CN114323113A - 高压电缆智能传感终端、系统及低功耗管理监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高压电缆智能传感终端、系统及低功耗管理监测方法，包括：处理单元，以及与处理单元连接的采集单元、电源模块和开关单元；所述采集单元连接外部传感装置，所述处理单元用于将采集单元获取的外部传感装置的传感数据进行传输；所述电源模块连接外部取电装置，以对外部传感装置供电；所述开关单元连接外部传感装置，所述处理单元根据预设周期控制开关单元的开闭，以控制外部传感装置的上电与断电。通过取电装置从高压电缆上直接取电，不需要外设电源，也不需要远程布设电源线，降低取电成本；同时采用周期性采集的采集方式，避免设备持续在线所造成的大量能量消耗，在对隧道复杂环境中的电缆进行监测时，有效实现低功耗运行。

Description

高压电缆智能传感终端、系统及低功耗管理监测方法

技术领域

本发明涉及电缆传感器终端监测方法技术领域，特别是涉及一种高压电缆智能传感终端、系统及低功耗管理监测方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

由于隧道的复杂地形环境，以及施工难度异于其他开放式环境或小型封闭式环境，高压电缆在隧道中往往面临以下问题：

隧道内有时会产生由于内部绝缘材料老化产生的有害气体、不良沉积物变质挥发气体产生或外界有害气体侵入并聚集的现象，由于隧道半封闭环境的限制，有害气体无法扩散，空气内含氧量的异常、有害气体(包括易燃易爆气体、有毒气体和腐蚀性气体)在隧道内的长期聚集，不但会直接影响电缆设备的安全，提高隧道火灾的风险等级，更会威胁到进入隧道进行巡视维护的工作人员的生命安全。

隧道环境会因山体结构渗漏、地下水倒灌等多种原因引起隧道内积水的产生。堆积的积水会增加隧道内空气的湿度，潮湿的空气会腐蚀隧道内的电气设备，更会加快电缆绝缘的老化，从而增加因电缆护层老化而产生的有害气体。

隧道中地形环境复杂，易产生有害气体，经常会导致高压电缆的金属护层出现外护套绝缘状态差；隧道环境施工难度大，从而导致施工不良，会造成高压电缆接地不良、金属护层接地方式不正确等问题。这些问题都会引起护套环流异常现象，严重威胁电缆运行安全，而现有在线监测设备无法实现对外护套绝缘状态的监测。

由于现场施工人员技能的差异，施工位置施工难度的大小差异，电缆接头的品质差异及电缆接头长时间承受自然环境影响等因素的客观存在，使电缆接头容易产生接触不良的情况方式，接触不良会直接导致接触电阻增大，从而造成接触点持续发热的情况，影响电缆的正常运行。

而现有电缆在线监测设备无法对以上问题进行有效监测，无法实现对隧道内的高压电缆的在线监测；且现有的电缆在线监测设备往往是24小时在线监测，控制终端时刻处于启动状态，各传感器和通讯终端保持上电，由于布设数量较多，在持续的运行状态下，消耗大量电能，无法实现节能减排的效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种高压电缆智能传感终端、系统及低功耗管理监测方法，通过取电装置从高压电缆上直接取电，不需要外设电源，也不需要远程布设电源线，降低取电成本；同时采用周期性采集的采集方式，避免设备持续在线所造成的大量能量消耗，在对隧道复杂环境中的电缆进行监测时，有效实现低功耗运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种高压电缆智能传感终端，包括：处理单元，以及与处理单元连接的采集单元、电源模块和开关单元；

所述采集单元连接外部传感装置，所述处理单元用于将采集单元获取的外部传感装置的传感数据进行传输；所述电源模块连接外部取电装置，以对外部传感装置供电；所述开关单元连接外部传感装置，所述处理单元根据预设周期控制开关单元的开闭，以控制外部传感装置的上电与断电。

作为可选择的实施方式，所述高压电缆智能传感终端还包括通信单元，所述通信单元包括RS485串口通信单元和TCP/IP以太网通信单元；所述处理单元通过TCP/IP以太网通信单元与后台终端进行数据传输；所述处理单元通过RS485串口通信单元与外部传感装置连接，并将接收的传感数据通过TCP/IP以太网通信单元传输至后台终端。

作为可选择的实施方式，所述外部传感装置连接开关单元的常开触点，通过常开触点连接到外部取电装置，开关单元的控制线圈连接处理单元，根据预设周期向开关单元的控制线圈发送控制信号，以给外部传感装置上电。

作为可选择的实施方式，所述采集单元通过不同管脚接收外部传感装置的模拟信号，并对模拟信号进行模数转换后，赋予名称定义，以使处理单元归类每个传感装置发送的传感数据。

第二方面，本发明提供一种高压电缆智能传感系统，包括第一方面所述的高压电缆智能传感终端，以及与高压电缆智能传感终端连接的通讯模块、外部传感装置和外部取电装置；所述高压电缆智能传感终端获取外部传感装置的传感数据，通过通讯模块将传感数据传输至后台终端；所述高压电缆智能传感终端通过从外部取电装置取电后为通讯模块和外部传感装置供电，并根据预设周期控制外部传感装置的上电与断电。

作为可选择的实施方式，所述外部传感装置包括气体探测传感器、温湿度传感器、水位传感器、电缆护层接地电流监测装置和电缆接头温度监测装置；所述气体探测传感器、温湿度传感器和水位传感器连接高压电缆智能传感终端的采集单元的信号接收端，所述电缆护层接地电流监测装置和电缆接头温度监测装置通过RS485串口通信单元连接高压电缆智能传感终端的RS485通信串口，与处理单元通信连接。

第三方面，本发明提供一种第二方面所述的高压电缆智能传感终端的低功耗管理监测方法，包括：

在预设的数据采集周期内，控制外部传感装置的上电，并向外部传感装置发送数据采集请求指令；

获取外部传感装置反馈的传感数据，根据预设的告警阈值判断传感数据的告警级别，并通过通讯模块将告警信息传输至后台终端；

传感数据获取后，控制外部传感装置的断电。

作为可选择的实施方式，高压电缆智能传感终端发送数据采集请求指令后，开始计时，若在预设的数据采集周期内接收到传感数据，则将传感数据储存至存储单元内，并等待上传，同时对通讯模块和外部传感装置断电，高压电缆智能传感终端进入待机状态。

作为可选择的实施方式，若在预设的数据采集周期内没有接收到传感数据，则将数据采集周期降为一半后，发送二次数据采集请求指令；若仍没有接收到传感数据，则重启通讯模块和外部传感装置后，发送三次数据采集请求指令，此时若没有接收到传感数据，则对通讯模块和外部传感装置断电，采集结束，且高压电缆智能传感终端上报故障信息报文，高压电缆智能传感终端进入待机状态。

作为可选择的实施方式，将传感数据与告警阈值进行对比，若传感数据超过告警阈值，则数据采集周期变为预设的数据采集周期的一半，直至接收到后台终端的告警确认指令或自动消警，恢复预设的数据采集周期。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种高压电缆智能传感终端、系统及低功耗管理监测方法中，传感器组包含气体探测传感器、温湿度传感器、水位传感器、电缆护层接地电流监测装置和电缆接头温度监测装置，可以及时监测水位和温湿度，避免对恶劣环境对电缆护层进行腐蚀，在出现水位告警和温湿度告警时，可以使检修人员及时得知，及时处理。通过气体探测传感器，可有效探测因电缆护层或隧道内电缆沟阴湿环境产生的有害气体，使巡检人员在进行巡检时，避免人身吸入有害气体。

本发明提供的一种高压电缆智能传感终端、系统及低功耗管理监测方法中，传感器的布置区别于现有的在线监控系统，可以对隧道内的恶劣环境进行有效的监测，出现问题可以及时向后台发送报文，为检修人员提供检修判断依据，检修也会有针对性的防护，不会造成人身伤害。

本发明提供的一种高压电缆智能传感终端、系统及低功耗管理监测方法中，采用周期性采集的采集方式，避免设备持续在线所造成的大量能量消耗。在不采集时高压电缆智能传感终端进行待机，将耗电量降到最低，到达周期内采集时刻时，自动唤醒，并就地控制通讯模块和传感器组上电工作，完成采集后上传后台，然后控制通讯模块和传感器组断电。降低能量的消耗，并且在监测到预警信号后，自动提高周期内监测密度，避免因周期监测而导致的监测不及时；在预警信号消失后，自动恢复周期内监测密度，在不损失监测有效性的前提下，节省电能。

本发明提供的一种高压电缆智能传感终端、系统及低功耗管理监测方法，通过CT取电装置从高压电缆上直接取电，不需要外设电源，也不需要远程布设电源线，降低取电成本。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的高压电缆智能传感系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种高压电缆智能传感终端，包括：中央处理单元，与中央处理模块连接的电源模块、采集单元、通信单元、存储单元和开关模块；所述电源模块为采集单元、通信单元、存储单元和中央处理单元供电；所述采集单元连接外部传感装置，所述中央处理单元用于将采集单元获取的外部传感装置的传感数据进行传输；所述电源模块连接外部取电装置，以对外部传感装置供电；所述开关单元连接外部传感装置，所述中央处理单元根据预设周期控制开关单元的开闭，以控制外部传感装置的上电与断电。

在本实施例中，所述采集单元包括接线端子排和数据采集板，所述接线端子排的接地端连接高压电缆智能传感终端的接地铜排，接线端子排的信号接收端与数据采集板连接，以分别连接传感器组；

所述数据采集板与中央处理单元通讯连接，将传感器组的传感数据传输至中央处理单元；

所述中央处理单元通过与存储单元的连接，将传感数据传输至存储单元进行存储；

所述中央处理单元通过与通信单元的连接，将传感数据传输至后台系统。

优选地，所述传感器组包括气体探测传感器、温湿度传感器和水位传感器，接线端子排的信号接收端通过与数据采集板的连接，以分别连接到气体探测传感器、温湿度传感器和水位传感器。

优选地，所述数据采集板通过不同管脚接收气体探测传感器、温湿度传感器和水位传感器的模拟信号，并对气体探测传感器、温湿度传感器和水位传感器的模拟数据进行模数转换后，赋予名称定义；例如：温湿度传感器探测的温度数据为3时，数据采集芯片将后四位定义为“0011”，对应温度数据的名称的中四位为“0001”，对应2号温湿度传感器的编号为前四位“0010”，则发送给中央处理单元的信号为“001000010011”，中央处理单元以此归类每个传感器发送的各个信号的数据。

在本实施例中，所述通信单元包括RS485串口通信单元和TCP/IP以太网通信单元；

优选地，所述中央处理单元通过TCP/IP以太网通信单元与后台进行数据传输。

优选地，所述中央处理单元通过RS485串口通信单元与传感器组连接；所述传感器组包括电缆护层接地电流监测装置和电缆接头温度监测装置，中央处理单元通过RS485串口通信单元连接电缆护层接地电流监测装置和电缆接头温度监测装置，将接收的传感数据通过TCP/IP以太网通信单元传输至后台。

优选地，所述高压电缆智能传感终端通过通讯模块与后台进行通信，即中央处理单元与后台通信时，通过高压电缆智能传感终端内设有的通信单元和外部的通讯模块实现通信。

在本实施例中，所述电源模块连接外部取电装置(如CT取电装置)，用于取电后对外部传感装置等各个模块供电；包含多个开关的开关单元连接外部传感装置，通过处理单元根据预设周期控制开关单元的开闭，以控制外部传感装置的上电与断电；

具体地，外部传感装置包括气体探测传感器、温湿度传感器、水位传感器、电缆护层接地电流监测装置和电缆接头温度监测装置，则气体探测传感器、温湿度传感器、水位传感器、电缆护层接地电流监测装置、电缆接头温度监测装置和通讯模块分别连接开关A、开关B、开关C、开关D、开关E和开关F的常开触点，并通过常开触点连接到外部取电装置的电源输出端，外部取电装置的电源输出端连接电源模块；

各个开关的控制线圈连接中央处理单元，在中央处理单元计时到达预设时刻后唤醒，向开关A、开关B、开关C、开关D、开关E和开关F的控制线圈发送信号，以为传感器组和通信终端上电。

在本实施例中，气体探测传感器、温湿度传感器和水位传感器的外部传感装置的信号输出端直接连接采集单元的信号接收端，而电缆护层接地电流监测装置和电缆接头温度监测装置的外部传感装置通过RS485串口通信单元连接至高压电缆智能传感终端的RS485通信串口，与中央处理单元通信连接。

实施例2

本实施例提供一种高压电缆智能传感系统，包括实施例1所述的高压电缆智能传感终端，以及与高压电缆智能传感终端连接的通讯模块、外部传感装置和外部取电装置；所述高压电缆智能传感终端获取外部传感装置的传感数据，通过通讯模块将传感数据传输至后台终端；所述高压电缆智能传感终端的电源端连接外部取电装置的电源输出端，以直接从隧道电缆上取电，为通讯模块和外部传感装置提供电源，并根据预设周期控制开关单元的开闭，以控制外部传感装置的上电与断电。

实施例3

本实施例提供一种实施例2所述的高压电缆智能传感系统的低功耗管理监测方法，高压电缆智能传感终端在固定周期内定时采集传感器反馈的数据；在不工作时，高压电缆智能传感终端处于待机模式，通信单元、通讯模块和传感器组处于掉电状态；达到定时时间，即到达监测周期的中间时刻，高压电缆智能传感终端自动唤醒，并接通对外通讯模块和传感器组的电源。

高压电缆智能传感终端通过对外通信接口发送数据采集请求指令给外接的电缆通道传感器组，高压电缆智能传感终端通过传感器组采集数据；并将接收的数据存储在存储单元内等待发送，并关闭通讯模块和传感器的电源，采集结束；将传感器数据通过通信单元上传至后台后，进入待机模式。

在本实施例中，所述高压电缆智能传感终端低功耗管理监测方法中，设置监测阈值，将采集的传感器组中的各传感器的监测数值与监测阈值进行对比，如果监测数值超过监测阈值，则采集上传监测周期变为默认监测周期的一半，直至接收到后台系统告警确认指令或自动消警，则恢复默认监测周期。

在本实施例中，所述高压电缆智能传感终端低功耗管理监测方法中，高压电缆智能传感终端在发送采集请求指令后，开始计时；若在预设时间内接收到各传感器发送的数值，则将数值在存储单元内进行储存，并等待上传，对通讯模块和传感器组断电，高压电缆智能传感终端进入待机状态；

若在预设时间内没有接收到传感器的监测数据，再尝试第二次发送数据采集请求指令，第二次等待接收时长为预设时间的一半，还没有接收到返回的数据，则高压电缆智能传感终端重启通讯模块和传感器组，再尝试第三次发送数据请求指令，到达预设时间时还没有接收到数据，对通讯模块和传感器组断电，采集结束，高压电缆智能传感终端上报对应传感器的故障信息报文，后台显示故障信息，并将故障信息储存在存储单元中，高压电缆智能传感终端进入待机状态；

在进入下一个周期的采集时刻后，高压电缆智能传感终端在发送采集请求指令后，开始计时，在预设时间内接收到故障传感器发送的数值，则高压电缆智能传感终端上报自动消警报文，后台撤销故障信息。

优选地，本实施例将预设时间设为10秒。

在本实施例中，若高压电缆智能传感终端采集到数据，则进入告警判断流程，存储单元内设置各传感器的一级告警阈值和二级告警阈值；

具体地，首先将监测数据与一级告警阈值对比，如果监测数据低于一级告警阈值，则正常，告警事件置0x00，数据采集上传时间不变；

如果监测数据高于一级告警阈值，则与二级告警阈值对比，如果低于二级告警阈值，则报一级告警，告警事件置0x01，数据采集上传时间不变；

如果监测数据高于二级告警阈值，则报二级告警，告警事件置0x02；

如果后台发送告警确认指令，则采集上传时间不变，如果未接收到告警确认指令，则采集上传监测周期变为原定时间的一半，直至接收到后台系统告警确认指令或自动消警恢复默认监测周期。

优选地，当采集的监测数据低于一级告警阈值后，自动恢复默认监测周期。

在本实施例中，如果监测数据高于一级告警阈值，则每次采集监测数据由一组变位两组；后一次采集的两组监测数据的平均值如果高于前一次采集的两组监测数据的平均值，且前后两次采集的两组监测数据均为增量，则采集上传周期变为默认监测周期的一半，直至接收到后台系统告警确认指令或自动消警恢复默认周期。

在本实施例中，所述高压电缆智能传感终端上报水位传感器的故障信息报文后，通过通讯模块向安装位置相邻的高压电缆智能传感终端发送数据获取信号，安装位置相邻的高压电缆智能传感终端调取储存模块内最近采集的水位数据，并发送给发送数据获取信号的高压电缆智能传感终端；

优选地，高压电缆智能传感终端还会向安装高度同海拔的高压电缆智能传感终端发送数据获取信号，安装高度同海拔的高压电缆智能传感终端会调取储存模块内最近采集的水位数据，并发送给发送数据获取信号的高压电缆智能传感终端；

优选地，若相邻的高压电缆智能传感终端和高度同海拔的高压电缆智能传感终端采集的水位数据均超过二级阈值，则高压电缆智能传感终端通过通讯模块向后台发送水位超限告警信号，后台水位告警，直至高压电缆智能传感终端可以通过水位传感器采集到数据，且数据不超过二级阈值，向后台发送误报信号，后台取消水位告警。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种高压电缆智能传感终端，其特征在于，包括：处理单元，以及与处理单元连接的采集单元、电源模块和开关单元；

所述采集单元连接外部传感装置，所述处理单元用于将采集单元获取的外部传感装置的传感数据进行传输；所述电源模块连接外部取电装置，以对外部传感装置供电；所述开关单元连接外部传感装置，所述处理单元根据预设周期控制开关单元的开闭，以控制外部传感装置的上电与断电。

2.如权利要求1所述的一种高压电缆智能传感终端，其特征在于，所述高压电缆智能传感终端还包括通信单元，所述通信单元包括RS485串口通信单元和TCP/IP以太网通信单元；所述处理单元通过TCP/IP以太网通信单元与后台终端进行数据传输；所述处理单元通过RS485串口通信单元与外部传感装置连接，并将接收的传感数据通过TCP/IP以太网通信单元传输至后台终端。

3.如权利要求1所述的一种高压电缆智能传感终端，其特征在于，所述外部传感装置连接开关单元的常开触点，通过常开触点连接到外部取电装置，开关单元的控制线圈连接处理单元，根据预设周期向开关单元的控制线圈发送控制信号，以给外部传感装置上电。

4.如权利要求1所述的一种高压电缆智能传感终端，其特征在于，所述采集单元通过不同管脚接收外部传感装置的模拟信号，并对模拟信号进行模数转换后，赋予名称定义，以使处理单元归类每个传感装置发送的传感数据。

5.一种高压电缆智能传感系统，其特征在于，包括：权利要求1-4任一项所述的高压电缆智能传感终端，以及与高压电缆智能传感终端连接的通讯模块、外部传感装置和外部取电装置；所述高压电缆智能传感终端获取外部传感装置的传感数据，通过通讯模块将传感数据传输至后台终端；所述高压电缆智能传感终端通过从外部取电装置取电后为通讯模块和外部传感装置供电，并根据预设周期控制外部传感装置的上电与断电。

6.如权利要求5所述的一种高压电缆智能传感系统，其特征在于，所述外部传感装置包括气体探测传感器、温湿度传感器、水位传感器、电缆护层接地电流监测装置和电缆接头温度监测装置；所述气体探测传感器、温湿度传感器和水位传感器连接高压电缆智能传感终端的采集单元的信号接收端，所述电缆护层接地电流监测装置和电缆接头温度监测装置通过RS485串口通信单元连接高压电缆智能传感终端的RS485通信串口，与处理单元通信连接。

7.一种利用权利要求5-6任一项所述的高压电缆智能传感系统的低功耗管理监测方法，其特征在于，包括：

在预设的数据采集周期内，控制外部传感装置的上电，并向外部传感装置发送数据采集请求指令；

获取外部传感装置反馈的传感数据，根据预设的告警阈值判断传感数据的告警级别，并通过通讯模块将告警信息传输至后台终端；

传感数据获取后，控制外部传感装置的断电。

8.如权利要求7所述的一种低功耗管理监测方法，其特征在于，高压电缆智能传感终端发送数据采集请求指令后，开始计时，若在预设的数据采集周期内接收到传感数据，则将传感数据储存至存储单元内，并等待上传，同时对通讯模块和外部传感装置断电，高压电缆智能传感终端进入待机状态。

9.如权利要求8所述的一种低功耗管理监测方法，其特征在于，若在预设的数据采集周期内没有接收到传感数据，则将数据采集周期降为一半后，发送二次数据采集请求指令；若仍没有接收到传感数据，则重启通讯模块和外部传感装置后，发送三次数据采集请求指令，此时若没有接收到传感数据，则对通讯模块和外部传感装置断电，采集结束，且高压电缆智能传感终端上报故障信息报文，高压电缆智能传感终端进入待机状态。

10.如权利要求7所述的一种低功耗管理监测方法，其特征在于，将传感数据与告警阈值进行对比，若传感数据超过告警阈值，则数据采集周期变为预设的数据采集周期的一半，直至接收到后台终端的告警确认指令或自动消警，恢复预设的数据采集周期。

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