CN116068328A - 一种户外电缆沟防区监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种户外电缆沟防区监控方法及系统，包括获取电缆沟的环境数据、电缆的运行电流数据和电缆测温数据；基于所获取的数据计算电缆运行时，电缆沟内部不同位置处的基本运行温度，并计算不同位置处的温度差异；若单个位置处的温度差异满足告警阈值要求且周围位置处的温度差异关系与各位置的距离关系一一对应，或多个位置处的温度差异同时满足告警阈值要求时，进行电缆温度告警；当接收到告警信号后，对电缆沟内对应位置进行巡视，根据巡视数据判断电缆沟内的异物情况并进行处理；根据满足告警阈值要求时的温度差异值和异物处理情况进行异常上报。本发明能够识别电缆沟内异常情况，并有效监控整个电缆沟的温度情况。

Description

一种户外电缆沟防区监控方法及系统

技术领域

本发明属于电缆防护技术领域，具体涉及一种户外电缆沟防区监控方法及系统。

背景技术

目前变电站户外电缆沟中有着大量的一次或二次电缆，其作为变电站防区的一环，由于处于室外环境，除了施工等一系列人为因素外，小动物的侵害也是电缆问题的主要原因。小动物可能造成电缆损坏，影响运行设备，严重可能会造成火灾。

户外电缆沟的监控和维护主要通过工作人员打开电缆沟盖板进行检查，对有问题区域进行集中处理，整个工作耗时耗力，特别对于电缆沟数量多的变电站只能有选择性的检查，无法全面监控整个电缆沟防区的运行情况。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在解决现有户外电缆沟监控和防护措施效率不高，难以针对整个电缆沟防区进行有效监控的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种户外电缆沟防区监控方法，包括如下步骤：

获取电缆沟的环境数据、电缆的运行电流数据和电缆测温数据；

基于所获取的数据计算电缆运行时，电缆沟内部不同位置处不同节点的基本运行温度，并计算不同位置处各节点的温度差异，温度差异由基本运行温度和电缆测温数据计算得到；

对于任意一个位置，若单个节点处的温度差异满足告警阈值要求且周围节点处的温度差异关系与各节点的距离关系一一对应，或多个节点处的温度差异同时满足告警阈值要求时，进行电缆温度告警；

当接收到告警信号后，对电缆沟内对应位置进行巡视，根据巡视数据判断电缆沟内的异物情况并进行处理；

根据满足告警阈值要求时的温度差异值和异物处理情况进行异常上报。

进一步的，基本运行温度的计算式具体如下：

；

式中，Q为热源，为一次电缆线热源、二次电缆线热源，为空气流动速度（m/s），表示空气密度，表示空气恒压热容，h表示空气导热系数（），为矢量微分算符，为边界热通量，T为待求的基本运行温度，为环境温度，H为电缆沟与外界的换热系数。

进一步的，一次电缆线热源和二次电缆线热源的计算式具体如下：

；

式中，为损耗系数，为一次电缆平均电阻率、二次电缆平均电阻率，为一次电缆截面积、二次电缆截面积，n为电缆沟内一次电缆数、k为电缆沟内二次电缆数，、分别为一次电缆、二次电缆的运行电流。

进一步的，温度差异的计算式具体如下：

；

式中，表示温度差异值，表示在节点处t时刻的测量温度，表示节点处电缆的基本运行温度，为节点的坐标位置。

进一步的，若单个节点处的温度差异满足告警阈值要求时，进行电缆温度告警具体包括：

获取告警节点周围其余若干节点处的温度差异值，并进行归一化处理；

将处理后的数据进行排序，得到第一排序结果；

将各节点与告警节点之间的距离进行排序，得到第二排序结果；

判断第一排序结果和第二排序结果是否一致，若一致，则进行电缆温度告警，否则，则认为是误报警。

第二方面，本发明提供了一种户外电缆沟防区监控系统，包括：

数据获取单元，用于获取电缆沟的环境数据、电缆的运行电流数据和电缆测温数据；

温度计算单元，用于基于所获取的数据计算电缆运行时，电缆沟内部不同位置处不同节点的基本运行温度，并计算不同位置处各节点的温度差异，温度差异由基本运行温度和电缆测温数据计算得到；

告警单元，用于对于任意一个位置，若单个节点处的温度差异满足告警阈值要求且周围节点处的温度差异关系与各节点的距离关系一一对应，或多个节点处的温度差异同时满足告警阈值要求时，进行电缆温度告警；

巡视单元，用于当接收到告警信号后，对电缆沟内对应位置进行巡视，根据巡视数据判断电缆沟内的异物情况并进行处理；

异常上报单元，用于根据满足告警阈值要求时的温度差异值和异物处理情况进行异常上报。

进一步的，在温度计算单元中，基本运行温度的计算式具体如下：

；

式中，Q为热源，为一次电缆线热源、二次电缆线热源，为空气流动速度（m/s），表示空气密度，表示空气恒压热容，h表示空气导热系数（），为矢量微分算符，为边界热通量，T为待求的基本运行温度，为环境温度，H为电缆沟与外界的换热系数。

进一步的，在温度计算单元中，一次电缆线热源和二次电缆线热源的计算式具体如下：

；

式中，为损耗系数，为一次电缆平均电阻率、二次电缆平均电阻率，为一次电缆截面积、二次电缆截面积，n为电缆沟内一次电缆数、k为电缆沟内二次电缆数，、分别为一次电缆、二次电缆的运行电流。

进一步的，在温度计算单元中，温度差异的计算式具体如下：

；

式中，表示温度差异值，表示在节点处t时刻的测量温度，表示节点处电缆的基本运行温度，为节点的坐标位置。

进一步的，在告警单元中，若单个节点处的温度差异满足告警阈值要求时，进行电缆温度告警具体包括：

获取告警节点周围其余若干节点处的温度差异值，并进行归一化处理；

将处理后的数据进行排序，得到第一排序结果；

将各节点与告警节点之间的距离进行排序，得到第二排序结果；

判断第一排序结果和第二排序结果是否一致，若一致，则进行电缆温度告警，否则，则认为是误报警。

综上，本发明提供了一种户外电缆沟防区监控方法及系统，包括获取电缆沟的环境数据、电缆的运行电流数据和电缆测温数据；基于所获取的数据计算电缆运行时，电缆沟内部不同位置处的基本运行温度，并计算不同位置处的温度差异，温度差异由基本运行温度和电缆测温数据计算得到；若单个位置处的温度差异满足告警阈值要求且周围位置处的温度差异关系与各位置的距离关系一一对应，或多个位置处的温度差异同时满足告警阈值要求时，进行电缆温度告警；当接收到告警信号后，对电缆沟内对应位置进行巡视，根据巡视数据判断电缆沟内的异物情况并进行处理；根据满足告警阈值要求时的温度差异值和异物处理情况进行异常上报。本发明能够识别电缆沟内异常情况，并有效监控整个电缆沟的温度情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种户外电缆沟防区监控方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的进行温度告警的工作流程图。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本实施例提供一种户外电缆沟防区监控方法，包括如下步骤：

S100：获取电缆沟的环境数据、电缆的运行电流数据和电缆测温数据.

需要说明的是，在本实施例中，为了便于获取和及时更新电缆沟内的相关数据，可以根据各变电站的实况建立电缆沟的平面布置图，利用视频终端系统建立整个电缆沟内部的3D结构图，该结构图能够满足区分电缆设备以及其他辅助设备的要求。基于该结构图获取微气象天气系统中变电站所属环境温度（单位K，开尔文，以下同）、天气状况等，通过能量管理系统获取一次电缆运行电流数据（同一电缆沟内一次电缆总的运行电流数据集）、从后台监控中获取二次电缆的运行电流数据（同一电缆沟内二次电缆总的运行电流数据集）。除此之外，还可以获取电缆沟巡检机器人图像和检测数据，将获得的上述数据分别上传以便进行温度分析和巡视分析。

S200：基于所获取的数据计算电缆运行时，电缆沟内部不同位置处不同节点的基本运行温度，并计算不同位置处各节点的温度差异，温度差异由基本运行温度和电缆测温数据计算得到。

需要说明的是，基本运行温度是电缆运行时考虑不同热源影响计算得到的温度，而电缆的测温数据则是通过温度测量装置实际测量得到。在本实施例中，可以通过在电缆沟内部呈对称形式布置光纤测温装置，并在多个节点处布置反馈元件。每个反馈元件对应反馈一个节点的温度数据，记为，i为节点编号。以设置3个节点为例，整个电缆沟内的温度表达式为：

。

S300：对于任意一个位置，若单个节点处的温度差异满足告警阈值要求且周围节点处的温度差异关系与各节点的距离关系一一对应，或多个节点处的温度差异同时满足告警阈值要求时，进行电缆温度告警。

需要说明的是，对于单个位置的告警信号，还需要结合其周围其他位置的温度数据进行进一步判断，以避免误报警的情况。在本实施例中，是将周围位置的温度数据结合距离数据进行判断。

S400：当接收到告警信号后，对电缆沟内对应位置进行巡视，根据巡视数据判断电缆沟内的异物情况并进行处理。

在本实施例中，可以利用电缆沟巡检机器人对电缆沟内进行巡视。巡视分为两类，一类是检查数据，电缆沟机器人发出脉冲激光源，在电缆沟内布置一系列的脉冲接收装置，当发出激光脉冲源后，接收装置相应做出反馈，若中间有障碍物，当激光脉冲发射出后，无法得到电缆沟内布置的接收元件的反馈，通过接收到的脉冲波形Rz（t）和发出脉冲波形Rf（t），两者差异区就是小动物的活动区，这主要用来针对一些较大的型动物例如鼠类。

另一类是利用电缆的巡视图像数据，利用图像识别技术获取小动物特征，判断小动物存在；接着进入下一步判断；

第二步就是判断小动物为活物，这需与历史图像数据进行对比，若历史图像数据和现有图像数据进行图像特征提取，若两者差异大，则判断小动物为活物，将情况进行上报。

在下次完成处理后，还会再一次进行判断杀灭情况，若杀灭效果不佳，则需通知专业人员。

S500：根据满足告警阈值要求时的温度差异值和异物处理情况进行异常上报。

在本实施例中，若告警数值大于正常运行温度50%，则提高设备关注度、健康度等级，否则加强巡视。

若告警数据大于电缆的最高运行温度80℃，则上传电缆沟内出现紧急缺陷；

若温度数据达到火警级别，则上报电缆沟火警。

当检查数据和图像数据上报异常，对于鼠类，启动驱逐装置，例如一定频率的声音和特殊的气味进行驱逐，避免鼠类在变电站电缆沟内搭窝。对于蚁类较小的危害动物，通过装载的药水装置喷射相关药水进行直接的消杀，避免进一步形成大面积的蚁群。

在本发明的另一个实施例中，提供一种基本运行温度的计算方式。具体为首先计算在正常运行状态下一次电缆和二次电缆集中分布，多条电缆的散热量计算式：

；

其中，为一次电缆线热源、二次电缆的线热源（W/m）,为损耗系数（0.85~0.95），为一次电缆平均电阻率、二次电缆平均电阻率（），为一次电缆截面积、二次电缆截面积（m2），n为电缆沟内一次电缆数、k为电缆沟内二次电缆数。

因此多条电缆等效计算。假设在一个时间范围内，负荷稳定，且电缆沟内气体流动缓慢稳定，按照层流流动考虑。整个电缆沟基本运行温度分布T(x,y,z)根据下式计算：

；

其中，Q为热源，为空气流动速度（m/s），表示空气密度，表示空气恒压热容，h表示空气导热系数（），为矢量微分算符，为边界热通量，T为待求的基本运行温度，为环境温度，H为电缆沟与外界的换热系数。

设光纤测温装置布置高度位置Zc。

从中计算得到光纤测温位置对应的基本运行温度值（以3个节点为例）：

；

温度差异计算式：；

式中，表示温度差异值，表示在节点处t时刻的测量温度，表示节点处电缆的基本运行温度，为节点的坐标位置。

在本发明的又一实施例中，需要结合不同节点的温度数据进行防误报警判断。当中某节点i同时多个告警，则不经过判断直接高温告警上送；

若只是某节点单一告警，例如（Ti1）温度异常告警时，则需进一步判断避免误报警。

首先提取该节点附近9个节点数据进行分析。

温度表达式为：；

归一化处理：除以9个中最大值的绝对值，矩阵记为A

；

根据值大小进行排序，假设排序结果为

根据各节点探头距离报警节点探头之间距离进行排序，若排序结果符合上述归一化结果的排序值，则判断告警正确。图2为进行温度节点告警时的一个可选工作流程，具体包括；

首先获取温度节点报警情况，判断是否为多点报警情况；

若是多点报警情况，则进一步进行排序判断，若结果正确，则继续后续步骤；若不正确，则判定为错误告警；

判断告警温度是否大于火警温度，若是，则判定为电缆沟内火警；若否，则继续后续步骤；

判断告警温度是否大于80℃，若是，则判定为电缆沟内紧急缺陷；若否，则继续后续步骤；

判断告警温度是否大于运行温度的50%，若是，则提高关注度、健康度；若否，则加强巡视。

以上是对本发明的一种户外电缆沟防区监控方法的实施例进行的详细介绍，以下将对本发明的一种户外电缆沟防区监控系统的实施例进行详细的介绍。

本实施例提供了一种户外电缆沟防区监控系统，包括：数据获取单元、温度计算单元、告警单元、巡视单元和异常上报单元。

在本实施例中，数据获取单元用于获取电缆沟的环境数据、电缆的运行电流数据和电缆测温数据；

在本实施例中，温度计算单元用于基于所获取的数据计算电缆运行时，电缆沟内部不同位置处不同节点的基本运行温度，并计算不同位置处各节点的温度差异，温度差异由基本运行温度和电缆测温数据计算得到；

在本实施例中，告警单元用于对于任意一个位置，若单个节点处的温度差异满足告警阈值要求且周围节点处的温度差异关系与各节点的距离关系一一对应，或多个节点处的温度差异同时满足告警阈值要求时，进行电缆温度告警；

在本实施例中，巡视单元用于当接收到告警信号后，对电缆沟内对应位置进行巡视，根据巡视数据判断电缆沟内的异物情况并进行处理；

异常上报单元，用于根据满足告警阈值要求时的温度差异值和异物处理情况进行异常上报。

进一步的，在温度计算单元中，基本运行温度的计算式具体如下：

；

式中，Q为热源，为一次电缆线热源、二次电缆线热源，为空气流动速度（m/s），表示空气密度，表示空气恒压热容，h表示空气导热系数（），为矢量微分算符，为边界热通量，T为待求的基本运行温度，为环境温度，H为电缆沟与外界的换热系数。

进一步的，在温度计算单元中，一次电缆线热源和二次电缆线热源的计算式具体如下：

；

式中，为损耗系数，为一次电缆平均电阻率、二次电缆平均电阻率，为一次电缆截面积、二次电缆截面积，n为电缆沟内一次电缆数、k为电缆沟内二次电缆数，、分别为一次电缆、二次电缆的运行电流。

进一步的，在温度计算单元中，温度差异的计算式具体如下：

；

式中，表示温度差异值，表示在节点处t时刻的测量温度，表示节点处电缆的基本运行温度，为节点的坐标位置。

进一步的，在告警单元中，若单个节点处的温度差异满足告警阈值要求时，进行电缆温度告警具体包括：

获取告警节点周围其余若干节点处的温度差异值，并进行归一化处理；

将处理后的数据进行排序，得到第一排序结果；

将各节点与告警节点之间的距离进行排序，得到第二排序结果；

判断第一排序结果和第二排序结果是否一致，若一致，则进行电缆温度告警，否则，则认为是误报警。

需要说明的是，本实施例提供的监控系统用于实现前述实施例提供的监控方法，各单元的具体设置均以完整实现该方法为准，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种户外电缆沟防区监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取电缆沟的环境数据、电缆的运行电流数据和电缆测温数据；

基于所获取的数据计算电缆运行时，电缆沟内部不同位置处不同节点的基本运行温度，并计算不同位置处各节点的温度差异，所述温度差异由所述基本运行温度和所述电缆测温数据计算得到；

对于任意一个位置，若单个节点处的所述温度差异满足告警阈值要求且周围节点处的所述温度差异关系与各节点的距离关系一一对应，或多个节点处的所述温度差异同时满足所述告警阈值要求时，进行电缆温度告警；

当接收到告警信号后，对电缆沟内对应位置进行巡视，根据巡视数据判断电缆沟内的异物情况并进行处理；

根据满足所述告警阈值要求时的温度差异值和异物处理情况进行异常上报。

2.根据权利要求1所述的户外电缆沟防区监控方法，其特征在于，所述基本运行温度的计算式具体如下：

；

式中，Q为热源，为一次电缆线热源、二次电缆线热源，为空气流动速度（m/s），表示空气密度，表示空气恒压热容，h表示空气导热系数（），为矢量微分算符，为边界热通量，T为待求的基本运行温度，为环境温度，H为电缆沟与外界的换热系数。

3.根据权利要求2所述的户外电缆沟防区监控方法，其特征在于，一次电缆线热源和二次电缆线热源的计算式具体如下：

；

式中，为损耗系数，为一次电缆平均电阻率、二次电缆平均电阻率，为一次电缆截面积、二次电缆截面积，n为电缆沟内一次电缆数、k为电缆沟内二次电缆数，、分别为一次电缆、二次电缆的运行电流。

4.根据权利要求2所述的户外电缆沟防区监控方法，其特征在于，所述温度差异的计算式具体如下：

；

式中，表示温度差异值，表示在节点处t时刻的测量温度，表示节点处电缆的基本运行温度，为节点的坐标位置。

5.根据权利要求4所述的户外电缆沟防区监控方法，其特征在于，若单个节点处的所述温度差异满足告警阈值要求时，进行电缆温度告警具体包括：

获取告警节点周围其余若干节点处的温度差异值，并进行归一化处理；

将处理后的数据进行排序，得到第一排序结果；

将各节点与所述告警节点之间的距离进行排序，得到第二排序结果；

判断所述第一排序结果和所述第二排序结果是否一致，若一致，则进行电缆温度告警，否则，则认为是误报警。

6.一种户外电缆沟防区监控系统，其特征在于，包括：

数据获取单元，用于获取电缆沟的环境数据、电缆的运行电流数据和电缆测温数据；

温度计算单元，用于基于所获取的数据计算电缆运行时，电缆沟内部不同位置处不同节点的基本运行温度，并计算不同位置处各节点的温度差异，所述温度差异由所述基本运行温度和所述电缆测温数据计算得到；

告警单元，用于对于任意一个位置，若单个节点处的所述温度差异满足告警阈值要求且周围节点处的所述温度差异关系与各节点的距离关系一一对应，或多个节点处的所述温度差异同时满足所述告警阈值要求时，进行电缆温度告警；

巡视单元，用于当接收到告警信号后，对电缆沟内对应位置进行巡视，根据巡视数据判断电缆沟内的异物情况并进行处理；

异常上报单元，用于根据满足所述告警阈值要求时的温度差异值和异物处理情况进行异常上报。

7.根据权利要求6所述的户外电缆沟防区监控系统，其特征在于，在所述温度计算单元中，所述基本运行温度的计算式具体如下：

；

式中，Q为热源，为一次电缆线热源、二次电缆线热源，为空气流动速度（m/s），表示空气密度，表示空气恒压热容，h表示空气导热系数（），为矢量微分算符，为边界热通量，T为待求的基本运行温度，为环境温度，H为电缆沟与外界的换热系数。

8.根据权利要求7所述的户外电缆沟防区监控系统，其特征在于，在所述温度计算单元中，一次电缆线热源和二次电缆线热源的计算式具体如下：

；

式中，为损耗系数，为一次电缆平均电阻率、二次电缆平均电阻率，为一次电缆截面积、二次电缆截面积，n为电缆沟内一次电缆数、k为电缆沟内二次电缆数，、分别为一次电缆、二次电缆的运行电流。

9.根据权利要求7所述的户外电缆沟防区监控系统，其特征在于，在所述温度计算单元中，所述温度差异的计算式具体如下：

；

式中，表示温度差异值，表示在节点处t时刻的测量温度，表示节点处电缆的基本运行温度，为节点的坐标位置。

10.根据权利要求9所述的户外电缆沟防区监控系统，其特征在于，在所述告警单元中，若单个节点处的所述温度差异满足告警阈值要求时，进行电缆温度告警具体包括：

获取告警节点周围其余若干节点处的温度差异值，并进行归一化处理；

将处理后的数据进行排序，得到第一排序结果；

将各节点与所述告警节点之间的距离进行排序，得到第二排序结果；

判断所述第一排序结果和所述第二排序结果是否一致，若一致，则进行电缆温度告警，否则，则认为是误报警。

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