿度超限报警数据，所述轮询时间周期包括轮询采集温湿度超限报警数据的时间周期。

通过采用上述技术方案，采集温湿度超限报警数据便于对温湿度超限进行预警。

本发明进一步设置为：所述数据采集节点在所述轮询采集温湿度超限报警数据的时间周期内向所述接入节点上传所述温湿度数据。

通过采用上述技术方案，轮询采集并上传温湿度超限报警数据可以监测到温湿度的异常，有利于及时对异常点进行处理。

综上所述，本发明的有益技术效果为：在紧贴电缆连接头缆芯处设置无线温湿度传感器，并通过数据采集节点以无线轮询的方式采集该无线温湿度传感器的温湿度数据，然后在接入节点将该数据进行处理后传输到远端服务器进行在线监测，实现在远程也可以监测到发热点的真实温湿度，且多个数据采集节点多跳传输并使用同一个GPRS模块进行数据上传，降低了在线监测数据采集的功耗和成本。

附图说明

图1是本发明的一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测信号的采集方法的流程图。

图2是本发明的一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测的信号采集系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，图1为本发明公开的一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测信号的采集方法的流程图，包括步骤：

101、通过设置于电缆连接头缆芯处的温湿度传感器获取对应位置的温湿度数据。

在本实施例中，输电电缆的发热点集中于上述电缆连接点的缆芯处，通过在缆芯外套一层导体连接管，然后将上述温湿度传感器紧贴于该导体连接管，从而可以尽可能接近电缆连接点，测量出实际发热缆芯处的温湿度，获取到比较准确的温湿度数据。上述温湿度传感器还可以采用无源供电传感器，通过互感的方式（如电压互感、电流互感等）从电缆处取电，使用方便且寿命也得到了延长。

102、数据采集节点通过无线方式，轮询采集所述温湿度数据并多跳上传到接入节点。

在本实施例中，一方面，由于输电电缆属于高压设备，不可以在安全间距内有其他信号线的连接，使得上述温湿度传感器采集到的数据不能通过有线方式进行传输，因而上述温湿度传感器采用无线传感器来保证安全间距。另一方面，上述紧贴于电缆连接点缆芯处的温湿度传感器的外层安装有半导电层、内屏蔽管、铜屏蔽带、铠装带保护层等材料，会对无线信号产生一定的屏蔽作用，不利于无线传感器数据的传输；在本发明实施例中，上述数据采集节点的无线接收天线被设置于上述无线温湿度传感器和铜屏蔽带之间，在一定时间周期内该数据采集节点通过无线接收天线轮询上述无线温湿度传感器，若传感器有数据则采集，没有数据则可以处于低功耗休眠状态，从而可以有效接收上述温湿度传感器的无线数据，其中数据采集节点和无线温湿度传感器之间采用低功耗无线传输协议（如蓝牙、WIFI、ZIGBEE等）；然后将轮询采集到的数据在合适的时候（如低功耗状态下）以多跳传输的方式（通过其它数据采集节点），发送到接入节点，提高了数据传输的可靠性。

103、接入节点对接收到的所述温湿度数据进行处理，然后传输到服务器进行温湿度的在线监测。

本实施例中，接入节点安装在环网柜内，负责采集附近多个数据采集节点上传的数据，然后将数据经过安全加密后，通过一个内置于接入节点的GPRS模块向上传输到远端在线监测服务器进行实时监测，或者通过网口、串口等接口使用标准协议供其他系统集成。其中，多个数据采集节点采用多跳数据传输的方式，即一个数据采集节点的数据可以先通过无线传输到相邻的其它数据采集节点，再通过其它节点上传到上述接入节点。多个数据采集节点通过一个GPRS模块上传数据，可以降低设备功耗和成本。上述接入节点采用PT（电压互感器）供电，延长了节点的使用寿命。

本实施例的实施原理为：在紧贴电缆连接头缆芯处设置无线温湿度传感器，并通过数据采集节点以无线轮询的方式采集该无线温湿度传感器的温湿度数据，然后在接入节点将该数据进行处理后传输到远端服务器进行在线监测，在远程也可以监测到发热点的真实温湿度，且多个数据采集节点多跳传输并使用同一个GPRS模块进行数据上传，降低了在线监测数据采集的功耗和成本。

进一步的，所述温湿度数据包括A、B、C三相温湿度数据，通过设置在对应A、B、C三相电缆缆芯处的无源温湿度传感器获取。

现在高压输电多是A相、B相、C相三相电，因此在输电电缆中的一个三相连接点，需要在三相电缆缆芯处设置对应A、B、C三相的三个无源温湿度传感器来分别获取上述A、B、C三相温湿度数据，可以获得准确全面的温湿度监测数据。

进一步的，所述数据采集节点轮询采集所述温湿度数据的方法包括：

数据采集节点设置一个轮询时间周期；

在本实施例中，上述数据采集节点根据上述A、B、C三个无源温湿度传感器的数据发送周期T1设置一个轮询时间周期T3=3T1，并在该时间周期内分别轮询上述A、B、C三相温湿度传感器，采集每个传感器的温湿度数据；进一步的该数据采集节点轮询时间周期T3还包括一个突发温湿度报警数据上传周期为T2，即T3=3T1+T2，具体过程如下步骤：

1、数据采集节点上电初始化。

2、在数据采集节点轮询时间周期的第一个T1时间内，查看有无数据接收窗口期（暂不接受数据的时间，第一次默认无窗口期），若有窗口期，则在窗口期时间内唤醒数据采集节点无线收发模块的射频电路，接收数据，若无窗口期，则在进入第一个T1周期就唤醒无线收发射频电路。然后将射频电路选择开关选择A相，采集A相温湿度传感器数据，若在第一个T1时间内收到A相传感器数据，则记录温湿度数据并计算下次数据采集窗口期，然后休眠到第一个T1周期结束。

3、在数据采集节点轮询周期的第二个T1时间，查看数据接收窗口期，若有窗口期，则在窗口期时间内唤醒上述无线收发模块的射频电路接收数据，若无窗口期，则在进入第二个T1周期就唤醒射频电路。将射频电路射频选择开关选择B相，采集B相温湿度传感器数据，若在第二个T1时间内收到B相传感器数据，则记录温湿度数据并计算下次数据采集窗口期，然后休眠到第二个T1周期结束。

4、在数据采集节点轮询周期的第三个T1时间，查看数据接收窗口期，若有窗口期，则在窗口期时间内唤醒无线收发模块的射频电路，接收数据，若无窗口期，则在进入T1周期就唤醒射频电路。将射频电路射频选择开关选择C相，采集C相温湿度传感器数据，若在第三个T1时间内收到C相传感器数据，则记录温湿度数据并计算下次数据采集窗口期，然后休眠到第三个T1周期结束。

5、数据采集节点进入突发温湿度报警数据上传周期T2，整个周期内打开数据采集节点的无线收发射频电路，若收到温湿度数据超限报警，则在这个期间上传温湿度报警数据。

6、在每个采集周期内，均监测是否到约定的数据采集节点数据上发时间，若处于数据上发窗口期，则唤醒无线收发模块的射频电路，上传储存的历史温湿度数据到上述接入节点，并支持多跳数据传输的方式使得数据可以在数据采集节点间传输。

7、重复上述步骤2至步骤5，若没有数据传输，数据采集节点可以进入低功耗休眠状态。通过上述轮询的方式，可以以一个数据采集节点分时采集三个温湿度传感器的数据，从而降低数据采集的功耗和成本。

进一步的，所述接入节点对接收到的所述温湿度数据进行处理，然后传输到服务器进行温湿度的在线监测的方法包括：

接入节点对接收到的所述温湿度数据进行安全加密；

在本实施例中，一个接入节点可以接收在其辖区内的多个数据采集节点上传的温湿度数据，对这些数据进行安全加密（如对称、非对称加密）后通过GPRS传输到在线监测服务器进行实时监测，提高了数据的安全性并方便远距离无人监测，实现监测自动化。

继续参见图2 ，图2是本发明实施例提供的一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测的信号采集系统的结构示意图，所述信号采集系统200包括：

用于在线显示和监测配电电缆连接头缆芯温湿度数据的在线监测服务器201；

至少三个设置于所述电缆连接头缆芯处的温湿度传感器202，分别采集所述配电电缆连接头处的三相缆芯的温湿度数据；

至少一个数据采集节点203，用于通过无线方式，轮询采集所述温湿度传感器的温湿度数据然后上传；以及

接入节点204，用于接收所述数据采集节点上传的温湿度数据并向所述在线监测服务器传输所述温湿度数据。

其中，上述数据采集节点203包括无线收发模块2031，无线收发模块2031的接收天线20311设置于上述温湿度传感器202处。数据采集节点203通过无线收发模块2031的接收天线20311来接收上述温湿度传感器202的温湿度数据，并将该数据通过无线收发模块2031的发送天线20312上传到上述接入节点204。数据采集节点203执行上述适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测信号的采集的方法，实现在轮询时间周期内从温湿度传感器202轮询采集温湿度数据。

在本实施例中，在配电电缆的一个连接处，A、B、C三相对应有三个连接头，对应需要至少三个温湿度传感器202，而一个传统无线收发模块仅有一支有效接收天线，一次仅能接收一个屏蔽空间信号，传统方式下，在保证安全间距下A、B、C三相温湿度传感器数据采集需要三个无线收发模块来接收数据，导致功耗较高，成本较高，电池供电也无法提供设备长时间运行。本发明实施例的一个数据采集节点203只采用一个无线收发模块2031，但带三根接收天线20311和一根发送天线20312；数据采集节点203通过使用一个四通道射频选择开关将天线分成4路信道，三根接收天线20311各占一路，并分别设置在A、B、C三相的铜屏蔽带内以接收对应相的传感器数据，一根发送天线20312占一个信道，和上述接入节点204通信。数据采集器203启动后，按照温湿度传感器202的数据发送周期分别轮询采集A、B、C三相温湿度数据。通过使用上述无线收发模块2031以轮询采集的方式，可以在更低成本、更低功耗下实现三相温湿度数据的准确采集。

进一步的，上述温湿度数据包括温湿度超限报警数据，相应地，上述轮询时间周期包括轮询采集温湿度超限报警数据的时间周期；上述数据采集节点203在该轮询采集温湿度超限报警数据的时间周期内向上述接入节点204上传所述温湿度数据。

在本实施例中，由于数据采集节点203使用低功耗运行方式，无线收发模块2031大多数时间处于休眠状态，为了有效地进行数据传输，数据采集节点203需要通过一定的传输方案和上述接入节点204进行数据交互，该方案如下：

1、数据采集节点203设备上电初始化，从本地时钟芯片中读取时钟数据。

2、数据采集节203点周期性在上述突发温湿度报警数据上传的时间周期T2期间向接入节点204发送注册信息，接入节点204收到该注册信息，则下发时钟同步信号到该数据采集节点203；若数据采集节点203收到时钟同步信号，则进入工作模式，向接入节点204通过GPRS发送数据，否则继续停留在注册模式。

3、数据采集节203还可以定时上传数据。对于定时数据上传，在预设的数据上传时刻，所有的数据采集节点203的无线收发模块2031均被唤醒，进入工作模式，接入节点204下发时钟同步信号给所有数据采集节点203，所有数据采集节点203更新时钟数据，然后按自身时间片进行历史数据传输。

4、对于突发温湿度报警数据上传，有报警数据需要传输的数据采集节点，在没有到达采集周期的T2时刻，可以上传报警数据。

通过上述数据采集节点203和接入节点204之间进行数据交互的方法，可以有效、灵活地进行数据的传输。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测信号的采集方法，其特征在于：

通过设置于电缆连接头缆芯处的温湿度传感器获取对应位置的温湿度数据；所述温湿度数据包括A、B、C三相温湿度数据，通过设置在对应A、B、C三相电缆缆芯处的无源温湿度传感器获取；

接入节点对接收到的所述温湿度数据进行处理，然后传输到服务器进行温湿度的在线监测；

所述数据采集节点轮询采集所述温湿度数据并多跳上传到接入节点的方法包括：

数据采集节点设置一个轮询时间周期；

重复上述步骤，采集下一个轮询时间周期的三相温湿度数据；

所述轮询时间周期还包括突发温湿度报警数据上传周期，当数据采集节点进入突发温湿度报警数据上传周期，打开数据采集节点的无线收发射频电路，若收到温湿度数据超限报警，则上传温湿度报警数据；

数据采集节点与所述接入节点进行数据交互的方法包括：

数据采集节点设备上电初始化，从本地时钟芯片中读取时钟数据；

数据采集节点周期性在所述突发温湿度报警数据上传周期内向接入节点发送注册信息，接入节点收到所述注册信息，则下发时钟同步信号到所述数据采集节点；若数据采集节点收到时钟同步信号，则进入工作模式，向接入节点通过GPRS发送数据，否则继续停留在注册模式；

数据采集节点定时上传数据，在预设的数据上传时刻，所有的数据采集节点的无线收发模块均被唤醒，进入工作模式，接入节点下发时钟同步信号给所有数据采集节点，所有数据采集节点更新时钟数据，然后按自身时间片进行历史数据传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述接入节点对接收到的所述温湿度数据进行处理，然后传输到服务器进行温湿度的在线监测的方法包括：

接入节点对接收到的所述温湿度数据进行安全加密；

3.一种适用于配电电缆连接头缆芯温湿度在线监测的信号采集系统，其特征在于，所述信号采集系统包括：

接入节点，用于接收所述数据采集节点上传的温湿度数据并向所述在线监测服务器传输所述温湿度数据；所述数据采集节点包括无线收发模块，所述无线收发模块的接收天线设置于所述温湿度传感器处；所述数据采集节点通过所述无线收发模块的接收天线来接收所述温湿度传感器的温湿度数据，并将所述数据通过所述无线收发模块的发送天线上传到所述接入节点；所述数据采集节点执行如权利要求1所述的方法，实现在轮询时间周期内从所述温湿度传感器轮询采集所述温湿度数据。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述温湿度数据包括温湿度超限报警数据，所述轮询时间周期包括轮询采集温湿度超限报警数据的时间周期。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述数据采集节点在所述轮询采集温湿度超限报警数据的时间周期内向所述接入节点上传所述温湿度数据。