CN208572446U - 基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，包括数据采集层、通讯汇集层、系统监测层、报警执行层，数据采集层包括传感器采集模块、电缆电流采集模块，通讯汇集层包括通讯终端，系统监测层包括后台监测主机，报警执行层包括移动终端和智能报警单元，通讯终端接收传感器采集模块、电缆电流采集模块采集的数据并传输到后台监测主机中，后台监测主机根据接收到的数据输出相应的控制信号并传输到移动终端和智能报警单元中，控制移动终端和智能报警单元进行相应的操作。本实用新型的监测装置综合运用了传感器采集模块和电缆电流采集模块，并采用了物联网RFID技术进行无线自组网，提高了信号传输的可靠性。

Description

基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种电缆井的监测装置，特别涉及一种基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置。

背景技术

随着城市化规模扩大建设速度加快，电力电缆供电网络也得以快速发展。地下供电网络分布数量广大，管线安装杂乱，管理难度极大，问题不易排查，同时地下电缆极易发生温升烧毁，变电站出线500米内环网柜和中间接头处等都是急需监控的重要资产。除此之外，地下电缆环境恶劣，无法取电、信号干扰、无线信号不稳定，没有合适的监控设备以及电力电缆问题多半事后处理，无法做到事前预防，导致停电故障报警投诉过多，降低了电网服务质量。

因此规模庞大、电缆众多的地下供电网络对电力部门电缆安全运行和事故预防提出了新要求。但在高温、大负荷季节对井沟内电缆是否被盗及井沟内是否积水等状况进行大量巡检比较困难，并且无法实时掌握从而进行预防。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、检测精度高的基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，包括数据采集层、通讯汇集层、系统监测层、报警执行层，所述数据采集层包括安装在各电缆井内的用于采集电缆井状态数据的传感器采集模块、用于采集电缆井内电缆交流电流的电缆电流采集模块，所述通讯汇集层包括安装在各电缆井内的通讯终端，所述系统监测层包括后台监测主机，所述报警执行层包括佩戴在工作人员身上的移动终端和位于电缆井现场的智能报警单元，各通讯终端与位于同一电缆井内的传感器采集模块、电缆电流采集模块进行无线通讯，接收传感器采集模块、电缆电流采集模块采集的数据并将采集的数据进行汇总后无线传输到后台监测主机中，后台监测主机根据从各通讯终端接收到的数据输出相应的控制信号并通过无线传输到移动终端和智能报警单元中，移动终端和智能报警单元根据接收到的控制信号进行相应的操作。

上述基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，所述传感器采集模块包括贴于电缆井内部，用于实时监测电缆井内的温湿度和烟雾浓度信息的火灾烟感RFID标签；紧贴电缆外壁，用于实时监测电缆温度信息的温度RFID标签；贴于电缆井内部，用于实时监测电缆井内的水位信息的水浸RFID标签；贴于电缆井盖，用于通过监测电缆井盖X、Y、Z轴的加速度绝对值，得到电缆井盖位移信息的位移RFID标签；贴于电缆井内部，用于实时监测电缆井内的可燃气体浓度信息的可燃气体RFID标签；火灾烟感RFID标签、温度RFID标签、水浸RFID标签、位移RFID标签、可燃气体RFID标签与通讯终端进行无线通讯，将采集的信号送入通讯终端。

上述基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，所述传感器采集模块中火灾烟感RFID标签、温度RFID标签、水浸RFID标签、位移RFID标签、可燃气体RFID标签传送到通讯终端的信号还包括各标签所对应的安装地址信号。

上述基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，所述位移RFID标签采集得到的位移信息包括电缆井盖转动、电缆井盖倾斜、电缆井盖平移、电缆井盖上下移和电缆井盖震动中的至少一种运动。

上述基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，电缆井中的火灾烟感RFID标签、温度RFID标签、水浸RFID标签、位移RFID标签、可燃气体RFID标签首先与同一电缆井中的通讯终端进行无线通讯，若同一电缆井中的通讯终端通讯异常，则搜索通讯范围内的其他通讯终端，将数据经其他通讯终端传送到后台监测主机。

上述基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，所述电缆电流采样模块包括感应式电流互感器和瞬态电压抑制器保护回路，感应式电流互感器用于电缆井内电缆交流电流的测量和保护，瞬态电压抑制器保护回路用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压以及感应雷所产生的过电压。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型综合运用了传感器采集模块和电缆电流采集模块，并采用了传输稳定、网络可靠性极高的物联网RFID技术进行无线自组网，提高了信号传输的可靠性，另外在后台监测主机将报警信息发送至管理人员移动终端的基础上，增加了智能报警单元提供的本地声光报警。

2、本实用新型采用位移信号、位移许可、水位信号三种监测为一体，解决了由于检修人员内部维护时打开电缆井盖和电缆井水浸被淹时电缆井盖被冲走导致的误报警。

附图说明

图1为本实用新型监测装置的结构框图。

图2为本实用新型监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，包括数据采集层、通讯汇集层、系统监测层、报警执行层。

所述数据采集层包括安装在各电缆井内的用于采集电缆井状态数据的传感器采集模块1、用于采集电缆井内电缆交流电流的电缆电流采集模块2。

所述传感器采集模块1周期性采集电缆井的状态数据，并将采集的数据实时上传给通讯汇集层的通讯终端。传感器采集模块1包括贴于电缆井内部，用于实时监测电缆井内的温湿度和烟雾浓度信息的火灾烟感RFID标签；紧贴电缆外壁，用于实时监测电缆温度信息的温度RFID标签；贴于电缆井内部，用于实时监测电缆井内的水位信息的水浸RFID标签；贴于电缆井盖，用于通过监测电缆井盖X、Y、Z轴的加速度绝对值，得到电缆井盖位移信息的位移RFID标签；贴于电缆井内部，用于实时监测电缆井内的可燃气体浓度信息的可燃气体RFID标签；火灾烟感RFID标签、温度RFID标签、水浸RFID标签、位移RFID标签、可燃气体RFID标签与通讯终端进行无线通讯，将采集的信号送入通讯终端。

所述传感器采集模块1中火灾烟感RFID标签、温度RFID标签、水浸RFID标签、位移RFID标签、可燃气体RFID标签传送到通讯终端的信号还包括各标签所对应的安装地址信号。火灾烟感RFID标签、温度RFID标签、水浸RFID标签、位移RFID标签、可燃气体RFID标签均采用内置电池供电，使用寿命达5-7年，当电量不足时，会自动传输电量不足信号给无线自组网通讯终端。

所述位移RFID标签采集得到的位移信息包括电缆井盖转动、电缆井盖倾斜、电缆井盖平移、电缆井盖上下移和电缆井盖震动中的至少一种运动。

电缆井中的火灾烟感RFID标签、温度RFID标签、水浸RFID标签、位移RFID标签、可燃气体RFID标签首先与同一电缆井中的通讯终端进行无线通讯，若同一电缆井中的通讯终端通讯异常，则搜索通讯范围内的其他通讯终端，将数据经其他通讯终端传送到后台监测主机。

所述电缆电流采样模块包括感应式电流互感器和瞬态电压抑制器保护回路，感应式电流互感器用于电缆井内电缆交流电流的测量和保护，瞬态电压抑制器保护回路用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压以及感应雷所产生的过电压。

传感器采集模块1和安装于电缆内部的电缆电流采集模块2可以共同采集电缆井中的运行状态信息，并通过RFID（无线射频识别技术)与无线自组网通讯终端进行连接，无线自组网通讯终端接收上述采集数据后进行汇总并通过无线自组网技术以3-5分钟一次的频率传输至主站系统的后台监测主机4。

所述通讯汇集层包括安装在各电缆井内的通讯终端3，所述系统监测层包括后台监测主机4，各通讯终端3与位于同一电缆井内的传感器采集模块1、电缆电流采集模块2进行无线通讯，接收传感器采集模块1、电缆电流采集模块2采集的数据并将采集的数据进行汇总后无线传输到后台监测主机4中。无线自组网通讯终端支持自组网协议和USB接口，自身设计满足低功耗的要求，采用内置电池供电，电量不足时可自动更换。

所述后台监测主机4位于集控中心，实时接收无线自组网通讯终端的数据，采用各种数据处理和分析方法对接收到的数据进行实时处理分析，显示出相关报警信息设备的详细安装地址，并根据报警信息类型编辑相应短信（附详细地址）发送至相关工作人员的移动终端，同时发送信息给电缆井现场的智能报警单元。此处，各种数据处理和分析方法可以采用现有技术实现。后台监测主机4设有存储器，用于存储各种监测和预警数据。

后台监测主机4中还设有统计查询模块、实时工况信息查询和巡检管理模块，统计查询模块提供各种变量的历史信息，包括火灾烟感状况、井内水位状况、可燃气体浓度、电缆温度、电缆电流、位移异常状况等；工况信息查询提供各种变量的实时数据。巡检管理模块实现对电缆沟井的定期、定时、巡检路径规划及巡检方式和巡检内容的规划和记录为运行人员智能巡检提供辅助，可依据运行规程或定义，通过巡检配置功能，对巡检周期及时段进行配置，同时在巡检过程中，可通过移动终端完成巡检路径规划和巡检结果记录，后期也可对整个巡检记录进行查询。

后台监测主机4具有趋势分析与预警、报警记录分析、历史数据存储、数据报表生成功能，还能为运行、管理提供直观、简洁的数据显示和系统控制界面。

无线自组网技术具体指的是，无线自组网通讯终端通过RFID无线通讯模块与后台监测主机4进行通讯，其中无线自组网通讯终端是指距离传感器采集模块1和电缆电流采集模块2最近的一个通讯终端，即经离传感器采集模块1最近的通讯终端向后台监测主机4上传数据，若离传感器采集模块1最近的通讯终端通讯异常（如通讯终端电量不足无法正常工作），则搜索通讯范围内（比如可视距离1000米）的其它通讯终端，通过RFID无线通讯模块再次建立新的传输路径，进行数据传输。

所述RFID无线通讯模块采用通讯主控控制板卡，该控制卡可以是嵌入式，也可以是其他的产品。RFID无线通讯模块属于物联网通信，具备自组网功能。

所述报警执行层包括佩戴在工作人员身上的移动终端5和位于电缆井现场的智能报警单元6，后台监测主机4根据从各通讯终端3接收到的数据输出相应的控制信号并通过无线传输到移动终端5和智能报警单元6中，移动终端5和智能报警单元6根据接收到的控制信号进行相应的操作。

所述移动终端5具备4G通信功能，能够接收所述主站系统的后台监测主机4发送的各种详细报警短信，实现远程调度运行管理和智能运行巡检功能，方便多端远程互动及现场追踪。

所述智能报警单元6带自组网协议，能够接受所述主站系统的后台监测主机4通过无线自组网通讯终端发送的报警信息，并进行电缆井现场声光报警。

一种基于物联网的电缆井运行状态在线监测方法，包括以下步骤：

第一步：后台监测主机4周期性地采集由电缆井内的位移RFID标签检测到的位移状态信息和对应的电缆井地址信号、由电缆井内的水浸RFID标签检测到的水位信号。

位移RFID标签检测到的位移状态信息和对应的电缆井地址信号首先与同一电缆井中的通讯终端进行无线通讯，若同一电缆井中的通讯终端通讯异常，则搜索通讯范围内的其他通讯终端，将数据经其他通讯终端传送到后台监测主机4。

位移RFID标签检测到的位移状态信息包括电缆井盖转动、电缆井盖倾斜、电缆井盖平移、电缆井盖上下移和电缆井盖震动中的至少一种运动。

第二步：后台监测主机4根据位移状态信息判断各电缆井的位移状态是否异常，若是转第三步，若不是则转第六步。

第三步：后台监测主机4判断位移状态出现异常的电缆井是否接收到来自管理人员的位移许可信号，若是，则转第六步，若不是，则转第四步。

第四步：后台监测主机4通过水浸RFID标签检测到的水位信号判断位移状态出现异常的电缆井的水位是否异常，若是则转第六步，若不是则转第五步。

第五步：后台监测主机4发送“电缆疑似被盗”的报警信息。

具体指的是结合位移状态出现异常的电缆井中的位移RFID标签发送的电缆井地址，后台监测主机4编辑附带地址的“电缆疑似被盗”短信并发送至工作人员的移动终端5上，同时发送信息给此电缆井现场的智能报警单元6，实现本地声光报警。

第六步：程序结束。

监测方法中还包括以下步骤：后台监测主机4实时监测火灾烟感RFID标签,若该RFID标签状态信息异常，后台监测主机4就进行“烟感异常”报警；后台监测主机4实时监测温度RFID标签,若该RFID标签状态信息异常，后台监测主机4就进行“温度异常”报警 ；后台监测主机4实时监测可燃气体RFID标签,若该RFID标签状态信息异常，后台监测主机4就进行“可燃气体浓度异常”报警 ；后台监测主机4实时监测水浸RFID标签,若该RFID标签状态信息异常，后台监测主机4就进行“水位异常”报警。

Claims (6)

1.一种基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，其特征在于：包括数据采集层、通讯汇集层、系统监测层、报警执行层，所述数据采集层包括安装在各电缆井内的用于采集电缆井状态数据的传感器采集模块、用于采集电缆井内电缆交流电流的电缆电流采集模块，所述通讯汇集层包括安装在各电缆井内的通讯终端，所述系统监测层包括后台监测主机，所述报警执行层包括佩戴在工作人员身上的移动终端和位于电缆井现场的智能报警单元，各通讯终端与位于同一电缆井内的传感器采集模块、电缆电流采集模块进行无线通讯，接收传感器采集模块、电缆电流采集模块采集的数据并将采集的数据进行汇总后无线传输到后台监测主机中，后台监测主机根据从各通讯终端接收到的数据输出相应的控制信号并通过无线传输到移动终端和智能报警单元中，移动终端和智能报警单元根据接收到的控制信号进行相应的操作。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，其特征在于：所述传感器采集模块包括贴于电缆井内部，用于实时监测电缆井内的温湿度和烟雾浓度信息的火灾烟感RFID标签；紧贴电缆外壁，用于实时监测电缆温度信息的温度RFID标签；贴于电缆井内部，用于实时监测电缆井内的水位信息的水浸RFID标签；贴于电缆井盖，用于通过监测电缆井盖X、Y、Z轴的加速度绝对值，得到电缆井盖位移信息的位移RFID标签；贴于电缆井内部，用于实时监测电缆井内的可燃气体浓度信息的可燃气体RFID标签；火灾烟感RFID标签、温度RFID标签、水浸RFID标签、位移RFID标签、可燃气体RFID标签与通讯终端进行无线通讯，将采集的信号送入通讯终端。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，其特征在于：所述传感器采集模块中火灾烟感RFID标签、温度RFID标签、水浸RFID标签、位移RFID标签、可燃气体RFID标签传送到通讯终端的信号还包括各标签所对应的安装地址信号。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，其特征在于：所述位移RFID标签采集得到的位移信息包括电缆井盖转动、电缆井盖倾斜、电缆井盖平移、电缆井盖上下移和电缆井盖震动中的至少一种运动。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，其特征在于：电缆井中的火灾烟感RFID标签、温度RFID标签、水浸RFID标签、位移RFID标签、可燃气体RFID标签首先与同一电缆井中的通讯终端进行无线通讯，若同一电缆井中的通讯终端通讯异常，则搜索通讯范围内的其他通讯终端，将数据经其他通讯终端传送到后台监测主机。

6.根据权利要求2所述的基于物联网的电缆井运行状态在线监测装置，其特征在于：所述电缆电流采样模块包括感应式电流互感器和瞬态电压抑制器保护回路，感应式电流互感器用于电缆井内电缆交流电流的测量和保护，瞬态电压抑制器保护回路用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压以及感应雷所产生的过电压。