CN111404989A - 一种基于物联网的配电电缆智慧监测预警及抢修引导系统 - Google Patents

一种基于物联网的配电电缆智慧监测预警及抢修引导系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种一种基于物联网的配电电缆智慧监测、预警及抢修引导系统，属于电网安全稳定运行领域。本发明在通过监测点的各种传感器感知实时信息，将模拟信号转变为数字信号，通过边缘计算处理信息，由智慧运检管控平台来分析、对比、预测数据，实现对城市电缆运行情况的全天候实时监测，通过数据的对比分析完成城市电缆的异常报警、应急指挥、故障诊断、抢修引导。结合GIS中电缆的地理信息和电缆的运行参数，完成故障快速定位，减少停电时间。本发明解决了地下电缆监测困难的难题，还通过对电缆运行情况的实时监测帮助管理人员及时预警、解除故障，为电网的安全运行提供保障。

Description

一种基于物联网的配电电缆智慧监测预警及抢修引导系统
技术领域
本发明属于电力系统稳定安全运行领域，涉及配电电缆的运行状态监测、故障预警和抢修引导。
背景技术
随着电网规模越来越大，信息化科技水平日益提高，配电电缆成为城市电缆的主力，其运行的可靠性直接影响电力系统的安全稳定。电缆电流过大会引起线路发热，电缆长期发热会引起电缆绝缘老化，甚至击穿引发火灾，地下电缆的湿度过大也会影响电缆安全运行，需要对电缆进行温度湿度的实时监测。局部放电量和温度变化可以反应电缆的绝缘情况，实时监测电缆的绝缘情况可以实现对故障的及时预警。此外，通过检测和采集故障的行波信号和工频信号可以实现故障信息快速定位。
城市电缆位于地下，对电缆进行检修排查任务繁重，要消耗大量的资源。文献《电缆温度在线监测系统》通过无线温度传感器、温度采集器、通讯模块、监控平台和上位控制机提供了一种温度在线监测系统。文献《一种配电线路电缆在线监测系统》通过温度传感器和线缆故障传感器实时采集信息，通过通讯模块连接到PC机，提高工作人员工作效率，提高供电可靠性。文献《电缆故障诊断理论与关键技术研究》分析了电缆故障产生机理，研究了小波分析、DNA遗传算法、粗糙集等技术在电缆故障诊断中的应用，深入分析多智体技术在电缆线路故障的应用。
泛在电力物联网给建设智慧电缆提供了平台，通过移动互联、人工智能等技术实现电缆状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活。本发明的创新点就是以智慧运检管控平台为依托,结合地理信息系统(GIS)，完成电缆运行状态监测，故障预警，抢修引导。此外，智慧运检平台连接手机APP，帮助工作人员监测电缆运行状态，迅速故障定位，提高工作效率。
发明内容
针对现有的城市电缆检修困难、工作量大等问题。本发明提出了一种可以实现本质坚强、实时感知、全息互联、自主预警、智能处置的智慧电缆。
本发明需要无线温度传感器、湿度传感器、超声波传感器、行波测距装置等感知设备，然后通过边缘计算将各种信息互联，聚集到智慧运检管控平台。智慧运检管控平台整合智慧监测汇集系统、智慧辅控联控系统、智慧数据决策系统、地理信息系统，实现电缆全线的监测、故障预警和诊断。
在智慧电缆的每个监测点都应该设置一个无线温度传感器，无线温度传感器采集每个监测点的实时温度模拟信号，并将模拟信号转变为数字信号，再将这些信号发送到智慧运检管控平台，当监测结果超过安全范围阈值时，平台发送预警信号，当监测结果超过故障范围阈值时，平台发送警报信号。
在智慧电缆的每个监测点要设置一个无线湿度传感器，将湿度信息发送到智慧运检管控平台，为防止电缆受潮进水导致绝缘老化甚至电击穿，当湿度过超过安全范围阈值时，平台发送预警信号，当监测结果超过故障范围阈值时，平台发送警报信号。
电缆故障除了外力破坏大多为绝缘故障，局部放电量可以反应电缆的绝缘情况，本发明中用超声波传感器来检测局部放电量，智慧运检管控平台汇集地下电缆所有监测点的局部放电情况，完成对电缆绝缘情况的监测，电缆故障及时预警。
智慧运检管控平台通过地理信息系统(GIS)汇集配电电缆的温度、湿度、绝缘等信息，帮助直观地监测电缆的运行状态。通过手机等移动终端联系智慧运检管控平台，帮助工作人员实时监测电缆运行状态。
本发明在电缆的关键节点需要设置一种行波测距装置，通过行波信号判断故障距监测点的距离，结合地理信息系统，完成故障快速定位，对抢修起引导作用。
本发明在配电电缆上布设了无线温湿度传感器、超声波传感器、行波测距装置等感知设备，实现对电缆湿度、温度、局部放电在线监测，并通过智慧运检管控平台汇总、处理信息，实现对电缆的运行状态实时监测，故障的预警和抢修的引导，在实用性的基础上，提高了电网异常监测的效率，解决了电缆检修困难的问题，保障电网安全稳定运行。
附图说明
图1是本发明所述的智慧配电电缆系统结构框图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。以下实施案例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
具体实施方式结合图1所示，本发明提供了一种可以完成自主的运行状态监测、统计分析、故障预警、抢修引导的智慧城市电缆系统，包括感知、互联、分析、应用四层。感知层采用温湿度传感器、超声波传感器、行波测距装置、移动终端等设备进行数据采集；互联层是利用边缘计算将感知设备的信息汇集整合；分析层是智慧运检管控平台对数据进行处理和判断；应用层是根据平台对数据的对比、分析完成异常预警、业务预测、物资调配、应急指挥。
温湿度传感器、超声波传感器将实时信息通过边缘计算发送到智慧运检管控平台，平台完成对电缆的湿度、温度、局部放电实时状态监测。
通过汇总电缆各段温度传感器的温度信号给GIS，得到城市电缆总的温度图像，根据温度从小到大，线路颜色由绿到红，根据电缆温度图像可以完成电缆温度实施监测和火灾提前预警。
通过汇总电缆每个湿度传感器的湿度信息给GIS，得到城市电缆管道的湿度图像，根据湿度从小到大，线路颜色由绿向红，根据电缆湿度图像可以完成对电缆管道湿度实时监测和电缆管道进水故障预警。
超声波信号幅值与局部放电量成正比，局部放电又反应电缆的绝缘情况。汇总电缆的局部放电给GIS，得到电缆的局部放电图像，根据局部放电量将电缆的绝缘情况划分不同的等级，颜色由绿到红，根据图像可以完成电缆局部放电量监测和绝缘故障预警。
根据统计感知设备取得的实时数据给GIS，在智慧运检管控平台上得到城市电缆的温度图像、湿度图像、绝缘情况图像，方便实时运行状态监测和各种故障及时预警。
所有的监测点在按长度均分获得的均分点，由于电缆的接头处故障频发，监测点还包括故障的接头处。
本发明中所有的温湿度传感器和超声波传感器都通过CT环形取电结构取用被监测电缆的电能进行充电。
当电缆发生故障时，由行波测距装置测量行波由故障点到母线往返一次的时间确定故障点和监测点之间的距离，再结合GIS迅速完成故障的定位。
增加一个对应智慧运检管控平台的APP，帮助工作人员实时了解电缆的运行状态信息，故障信息和电缆的具体位置信息，提高工作人员工作效率。
此外，可用通过对同一线路不观测点传感器信息进行对比分析，判断各个监测点信号变化趋势，有效判断同一电缆相邻监测点故障信息，提高巡检效率，帮助运检人员完成故障诊断和定位。
综上所诉，本发明通过感知、互联、分析、应用，完成城市电缆的运行状态监测、故障预警、抢修引导、业务预测，是一种智能电缆系统。
上述实例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于物联网的配电电缆智慧监测、预警及抢修引导系统，其特征在于包括下面四个步骤：感知、互联、分析、应用，
(1)在城市电缆按长度设置监测点，在监测点设置多种感知设备来实时感知电缆管道内部的参数；
(2)通过边缘计算来汇集处理步骤(1)中感知设备中的采集的各种参数并将它们发送到智慧运检管控平台；
(3)智慧运检管控平台将步骤(2)中收集的信息进行分析对比，同时可以通过分析历史数据来预测数据发展趋势；
(4)通过步骤(3)中智慧运检管控平台对数据的分析，完成城市电缆异常预警、业务预测、物资调配、应急指挥等功能。
2.根据权利要求1中的多种感知设备，包括无线温度传感器、无线湿度传感器、超声波传感器、行波测距装置等设备。
3.根据权利要求1中的智慧运检管控平台，是整合了整合智慧监测汇集系统、智慧辅控联控系统、智慧数据决策系统、地理信息系统的智能平台，可以完成电缆运行状态监测、故障预警、抢修引导。
4.根据权利要求1中的智慧运检管控平台，将感知设备采集的实时信息绘制成城市电缆实时温度图、实时湿度图、实时局部放电图，并通过由绿到红的颜色来反应该部分电缆的实时信息，帮助运检人员监测城市电缆的运行状态。
5.根据权利要求1中的智慧运检平台，工作人员可以通过手机APP查看配电电缆全线的温度、湿度、绝缘等信息，提高工作人员工作效率。
6.根据权利要求4的城市电缆实时状态图，实时温度图的红色部分发出火灾预警；实时湿度图的红色部分管道进水故障预警；实时局部放电图的红色部分发出绝缘故障预警。
7.根据权利要求2中的行波测距装置，当城市电缆发生故障时，根据行波测距装置测量行波由故障点到母线往返一次的时间确定故障点距监测点的距离，结合地理信息系统中电缆的地理信息，智慧运检管控平台迅速完成故障的定位。
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