CN117705413A - 一种故障和异常定位的电缆状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种故障和异常定位的电缆状态监测系统，包括两两相连的检测站点、DAS单元、OTDR单元、异常事件定位模块以及自适应故障定位模块，异常事件定位模块结合DAS单元和其建立的传感器网络所检测的传感器数据，可以识别和定位非正常振动的异常时间，提供及时的告警和故障诊断；自适应故障定位模块结合OTDR单元和DAS单元，通过数据处理和分析模块的算法功能，可以提供更精确的故障定位；通过数据处理与分析单元，系统可以根据实时环境和故障特征调整监测策略和算法，提高检测效率和准确性。通过采用上述设置，能够较为精确地定位准确的故障类型，同时有效识别和定位相应异常事件，同时便于维护人员快速定位和诊断故障点，减少维修时间。
Description
技术领域
本发明属于电缆状态监测系统的技术领域，具体涉及一种故障和异常定位的电缆状态监测系统。
背景技术
电网作为国民经济发展的重要保障，保证其安全高效的运行具有重要战略意义。而对电力线路状态进行可靠的监测是保证其安全可靠运行的有效途径，其中，对作为光信息重要传输载体的电缆进行状态监测，将电缆的断裂、外破等故障状态纳入监控就显得尤为重要。
现有技术公开号为CN211234916U的中国专利，其公开了一种基于DAS与OTDR的电缆状态监测系统，该监测系统包括监测箱，监测箱包括DAS单元、OTDR单元、光开关单元与波分复用单元，DAS单元通过光开关单元和波分复用单元与OTDR单元连接；多个电缆线路分支，每一电缆线路分支分别独立连接至监测箱接口。该专利采用的分布式光时域反射电缆传感技术和电缆分布式声波检测技术，同样能够应用于海底电缆监测。
在该方案中，通过DAS对线路进行实时监控，并结合OTDR进行距离测量，以获取故障点相对位置。
通常会存在以下缺陷：传统的OTDR技术虽然可以检测出电缆中的故障，但无法提供精确定位和准确的故障类型识别；对于复杂的电缆网络，故障的定位和诊断变得更加困难。同时，传统的DAS技术主要关注水声信号的监测，难以有效识别和定位其他异常事件，如非正常机械振动，限制了系统对全面异常事件监测的能力。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种故障和异常定位的电缆状态监测系统，能够较为精确地定位准确的故障类型，同时有效识别和定位相应异常事件。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种故障和异常定位的电缆状态监测系统，包括监测站点、DAS单元、OTDR单元、异常事件定位模块、自适应故障定位模块、监测单元以及数据处理与分析单元；
所述监测站点与所述DAS单元相连，所述监测站点用于实时接收异常事件的发生位置、实时警告和故障诊断；
所述DAS单元与所述OTDR单元相连，所述DAS单元用于实时监测周围海域的水声信号，向所述OTDR单元传输所述水声信号；
所述OTDR单元与所述异常事件定位模块相连，所述OTDR单元用于实时监测电缆的状态和性能，向异常事件定位模块传输水声信号和电缆的状态及性能；
所述异常事件定位模块与所述自适应故障定位模块相连，所述异常事件定位模块用于建立传感器网络，接收OTDR单元提供的信息，结合DAS单元的水声信号，准确定位并分析异常事件的发生位置和原因，提供实时告警和故障诊断，向所述自适应故障定位模块传输异常事件的发生位置、实时警告和故障诊断；
所述自适应故障定位模块分别与所述监测站点和监测单元相连，所述自适应故障定位模块用于实时接收所述异常事件定位模块传输的信息，向监测站点发送所接收的信号，同时向所述监测单元发送进一步的监测指令；
所述监测单元与所述数据处理与分析单元相连，所述监测单元用于接收所述自适应故障定位模块的监测指令，并实时采集电缆的状态数据，向所述数据处理与分析单元传输电缆的状态数据；
所述数据处理与分析单元，用于分析所述监测单元采集的电缆的状态数据，识别和提取故障特征，以及确定故障类型和位置的可能范围。
进一步的，还包括光开关单元，所述DAS单元通过所述光开关单元与所述OTDR单元连接，所述光开关单元用于切换光路通道，使所述DAS单元采用时分复用的方式对多个电缆线路分支进行监测。
进一步的，还包括波分复用单元，所述光开关单元通过所述波分复用单元与所述OTDR单元连接，所述波分复用单元用于将所述DAS单元与OTDR单元的光路进行复用，使所述DAS单元与OTDR单元的光互不干扰。
进一步的，还包括数据采集单元，所述监测单元通过所述数据采集单元与所述数据处理与分析单元相连，所述数据采集单元用于对所述监测单元实时采集电缆的状态数据进行采样、转换为数字信号，并进行信号调理和处理以得到准确的数据。
进一步的，还包括数据存储与传输单元，所述数据处理与分析单元与所述数据存储与传输单元相连，所述数据存储与传输单元用于存储和传输监测数据，将处理后的数据存储在本地或远程服务器中，并提供数据传输接口，以便运维人员实时访问监测数据。
进一步的，还包括换流站，所述换流站与所述监测站点相连，用于向所述监测站输送稳定的电力。
进一步的，所述传感器网络包括摄像头，以及安装在所述摄像头上的声音传感器和振动传感器；所述摄像头用于将传感器部署在需要监测的区域内，所述声音传感器用于实时监测水下的声音信号，所述振动传感器用于监测水下的振动信号。
进一步的，所述异常事件定位模块包括预测性分析模块，所述预测性分析模块基于历史数据和机器学习算法，预测电缆故障的概率和发生时间。
进一步的，还包括显示模块，所述异常事件定位模块与所述显示模块相连，向所述显示模块传输异常事件的发生位置和原因，提供实时告警和故障诊断的信息，所述显示模块用于显示所述异常事件定位模块传输的信息，同时显示相应异常事件的发生位置。
进一步的，还包括无线传输模块和广播模块，所述异常事件定位模块分别与所述无线传输模块和广播模块相连，所述无线传输模块用于通过无线方式传输所述异常事件定位模块的信息，所述广播模块用于通过广播方式播放所述异常事件定位模块的信息。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过设置两两相连的检测站点、DAS单元、OTDR单元、异常事件定位模块以及自适应故障定位模块，在传统技术上，本发明的电缆状态监测系统增加了异常事件定位模块以及自适应故障定位模块；其中，异常事件定位模块结合DAS单元和其建立的传感器网络所检测的传感器数据，可以识别和定位非正常振动的异常时间，提供及时的告警和故障诊断，以帮助运维人员采取相应措施，避免潜在故障和事故的发生；自适应故障定位模块结合OTDR单元和DAS单元，通过数据处理和分析模块的算法功能，可以提供更精确的故障定位，便于维护人员快速定位和诊断故障点，减少维修时间；与此同时，通过数据处理与分析单元，系统可以根据实时环境和故障特征调整监测策略和算法，提高检测效率和准确性，进一步提升电缆状态监测系统的性能和可靠性，有助于提高网络运行效率、降低维护成本，并增强电缆网络的稳定性和可用性。
附图说明
图1为本发明的电缆状态监测系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。本说明书中所引用的如“上”、“内”、“中”、“左”、“右”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，一种故障和异常定位的电缆状态监测系统，包括换流站、监测站点、DAS单元、光开关单元、波分复用单元、OTDR单元、异常事件定位模块、显示模块、无线传输模块、广播模块、自适应故障定位模块、监测单元、数据采集单元、数据处理与分析单元以及数据存储与传输单元。
换流站与监测站点相连，用于向监测站输送稳定的电力。
监测站点与DAS单元相连，监测站点用于实时接收异常事件的发生位置、实时警告和故障诊断，并触发DAS单元工作。
DAS单元依次通过光开关单元和波分复用单元与OTDR单元相连，DAS单元包括电缆传感器，通过部署电缆传感器在电缆附近，用于实时监测周围海域的水声信号，该水声信号包括水下生物活动、海底地质变化以及潜在海底设备故障等，并向OTDR单元传输水声信号。
光开关单元用于切换光路通道，使DAS单元采用时分复用的方式对多个电缆线路分支进行监测。
波分复用单元用于将DAS单元与OTDR单元的光路进行复用，使DAS单元与OTDR单元的光互不干扰。
OTDR单元与异常事件定位模块相连，OTDR单元用于实时监测电缆的状态和性能，OTDR单元通过发送脉冲光信号进入电缆，以监测光信号的反射和散射情况，以检测出电缆中的损耗、断裂、弯曲等故障，进而确定电缆相应的故障位置，并向异常事件定位模块传输水声信号和电缆的状态及性能(电缆状态及性能中包括电缆的故障位置)。
异常事件定位模块用于建立一个稳定和可靠的传感器网络，该传感器网络包括摄像头，以及安装在摄像头上的声音传感器和振动传感器；摄像头用于将传感器部署在需要监测的区域内，声音传感器用于实时监测水下的水声信号，振动传感器用于监测水下的振动信号。由此，根据传感器网络监测到的声音信号和振动信号，利用OTDR单元提供的电缆状态和性能信息，结合DAS单元的电缆传感器实时监测到的水声信号，通过处理和对比，能够准确定位并分析异常事件的发生位置和原因，提供实时告警和故障诊断。异常事件定位模块包括预测性分析模块，预测性分析模块基于历史数据和机器学习算法，能够预测电缆故障的概率和发生时间，进而便于维修人员提前对电缆进行维修或维护，从而实现提供电缆使用寿命的作用。
异常事件定位模块与显示模块相连，向显示模块传输异常事件的发生位置和原因，提供实时告警和故障诊断的信息，显示模块用于显示异常事件定位模块传输的信息，同时显示相应异常事件的发生位置，以便于维修人员能够更加直观地观察到异常时间的发生位置，以便于维修人员加快维修，提高电缆维修效率。
无线传输模块和广播模块，异常事件定位模块分别与无线传输模块和广播模块相连，无线传输模块用于通过无线方式(如5G、4G、WIFI、蓝牙、短信等无线方式)传输异常事件定位模块的信息，广播模块用于通过广播方式播放异常事件定位模块的信息，进而便于维修人员及时了解电缆出现故障或异常的状态，进而便于加快维修。
异常事件定位模块与自适应故障定位模块相连，异常事件定位模块并向自适应故障定位模块传输异常事件的发生位置、实时警告和故障诊断。
自适应故障定位模块分别与监测站点和监测单元相连，用于实时接收异常事件定位模块传输的信息，并向监测站点发送所接收的信号，同时向监测单元发送进一步的监测指令。
监测单元通过数据采集单元与数据处理与分析单元相连，监测单元用于接收自适应故障定位模块的监测指令；监测单元由传感器和光接收器组成，同时用于实时采集电缆的状态数据，如光信号的强度、衰减、反射，并向数据处理与分析单元传输电缆的状态数据；
数据采集单元用于对传感器和光接收器(监测单元)输出的模拟信号进行采样、转换为数字信号，同时进行信号调理和处理以得到准确的数据。
数据处理与分析单元与数据存储与传输单元相连，数据处理与分析单元包括数据处理算法模块、特征提取模块和故障识别模型模块，用于分析监测单元采集的电缆的状态数据，识别和提取故障特征，以及确定故障类型和位置的可能范围。数据存储与传输单元用于存储和传输监测数据，将处理后的数据存储在本地或远程服务器中，并提供数据传输接口，以便运维人员实时访问监测数据。
综上所述，本发明通过设置两两相连的检测站点、DAS单元、OTDR单元、异常事件定位模块以及自适应故障定位模块，在传统技术上，本发明的电缆状态监测系统增加了异常事件定位模块以及自适应故障定位模块；其中，异常事件定位模块结合DAS单元和其建立的传感器网络所检测的传感器数据，可以识别和定位非正常振动的异常时间，提供及时的告警和故障诊断，以帮助运维人员采取相应措施，避免潜在故障和事故的发生；自适应故障定位模块结合OTDR单元和DAS单元，通过数据处理和分析模块的算法功能，可以提供更精确的故障定位，便于维护人员快速定位和诊断故障点，减少维修时间；与此同时，通过数据处理与分析单元，系统可以根据实时环境和故障特征调整监测策略和算法，提高检测效率和准确性，进一步提升电缆状态监测系统的性能和可靠性，有助于提高网络运行效率、降低维护成本，并增强电缆网络的稳定性和可用性。
相比于现有技术采用单一的OTDR技术和DAS技术，仍然存在无法提供精确定位和准确的故障类型识别，同时难以有效识别和定位其他异常事件的情况，而本发明通过增设异常事件定位模块以及自适应故障定位模块，能够较为精确地定位准确的故障类型，同时有效识别和定位相应异常事件。
本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或组合，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种故障和异常定位的电缆状态监测系统，其特征在于，包括监测站点、DAS单元、OTDR单元、异常事件定位模块、自适应故障定位模块、监测单元以及数据处理与分析单元；
所述监测站点与所述DAS单元相连，所述监测站点用于实时接收异常事件的发生位置、实时警告和故障诊断；
所述DAS单元与所述OTDR单元相连，所述DAS单元用于实时监测周围海域的水声信号，向所述OTDR单元传输所述水声信号；
所述OTDR单元与所述异常事件定位模块相连，所述OTDR单元用于实时监测电缆的状态和性能，向异常事件定位模块传输水声信号和电缆的状态及性能；
所述异常事件定位模块与所述自适应故障定位模块相连，所述异常事件定位模块用于建立传感器网络，接收OTDR单元提供的信息，结合DAS单元的水声信号，准确定位并分析异常事件的发生位置和原因，提供实时告警和故障诊断，向所述自适应故障定位模块传输异常事件的发生位置、实时警告和故障诊断；
所述自适应故障定位模块分别与所述监测站点和监测单元相连，所述自适应故障定位模块用于实时接收所述异常事件定位模块传输的信息，向监测站点发送所接收的信号，同时向所述监测单元发送进一步的监测指令；
所述监测单元与所述数据处理与分析单元相连，所述监测单元用于接收所述自适应故障定位模块的监测指令，并实时采集电缆的状态数据，向所述数据处理与分析单元传输电缆的状态数据；
所述数据处理与分析单元，用于分析所述监测单元采集的电缆的状态数据，识别和提取故障特征，以及确定故障类型和位置的可能范围。
2.如权利要求1所述的电缆状态监测系统，其特征在于，还包括光开关单元，所述DAS单元通过所述光开关单元与所述OTDR单元连接，所述光开关单元用于切换光路通道，使所述DAS单元采用时分复用的方式对多个电缆线路分支进行监测。
3.如权利要求2所述的电缆状态监测系统，其特征在于，还包括波分复用单元，所述光开关单元通过所述波分复用单元与所述OTDR单元连接，所述波分复用单元用于将所述DAS单元与OTDR单元的光路进行复用，使所述DAS单元与OTDR单元的光互不干扰。
4.如权利要求1所述的电缆状态监测系统，其特征在于，还包括数据采集单元，所述监测单元通过所述数据采集单元与所述数据处理与分析单元相连，所述数据采集单元用于对所述监测单元实时采集电缆的状态数据进行采样、转换为数字信号，并进行信号调理和处理以得到准确的数据。
5.如权利要求4所述的电缆状态监测系统，其特征在于，还包括数据存储与传输单元，所述数据处理与分析单元与所述数据存储与传输单元相连，所述数据存储与传输单元用于存储和传输监测数据，将处理后的数据存储在本地或远程服务器中，并提供数据传输接口，以便运维人员实时访问监测数据。
6.如权利要求1所述的电缆状态监测系统，其特征在于，还包括换流站，所述换流站与所述监测站点相连，用于向所述监测站输送稳定的电力。
7.如权利要求1所述的电缆状态监测系统，其特征在于，所述传感器网络包括摄像头，以及安装在所述摄像头上的声音传感器和振动传感器；所述摄像头用于将传感器部署在需要监测的区域内，所述声音传感器用于实时监测水下的声音信号，所述振动传感器用于监测水下的振动信号。
8.如权利要求1所述的电缆状态监测系统，其特征在于，所述异常事件定位模块包括预测性分析模块，所述预测性分析模块基于历史数据和机器学习算法，预测电缆故障的概率和发生时间。
9.如权利要求1所述的电缆状态监测系统，其特征在于，还包括显示模块，所述异常事件定位模块与所述显示模块相连，向所述显示模块传输异常事件的发生位置和原因，提供实时告警和故障诊断的信息，所述显示模块用于显示所述异常事件定位模块传输的信息，同时显示相应异常事件的发生位置。
10.如权利要求1所述的电缆状态监测系统，其特征在于，还包括无线传输模块和广播模块，所述异常事件定位模块分别与所述无线传输模块和广播模块相连，所述无线传输模块用于通过无线方式传输所述异常事件定位模块的信息，所述广播模块用于通过广播方式播放所述异常事件定位模块的信息。
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