CN114706062A - 一种监测电缆外力破坏的保护系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种监测电缆外力破坏的保护系统，包括用于埋设在地下的电缆和多个在电缆上间隔分布的监测设备，当前监测设备到上一个监测设备的电缆距离根据电缆的电压等级和当前地理位置设定，监测设备包括：检测报警模块，包括应力传感器、高频电磁波测距单元和判断单元；判断单元被配置为按照设定的时长唤醒应力传感器并获取该应力传感器采集到的应力，根据获取到的应力确定是否唤醒高频电磁波测距单元，在唤醒后获取该高频电磁波测距单元采集的接收时长，根据获取的接收时长判断当前监测设备是否存在外力破坏的隐患并在确定存在隐患时上报。本申请解决了由于地下电缆布线错综复杂，施工单位容易对电缆造成外力损坏的问题。
Description
技术领域
本申请涉及电缆故障检测技术领域，特别涉及一种监测电缆外力破坏的保护系统。
背景技术
电线电缆作为传输电/磁能、信息的重要载体在工业、生活与国防等领域上担负着重点的作用。在高度电气化的今天，若电缆发生故障而无法快速定位检修，会使得社会财富遭受到巨大的损失，也会给人们的生活增添诸多不便。
在地下施工时，地下电缆容易被不小心挖断，在损坏电力设备的同时也导致区域性电力供应终端。可见，外力破坏是危害电缆安全的重要因素之一。而实际上，通常的做法是查阅管线资料后在开工前请专门的物探公司利用雷达探测仪进行现场勘探，这种做法也存在后续人工坑探缓慢的弊端，不能快速地确定外力破坏的隐患。
那么，在电缆出现外力破坏之前能够及时监测预警定位仍函待解决。
发明内容
本申请实施例提供一种监测电缆外力破坏的保护系统，以解决相关技术中在电缆出现外力破坏时故障隐患确定慢的技术问题。
本申请实施例提供了一种监测电缆外力破坏的保护系统，包括用于埋设在地下的电缆和多个在所述电缆上间隔分布的监测设备，当前监测设备到上一个监测设备的电缆距离根据所述电缆的电压等级和当前地理位置设定，所述监测设备包括：
检测报警模块，其包括应力传感器、高频电磁波测距单元和判断单元；
所述应力传感器被配置为采集所述应力传感器上方产生的应力；
所述高频电磁波测距单元被配置为采集所述高频电磁波测距单元在监测土层厚度时的接收时长；
所述判断单元被配置为：
按照设定的时长唤醒所述应力传感器并获取该应力传感器采集到的应力，
根据获取到的应力确定是否唤醒所述高频电磁波测距单元，并在唤醒后获取该高频电磁波测距单元采集的接收时长，
根据获取的接收时长判断当前监测设备是否存在外力破坏的隐患并在确定存在隐患时上报当前监测设备信息。
一些实施例中，若获取到的应力减去历史应力最小值后超过设定的应力阈值，则唤醒所述高频电磁波测距单元；或者，
若获取的接收时长短于设定的时间阈值，则确定存在外力破坏的隐患。
一些实施例中，所述监测设备还包括：
无线通信模块，其被配置为在确定存在隐患时唤醒前后相邻的两个监测设备中的应力传感器。
一些实施例中，所述监测设备还包括：
取电线圈，其套设在所述电缆上，并通过电能管理模块为所述检测报警模块供电。
一些实施例中，所述取电线圈包括开环式构造；或者，
所述取电线圈的匝数的确定原则包括：满足所述检测报警模块最大功率下的功能需求的最少匝数的1.25倍。
一些实施例中，所述电能管理模块包括依次连接的前端冲击保护模块、整流滤波模块和DC/DC稳压模块，所述前端冲击保护模块的另一端与所述取电线圈的输出端相连，所述DC/DC稳压模块的另一端与所述检测报警模块相连。
一些实施例中，若流经所述前端冲击保护模块的电流超过设定的电流阈值，则所述前端冲击保护模块隔断前后端的连接。
一些实施例中，所述电缆距离根据所述电缆的电压等级和位置设定的依据包括：
式中，d0为设定的标准距离，k为常数，d为所述电缆距离，p为重要性值；其中，所述重要性值p为电缆电压等级得分与位置得分相加的和，p的取值范围在1~10。
一些实施例中，所述监测设备还包括电池，所述电池的输入端与所述电能管理模块的输出端相连，输出端与所述检测报警模块相连。
一些实施例中，所述检测报警模块还包括与所述判断单元相连的蜂鸣器，所述蜂鸣器被配置为在所述判断单元发出告警信息时发出声响。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：在电缆出现外力破坏时能够及时监测预警定位以供避免工人在施工时误挖，适应了国内基础建设发展迅速，地下施工需求大的情况，解决了由于地下电缆布线错综复杂，施工单位后续容易对电缆造成外力损坏的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的监测设备的结构框图；
图2为本申请实施例提供的监测设备与电缆的安装布置示意图；
图中：1、取电线圈；2、电池；3、前端冲击保护模块；4、整流滤波模块；5、DC/DC稳压模块；6、电能管理模块；7、检测报警模块。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本申请实施例提供了一种监测电缆外力破坏的保护系统，其能在电缆出现外力破坏时能够及时监测预警定位以供避免工人在施工时误挖，适应了国内基础建设发展迅速，地下施工需求大的情况，解决了由于地下电缆布线错综复杂，施工单位后续容易对电缆造成外力损坏的问题。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参照图1~2，本申请实施例提供了一种监测电缆外力破坏的保护系统，包括用于埋设在地下的电缆和多个在所述电缆上间隔分布的监测设备，当前监测设备到上一个监测设备的电缆距离根据所述电缆的电压等级和当前地理位置设定，所述监测设备包括：
检测报警模块7，其包括应力传感器、高频电磁波测距单元和判断单元；
所述应力传感器被配置为采集所述应力传感器上方产生的应力；
所述高频电磁波测距单元被配置为采集所述高频电磁波测距单元在监测土层厚度时的接收时长；
所述判断单元被配置为：
按照设定的时长唤醒所述应力传感器并获取该应力传感器采集到的应力，
根据获取到的应力确定是否唤醒所述高频电磁波测距单元，并在唤醒后获取该高频电磁波测距单元采集的接收时长，
根据获取的接收时长判断当前监测设备是否存在外力破坏的隐患并在确定存在隐患时上报当前监测设备信息。
其中，每一个监测设备均具有其独有的编号，进行监测设备安装时将每个监测设备的编号与其地理位置对应。此后，可以根据监测设备的编号快速对应到其地理位置，避免了有些做法中安装GPS模块所造成的成本高和耗能大的问题。
优选地，若获取到的应力减去历史应力最小值后超过设定的应力阈值，则唤醒所述高频电磁波测距单元；或者，
若获取的接收时长短于设定的时间阈值，则确定存在外力破坏的隐患。
作为本申请实施例的另一优选方案，所述检测报警模块7还包括与所述判断单元相连的蜂鸣器，所述蜂鸣器被配置为在所述判断单元发出告警信息时发出声响。
当检测到接收时长t小于或等于某时间阈值时，蜂鸣器进行大声报警，提醒施工车辆存在损坏甚至挖断电缆的风险。
优选地，所述设定的时间阈值可取20nm。
在本实施例中，检测报警模块7通过内置的应力传感器检测当前监测设备上方土层和车辆所造成的应力，高频电磁波测距单元通过高频电磁波在电变性面的反射计算本装置上方土层的厚度，而厚度由接收时长确定，所以可以通过高频电磁波测距单元确定接收时长。检测报警模块7内置的判断单元根据所测的应力值和所测的接收时长进行判断，优选地，认为所测应力值比历史最小应力值高100kN时存在施工车辆，且在高频电磁波接收时间小于20ns时电缆存在遭受外力破坏的极高风险，此时检测报警模块7内置的蜂鸣器发出大声报警，提醒施工车辆。
进一步地，所述监测设备还包括：
无线通信模块，其被配置为在确定存在隐患时唤醒前后相邻的两个监测设备中的应力传感器。
在本实施例中，综合考虑节能需要和多级预警的原理，判断单元每隔一个固定的时间间隔唤醒应力传感器，优选地，这个时间间隔可以取为15分钟。应力传感器保持在唤醒状态3分钟，且相邻应力传感器的唤醒时刻相差5秒钟，以保证不会存在没有任何传感器处于唤醒状态的情况。
判断单元将应力传感器所测得实时应力数据与该传感器的历史数据进行比较，当该值有显著增大时，可以认为有施工车辆经过或停留。根据常用于市政公用工程施工的平地机的一般重量，考虑施工车辆不一定停在传感模块正上方给应力传感器所带来的误差，可认为当应力比历史数据中的最小值高100kN时为应力显著增大，有施工车辆经过或停留。
其中，当判断单元根据应力传感器测得的应力数值认为该传感模块附近存在施工车辆，判断电缆存在风险时，该应力传感器及其两边相邻的装置的应力传感器不再进入休眠状态，直到连续30秒这三个应力传感器的检测结果都不存在异常，则认为该施工车辆已经离开，则应力传感器和高频电磁波测距单元恢复正常状态。
具体来说，根据多级预警原理和节能需求，高频电磁波测距单元一般处于休眠状态，当判断单元根据应力传感器上传的应力数值认为附近存在施工车辆，电缆存在风险时，判断单元发送信号唤醒高频电磁波测距单元。
其中，高频电磁波测距单元由发射部分和接收部分组成，发射部分向地上方向发
射高频脉冲电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射，被接收部分接收到，记录
下从发射到接收的时间间隔t，也就是接收时长，则高频电磁波测距单元与最近的典型分界
面的距离
为：
其中，c为高频电磁波在地面下传播的速度，约等于光速，此处近似以光速来计算。
由于可以认为高频电磁波在地下的传播速度不变，因此可以用时间间隔t的变化代表该处土层的厚度。如果有施工车辆在该装置上方进行挖掘，时间间隔t将出现大幅度减小，若检测到t为初始值的0.8倍，则认为该电缆上方存在挖掘行为的可能性极高，无线通讯单元迅速向上位机告警。
可见，本实施例针对由野蛮施工造成的电缆外力破坏的问题，综合多级预警原理和休眠唤醒机制，提出了利用应力检测和高频电磁波测距的高可靠性、低能耗的解决方案。
作为本申请实施例的一种优选方案，所述监测设备还包括：
取电线圈1，其套设在所述电缆上，并通过电能管理模块6为所述检测报警模块7供电。
在本实施例中，利用电磁感应原理从电缆上自取能供能，避免了传统电缆监测功能方式充电不方便的问题。
进一步地，所述取电线圈1包括开环式构造；或者，
所述取电线圈1的匝数的确定原则包括：满足所述检测报警模块7最大功率下的功能需求的最少匝数的1.25倍。
其中，根据电磁感应原理，取能线圈从电缆变动的电流中产生的变动的磁场中感应出电能。取能线圈中采用初始磁导率较高的软磁材料作为磁芯，用以引导和集中电力电缆周边的磁场，实现更大的能量捕获。优选地，可以选择锰锌铁氧体或镍锌铁氧体作为磁芯。
其中，取能线圈采用开环式的结构，避免了传统磁场取能方式中采用闭环式结构造成的磁芯饱和、安装困难和容易损坏的问题。以及，取能线圈的具体线圈匝数结合工程实际确定。
进一步地，取能线圈采用非闭合式结构，可以应用于已经安装好的电缆和未安装的电缆。将取能线圈的两个半环垂直于电缆横截面安装。
优选地，线圈匝数的确定原则为：满足检测报警模块7最大功率下的供能需求的最小线圈匝数的1.25倍，该原则既保证了检测及报警模块的耗能需求，又不至于造成资源浪费，节约了成本。
优选地，所述电能管理模块6包括依次连接的前端冲击保护模块3、整流滤波模块4和DC/DC稳压模块5，所述前端冲击保护模块3的另一端与所述取电线圈1的输出端相连，所述DC/DC稳压模块5的另一端与所述检测报警模块7相连。
在本实施例中，经过电能管理模块6，可以将取能线圈输出的不稳定的交流的电能转变为稳定的直流电能。电能管理模块6输出的电能一方面对电池2进行充电，另一方面直接输出到检测及报警模块对检测报警模块7进行供能。
在电能管理模块6中，前端冲击保护模块3进行装置保护、整流滤波模块4进行交流/直流变换，DC/DC稳压模块5则起到稳压的作用。电能管理模块6将取能线圈输出的交流电转换为直流电，根据电缆电流情况进行电池2充电和检测报警模块7供能。
进一步地，若流经所述前端冲击保护模块3的电流超过设定的电流阈值，则所述前端冲击保护模块3隔断前后端的连接。
进一步地，所述监测设备还包括电池2，所述电池2的输入端与所述电能管理模块6的输出端相连，输出端与所述检测报警模块7相连。
其中，电池2和电能管理模块6组成供能模块，当电缆电流较小时，由电能管理模块6和电池2共同对检测报警模块7供能；当电缆电流较大时，由电能管理模块6单独对检测报警模块7供能，且电能管理模块6同时对电池2充电；当电缆电流过大时，由前端冲击保护模块3断开电路，由电池2单独对检测报警模块7供能。
需要说明的是，电流的大小根据实际经验确定，在此不再详细地赘述。
优选地，所述电缆距离根据所述电缆的电压等级和位置设定的依据包括：
式中，d0为设定的标准距离，k为常数，d为所述电缆距离，p为重要性值；其中，所述重要性值p为电缆电压等级得分与位置得分相加的和，p的取值范围在1~10。
相邻监测设备之间的电缆距离为d，d的值由该段电缆的重要性值p决定，重要性值p与电缆的电压等级、地理位置有关。
其中，p的值为电缆电压等级得分与位置得分相加的和，p值的最大值取10，若电缆
电压等级得分与位置得分的和大于10，则p仍按10来计算。电缆电压等级得分规则为：电缆
电压等级220kv及以上为8分，电压等级为110kv则记为5分，110kv以下则记为3分；位置得分
的规则为：交通流量大且安装有摄像头的位置得分为0分，交通流量不大但是安装有摄像头
的位置得分为3分，交通流量大但是没有安装摄像头的位置得分为5分，交通流量不大且没
有安装摄像头的位置得分为7分；重要性值p与相邻监测设备之间沿电缆的电缆距离d的关
系为：随着p的增大，d的值减小。优选地，可取
，其中
取200米，k取5。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种监测电缆外力破坏的保护系统，其特征在于，包括用于埋设在地下的电缆和多个在所述电缆上间隔分布的监测设备，当前监测设备到上一个监测设备的电缆距离根据所述电缆的电压等级和当前地理位置设定，所述监测设备包括：
检测报警模块，其包括应力传感器、高频电磁波测距单元和判断单元；
所述应力传感器被配置为采集所述应力传感器上方产生的应力；
所述高频电磁波测距单元被配置为采集所述高频电磁波测距单元在监测土层厚度时的接收时长；
所述判断单元被配置为：
按照设定的时长唤醒所述应力传感器并获取该应力传感器采集到的应力，
根据获取到的应力确定是否唤醒所述高频电磁波测距单元，并在唤醒后获取该高频电磁波测距单元采集的接收时长，
根据获取的接收时长判断当前监测设备是否存在外力破坏的隐患并在确定存在隐患时上报当前监测设备信息。
2.如权利要求1所述的监测电缆外力破坏的保护系统，其特征在于：
若获取到的应力减去历史应力最小值后超过设定的应力阈值，则唤醒所述高频电磁波测距单元；或者，
若获取的接收时长短于设定的时间阈值，则确定存在外力破坏的隐患。
3.如权利要求1所述的监测电缆外力破坏的保护系统，其特征在于，所述监测设备还包括：
无线通信模块，其被配置为在确定存在隐患时唤醒前后相邻的两个监测设备中的应力传感器。
4.如权利要求1所述的监测电缆外力破坏的保护系统，其特征在于，所述监测设备还包括：
取电线圈，其套设在所述电缆上，并通过电能管理模块为所述检测报警模块供电。
5.如权利要求4所述的监测电缆外力破坏的保护系统，其特征在于，所述取电线圈包括开环式构造；或者，
所述取电线圈的匝数的确定原则包括：满足所述检测报警模块最大功率下的功能需求的最少匝数的1.25倍。
6.如权利要求4所述的监测电缆外力破坏的保护系统，其特征在于，所述电能管理模块包括依次连接的前端冲击保护模块、整流滤波模块和DC/DC稳压模块，所述前端冲击保护模块的另一端与所述取电线圈的输出端相连，所述DC/DC稳压模块的另一端与所述检测报警模块相连。
7.如权利要求6所述的监测电缆外力破坏的保护系统，其特征在于，若流经所述前端冲击保护模块的电流超过设定的电流阈值，则所述前端冲击保护模块隔断前后端的连接。
8.如权利要求1所述的监测电缆外力破坏的保护系统，其特征在于，所述电缆距离根据所述电缆的电压等级和位置设定的依据包括：
式中，d0为设定的标准距离，k为常数，d为所述电缆距离，p为重要性值；其中，所述重要性值p为电缆电压等级得分与位置得分相加的和，p的取值范围在1~10。
9.如权利要求1所述的监测电缆外力破坏的保护系统，其特征在于：
所述监测设备还包括电池，所述电池的输入端与所述电能管理模块的输出端相连，输出端与所述检测报警模块相连。
10.如权利要求1所述的监测电缆外力破坏的保护系统，其特征在于：
所述检测报警模块还包括与所述判断单元相连的蜂鸣器，所述蜂鸣器被配置为在所述判断单元发出告警信息时发出声响。
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