CN111537851A

CN111537851A - 基于物联网的电缆监测系统

Info

Publication number: CN111537851A
Application number: CN202010440725.8A
Authority: CN
Inventors: 刘莹雪
Original assignee: 刘莹雪
Current assignee: Suzhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2040-05-22
Also published as: CN111537851B

Abstract

本发明的基于物联网的电缆监测系统，所述绝缘检测模块检测的绝缘信号经预处理器采用限幅和第一差动滤波器接受传感器检测的电缆接头绝缘信号，进入第二差动滤波器经与噪声信号抵消实现降噪处理，其中，噪声信号由噪声传感器检测输出，经放大电路放大、半波整流后得出，之后经缓冲、滤除异常高值后，判断电缆接头绝缘信号是否异常，异常时释放到地，正常时，限幅放大后输出，也即异常处理后传输到智能控制器，其中电缆接头缝隙检测模块检测的电缆接头机械异常信息或载流量检测模块检测的电缆接头通过的载流量信息是否异常为电缆接头绝缘信号是否异常判断的依据，提高了绝缘检测的精度。

Description

基于物联网的电缆监测系统

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，特别是基于物联网的电缆监测系统。

背景技术

大部分电缆故障都是因电缆接头处出现问题，在能量不断积累情况下发生火灾、爆炸等严重情况，威胁到人身和财产安全，尤其是交联电缆接头处，其承载电压高、载流能力强,电流密度大，应保持更高的密封性、绝缘等级，为实时监测到电缆接头处的信息，通常采用在电缆接头处装设绝缘检测装置（例如绝缘检测传感器、绝缘测试仪、绝缘电阻测试仪）检测绝缘信号，位移传感器检测电缆接头处的缝隙、电流互感器检测电缆接头处的载流量，温度传感器检测的电缆接头处的温度信号，之后连接到智能控制器，智能控制器通过物联网传输到自动化主站实现监测，而由于在绝缘检测装置在检测和传输到智能控制器时，受外界干扰信号耦合、噪声等随机干扰的影响，检测的绝缘信号偏离正常值时，不清楚检测的绝缘信号是收到了干扰的影响还是电缆接头处绝缘故障，会造成采集数据不够精确，因此需对绝缘信号进行降噪、异常处理。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供基于物联网的电缆监测系统，通过对绝缘信号采用第一差动滤波器、第二差动滤波器降噪处理，经滤除异常高值后，异常时释放到地，正常时，限幅放大后输出，也即异常处理后传输到智能控制器，提高了数据采集的精度。

其解决的技术方案是，包括电缆接头数据采集模块、智能控制器、自动化主站，所述电缆接头数据采集模块将采集的电缆接头信息传输到智能控制器，智能控制器信号处理后通过物联网传输到自动化主站，其特征在于，所述电缆接头数据采集模块包括电缆接头缝隙检测模块、载流量检测模块、绝缘检测模块，所述绝缘检测模块检测的绝缘信号经预处理器采用限幅和第一差动滤波器接受传感器检测的电缆接头绝缘信号，进入第二差动滤波器经与噪声信号抵消实现降噪处理，之后经缓冲、滤除异常高值后，判断电缆接头绝缘信号是否异常，异常时释放到地，正常时，限幅放大后输出，也即异常处理后传输到智能控制器，其中电缆接头缝隙检测模块检测的电缆接头机械异常信息或载流量检测模块检测的电缆接头通过的载流量信息是否异常为电缆接头绝缘信号是否异常判断的依据。

本发明有益效果是：传感器检测的电缆接头绝缘信号采用限幅器限幅在正负15V，避免大干扰信号耦合进入，之后进入第一差动滤波器抵消共模干扰信号、抑制差模干扰后输出，再经第二差动滤波器抵消噪声信号、抑制差模干扰后输出，实现了降噪处理；

降噪处理后信号经射极跟随器缓冲、低通滤波器滤波、三极管Q2滤除异常高值后，之后分三路，一路进入运放AR4、电感L3组成的比较器与正常绝缘信号比较，偏离正常值时，输出低电平，使三极管Q5导通，三极管Q5输出或门运算后的高低电平，第二路加到三极管Q3、电阻R12、电容C14组成的放电电路，在三极管Q5输出低电平时，释放到地，第三路进入运放AR3、电阻R13-电阻R15、三极管Q4组成的限幅放大电路，在三极管Q5输出高电平时，三极管Q4导通，进行限幅放大后输出，也即进行异常处理后传输到智能控制器，否则三极管Q4不工作，限幅放大电路放大输出到智能控制器，提高了绝缘检测的精度。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

基于物联网的电缆监测系统，包括电缆接头数据采集模块、智能控制器、自动化主站，所述电缆接头数据采集模块将采集的电缆接头信息传输到智能控制器，智能控制器信号处理后通过物联网传输到自动化主站，所述电缆接头数据采集模块包括电缆接头缝隙检测模块、载流量检测模块、绝缘检测模块，所述绝缘检测模块检测的绝缘信号经预处理器采用限幅和第一差动滤波器接受传感器检测的电缆接头绝缘信号，进入第二差动滤波器经与噪声信号抵消实现降噪处理，其中，噪声信号由噪声传感器（可为TZ-2KA 型噪声传感器），经电容C8耦合到场效应管T1、电容C9、电容C10、电阻R6、电阻R7以及电阻R17组成的放大电路放大，再经二极管D5和二极管D6半波整流后得出，之后经缓冲、滤除异常高值后，判断电缆接头绝缘信号是否异常，异常时释放到地，正常时，限幅放大后输出，也即异常处理后传输到智能控制器，其中电缆接头缝隙检测模块检测的电缆接头机械异常信息或载流量检测模块检测的电缆接头通过的载流量信息是否异常为电缆接头绝缘信号是否异常判断的依据。

在上述方案的基础上，所述预处理器中实现降噪处理的具体过程为，传感器检测的电缆接头绝缘信号的正极和负极分别经电阻R1、电阻R2也即与电缆接头绝缘信号实现端电阻匹配、减少传输中衰耗后，再分别经二极管D1和D2组成的限幅器、二极管D3和D4组成的限幅器限幅在正负15V，避免大干扰信号耦合进入，之后进入运放AR1、电容C1-电容C4、电阻R3组成的第一差动滤波器抵消共模干扰信号、抑制差模干扰后输出，其中运放AR1、电容C2-电容C4、电阻R3组成共模滤波器，电容C1为差动电容，再经电阻R4进入运放AR2、电容C5-电容C7、电阻R5组成的第二差动滤波器抵消噪声信号、抑制差模干扰后输出（由于交联电缆电压高、载流能力强,电流密度大，电流或电压的急剧变化以及外界功率器件等产生的噪声均会产生干扰），其中，噪声信号由噪声传感器（可为TZ-2KA 型噪声传感器），经电容C8耦合到场效应管T1、电容C9、电容C10、电阻R6、电阻R7以及电阻R17组成的放大电路放大，再经二极管D5和二极管D6半波整流后得出，包括电阻R1、电阻R2、电容C8，电阻R1的一端、电阻R2的一端连接传感器检测的电缆接头绝缘信号，电阻R1的另一端分别连接二极管D1的正极、二极管D2的负极、接地电容C2的一端、电容C1的一端、电容C4的一端、电阻R3的一端、运放AR1的同相输入端，电阻R2的另一端分别连接二极管D3的正极、二极管D4的负极、接地电容C3的一端、电容C1的另一端、运放AR1的反相输入端，运放AR1的输出端分别连接电容C4的另一端、电阻R3的另一端、电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接接地电容C5的一端、电容C6的一端、电阻R5的一端、运放AR2的同相输入端，电容C8的一端连接噪声信号，电容C8的另一端分别连接接地电阻R7的一端、场效应管T1的栅极，场效应管T1的源极分别连接接地电阻R7的一端、接地电容C9的一端，场效应管T1的漏极分别连接电阻R6的一端、电容C11的一端，电阻R6的另一端和电容C10的一端连接电源+5V，电容C10的另一端连接地，电容C11的另一端分别连接二极管D5的正极、二极管D6的负极，二极管D6的正极连接地，二极管D5的负极分别连接接地电容C7的一端、电容C6的另一端、运放AR2的反相输入端，电阻R5的另一端连接运放AR2的输出端。

在上述方案的基础上，所述预处理器中实现异常处理的具体过程为，降噪处理后信号经三极管Q1、电阻R8、电阻R20组成的射极跟随器缓冲后，经电阻R9-电阻R11、电容C12、电容C13、电感L2组成的低通滤波器滤波，其中三极管Q2的基极和发射极分别接在电阻R11的左端和右端，三极管Q2的集电极连接电源+5V，用以在滤波后值高于+5V时导通，实现三极管Q2滤除异常高值后，也即实现在高于+5V的电压值时以+5V输出，之后分三路，一路进入运放AR4、电感L3组成的比较器与正常绝缘信号比较（也即交联电缆接头绝缘正常时对应的电压信号），低于正常绝缘信号时（交联电缆绝缘阻值高，一般在2000MΩ以上）输出低电平，低电平加到三极管Q5的基极，使三极管Q5导通，三极管Q5输出高低电平，第二路加到三极管Q3、电阻R12、电容C14组成的放电电路，电缆接头缝隙、载流量信号异常，也即在三极管Q5输出低电平时，释放到地，不向后级电路传输，第三路进入运放AR3、电阻R13-电阻R15、三极管Q4组成的限幅放大电路，电缆接头缝隙、载流量信号正常时，也即在三极管Q5输出高电平时，三极管Q4导通，进行限幅放大后输出，也即进行异常处理后传输到智能控制器，否则三极管Q4不工作，限幅放大电路放大输出到智能控制器，提高了绝缘检测的精度，其中三极管Q5输出高低电平由电缆接头缝隙检测模块检测的电缆接头机械异常信息（具体由位移传感器检测电缆接头缝隙，一路进入智能控制器，另一路进入运放AR6、电感L4组成的比较器比较，电缆接头缝隙异常时，输出高电平，经二极管D7进入或门U2的A端）或载流量检测模块检测的电缆接头通过的载流量信息是否异常（具体由电流互感器检测电缆接头载流量信号，进入运放AR5、电容C15、电容C16、电阻R18组成的电荷放大器转换为电压，一路进入智能控制器，另一路经运放AR7、电感L5组成的比较器比较，载流量信号异常时，输出高电平，经二极管D8进入或门U2的B端），或门U2在A端或B端为高电平时，输出高电平，经三极管Q5输出，作为电缆接头绝缘信号是否异常判断的依据，包括电阻R8、电感L1、运放AR5，电阻R8的一端连接运放AR2的输出端，电阻R8的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接电源+5V，三极管Q1的发射极分别连接接地电阻R20的一端、电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接电容C12的一端、电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接电容C13的一端、电阻R11的一端、三极管Q2的基极，电容C12的另一端和电容C13的另一端连接电感L2的一端，电感L2的另一端连接地，电阻R11的另一端分别连接三极管Q2的发射极、三极管Q3的发射极、运放AR4的同相输入端、运放AR3的同相输入端、电阻R13的一端、三极管Q4的集电极，运放AR4的反相输入端通过电感L3接入正常绝缘信号，运放AR4的输出端通过电阻R16连接三极管Q5的基极，运放AR3的反相输入端连接地，三极管Q4的发射极分别连接电阻R13的另一端、电阻R14的一端，运放AR3的输出端分别连接电阻R14的另一端、电阻R15的一端，电阻R15的另一端输出信号到智能控制器，三极管Q3的集电极通过电容C14连接地，三极管Q3的基极连接电阻R12的一端，电感L4的一端连接电缆接头缝隙信号，电感L4的另一端连接运放AR6的同相输入端，运放AR6的反相输入端连接电源+0.3V，运放AR6的输出端连接二极管D7的正极，二极管D7的负极连接或门U2的A端，运放AR5的同相输入端、接地电容C16的一端、电阻R18的一端、电容C15的一端均连接载流信号，运放AR5的反相输入端连接地，运放AR5的输出端分别连接电阻R18的另一端、电容C15的另一端、电感L5的一端，电感L5的另一端连接运放AR7的同相输入端，运放AR7的反相输入端连接额定载流信号，运放AR7的输出端连接二极管D8的正极，二极管D8的负极连接或门U2的B端，或门U2的Y端连接三极管Q5的集电极，三极管Q5的发射极分别连接三极管Q4的基极、电阻R12的另一端。

本发明在使用时，传感器检测的电缆接头绝缘信号的正极和负极分别经电阻R1、电阻R2也即与电缆接头绝缘信号实现端电阻匹配、减少传输中衰耗后，再分别经二极管D1和D2组成的限幅器、二极管D3和D4组成的限幅器限幅在正负15V，避免大干扰信号耦合进入，之后进入第一差动滤波器抵消共模干扰信号、抑制差模干扰后输出，再经第二差动滤波器抵消噪声信号、抑制差模干扰后输出，其中，噪声信号由噪声传感器检测输出，经电容C8耦合到放大电路放大，再经二极管D5和二极管D6半波整流后得出，降噪处理后信号经射极跟随器缓冲、低通滤波器滤波、三极管Q2滤除异常高值后，之后分三路，一路进入运放AR4、电感L3组成的比较器与正常绝缘信号比较，低于正常绝缘信号时输出低电平，低电平加到三极管Q5的基极，使三极管Q5导通，三极管Q5输出高低电平，第二路加到三极管Q3、电阻R12、电容C14组成的放电电路，电缆接头缝隙、载流量信号异常，也即在三极管Q5输出低电平时，释放到地，不向后级电路传输，第三路进入运放AR3、电阻R13-电阻R15、三极管Q4组成的限幅放大电路，电缆接头缝隙、载流量信号正常时，也即在三极管Q5输出高电平时，三极管Q4导通，进行限幅放大后输出，也即进行异常处理后传输到智能控制器，否则三极管Q4不工作，限幅放大电路放大输出到智能控制器，提高了绝缘检测的精度，其中三极管Q5输出高低电平由电缆接头缝隙检测模块检测的电缆接头机械异常信息或载流量检测模块检测的电缆接头通过的载流量信息是否异常进入或门U2，或门U2在A端或B端为高电平时，输出高电平，经三极管Q5输出，作为电缆接头绝缘信号是否异常判断的依据。

Claims

1.基于物联网的电缆监测系统，包括电缆接头数据采集模块、智能控制器、自动化主站，所述电缆接头数据采集模块将采集的电缆接头信息传输到智能控制器，智能控制器信号处理后通过物联网传输到自动化主站，其特征在于，所述电缆接头数据采集模块包括电缆接头缝隙检测模块、载流量检测模块、绝缘检测模块，所述绝缘检测模块检测的绝缘信号经预处理器采用限幅和第一差动滤波器接受传感器检测的电缆接头绝缘信号，进入第二差动滤波器经与噪声信号抵消实现降噪处理，之后经缓冲、滤除异常高值后，判断电缆接头绝缘信号是否异常，异常时释放到地，正常时，限幅放大后输出，也即异常处理后传输到智能控制器，其中电缆接头缝隙检测模块检测的电缆接头机械异常信息或载流量检测模块检测的电缆接头通过的载流量信息是否异常为电缆接头绝缘信号是否异常判断的依据。

2.如权利要求1所述的基于物联网的电缆监测系统，其特征在于，所述预处理器中实现降噪处理包括电阻R1、电阻R2、电容C8，电阻R1的一端、电阻R2的一端连接传感器检测的电缆接头绝缘信号，电阻R1的另一端分别连接二极管D1的正极、二极管D2的负极、接地电容C2的一端、电容C1的一端、电容C4的一端、电阻R3的一端、运放AR1的同相输入端，电阻R2的另一端分别连接二极管D3的正极、二极管D4的负极、接地电容C3的一端、电容C1的另一端、运放AR1的反相输入端，运放AR1的输出端分别连接电容C4的另一端、电阻R3的另一端、电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接接地电容C5的一端、电容C6的一端、电阻R5的一端、运放AR2的同相输入端，电容C8的一端连接噪声信号，电容C8的另一端分别连接接地电阻R7的一端、场效应管T1的栅极，场效应管T1的源极分别连接接地电阻R7的一端、接地电容C9的一端，场效应管T1的漏极分别连接电阻R6的一端、电容C11的一端，电阻R6的另一端和电容C10的一端连接电源+5V，电容C10的另一端连接地，电容C11的另一端分别连接二极管D5的正极、二极管D6的负极，二极管D6的正极连接地，二极管D5的负极分别连接接地电容C7的一端、电容C6的另一端、运放AR2的反相输入端，电阻R5的另一端连接运放AR2的输出端。

3.如权利要求1所述的基于物联网的电缆监测系统，其特征在于，所述预处理器中实现异常处理包括电阻R8、电感L1、运放AR5，电阻R8的一端连接运放AR2的输出端，电阻R8的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接电源+5V，三极管Q1的发射极分别连接接地电阻R20的一端、电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接电容C12的一端、电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接电容C13的一端、电阻R11的一端、三极管Q2的基极，电容C12的另一端和电容C13的另一端连接电感L2的一端，电感L2的另一端连接地，电阻R11的另一端分别连接三极管Q2的发射极、三极管Q3的发射极、运放AR4的同相输入端、运放AR3的同相输入端、电阻R13的一端、三极管Q4的集电极，运放AR4的反相输入端通过电感L3接入正常绝缘信号，运放AR4的输出端通过电阻R16连接三极管Q5的基极，运放AR3的反相输入端连接地，三极管Q4的发射极分别连接电阻R13的另一端、电阻R14的一端，运放AR3的输出端分别连接电阻R14的另一端、电阻R15的一端，电阻R15的另一端输出信号到智能控制器，三极管Q3的集电极通过电容C14连接地，三极管Q3的基极连接电阻R12的一端，电感L4的一端连接电缆接头缝隙信号，电感L4的另一端连接运放AR6的同相输入端，运放AR6的反相输入端连接电源+0.3V，运放AR6的输出端连接二极管D7的正极，二极管D7的负极连接或门U2的A端，运放AR5的同相输入端、接地电容C16的一端、电阻R18的一端、电容C15的一端均连接载流信号，运放AR5的反相输入端连接地，运放AR5的输出端分别连接电阻R18的另一端、电容C15的另一端、电感L5的一端，电感L5的另一端连接运放AR7的同相输入端，运放AR7的反相输入端连接额定载流信号，运放AR7的输出端连接二极管D8的正极，二极管D8的负极连接或门U2的B端，或门U2的Y端连接三极管Q5的集电极，三极管Q5的发射极分别连接三极管Q4的基极、电阻R12的另一端。