CN215448029U - 一种基于物联网LoRa的电力缆线监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网LoRa的电力缆线监控系统，把至少两个传感器模块安装在缆线及缆线附近，对缆线及缆线环境信息进行采集；传感器模块采用LoRa技术网络把采集到的信息传输到中转模块，上位机接收到至少两个中转模块传输的信息后与设定的阈值进行对比，对信息进行显示并在超过阈值时进行报警；本实用新型基于物联网LoRa技术对电缆沟关键结点的环境参数进行采集，如发现任何超出标准的值，及时发出预警信号，提醒相关人员及时处理，同时，与相关的处置系统进行联动进行预处置，如防汛挡板等，保证电缆沟内设备安全运行，提高了运维人员工作效率，减少了劳动时间。

Description

一种基于物联网LoRa的电力缆线监控系统

技术领域：

本实用新型涉及供变电领域，特别是涉及一种基于物联网LoRa的电力缆线监控系统。

背景技术：

自2016年陕西330千伏南郊变主变烧损事故，以及2018年“4.7”天山换流站着火事件以来，国网以及政府各级部门对于防止变电站火灾十分重视。结合变电站运维管理相关规定，本项目以提高变电站电缆沟环境的感知力、遇到紧急情况的处置力为目的进行的系统开发，着力利用物联网、云平台、大数据分析等新的技术手段解决变电站电缆沟环境监测的问题。

电缆沟作为电缆铺设的管道，起作至关重要的作用，但由于电缆沟处于地下，巡查难度较大，在日常的运营管理中，很容易被忽略，另根据中国电机工程学会的一项调查统计，电缆故障70%以上主要原因由于外力破坏，产品质量，施工安装，受潮，自然灾害，动物侵蚀等原因造成。电缆沟环境综合监控系统的研究，利用物联网技术，实现全天24小时监控，及时发现电缆破坏的潜在因素，并进行人工或者自动干预，比如外力破坏，受潮，动物侵蚀等几个影响因素，从而延长电缆使用寿命，降低事故风险。

经调查，现有的电缆沟环境参数的获取主要采取人工巡检方式，根据五通相关规定电缆沟需定期进行检查，若采取人工方式收集电缆沟数据，耗费人力成本，并且不能做到实时监测，收集到的数据没有做到有效分析利用，对运维决策缺乏有效支持。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，基于物联网LoRa技术对电缆沟关键结点的环境参数进行采集，如发现任何超出标准的值，及时发出预警信号，提醒相关人员及时处理的基于物联网LoRa的电力缆线监控系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的另一种技术方案是：一种基于物联网LoRa的电力缆线监控系统，包括传感器模块、中转模块和终端控制器，其特征是：

所述传感器模块安装在缆线及缆线附近，对缆线及缆线环境信息进行采集，并采用LoRa无线通信把采集到的数据信息传输到所述中转模块；

所述中转模块接收所述传感器模块发送的数据信息，并把上述数据信息上传到所述终端控制器；

所述终端控制器对中转模块传输的信息进行接收，把数据信息与相应的阈值进行比较，超过阈值则并进行报警；并通过有线或无线与相关的应急处置系统进行自动联动；

其中，所述传感器模块和中转模块均为至少两个，且至少两个所述传感器模块与所述中转模块通过无线进行通信，且至少两个所述中转模块与所述终端控制器通过无线进行通信。

进一步的，所述传感器模块包括缆线环境温湿度采集模块、烟雾告警模块、水浸检测模块、防小动物检测模块和缆线温度采集模块；

缆线环境温湿度采集模块包括用于检测缆线环境的环境温度、湿度的温度传感器、湿度传感器和集成主板；

电缆温度采集模块包括用于采集线缆的红外温度的红外传感器和集成主板；

烟雾告警模块包括用于对缆线环境中的烟雾进行检测的烟雾传感器和集成主板；

水浸检测模块包括用于对缆线环境中的水位情况进行检测的水位传感器和集成主板；

防小动物检测模块包括用于对缆线环境中的动物进入情况进行检测的夜视摄像头和集成主板。

进一步的，所述集成主板包括电路板以及封装在其上并进行电连通的至少两个控制芯片、电阻、电容和三极管。

进一步的，所述终端控制器与人机交互设备连接，且所述控制终端与应急处置系统进行联动。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型基于物联网LoRa技术对电缆沟关键结点的环境参数进行采集，如发现任何超出标准的值，及时发出预警信号，提醒相关人员及时处理。

2、本实用新型采用多传感器融合，通过传感器监控电缆沟内各项环境参数，比如积水，烟雾，铺设电缆表面温度，小动物入侵等情况，并与设定的阈值进行对比，超过阈值时给出准确可靠的异常告警，并及时使用短信或终端控制器报警通知相关人员进行处理；利用Lora技术传输速率高，传输数据量大的特点，实现远程实时视频查看电缆沟内状况,为后期采用5G技术进行多站级联打基础。

附图说明：

图1为基于物联网LoRa的电力缆线监控系统的结构示意图；

图2为传感器模块中集成主控板的电路图。

具体实施方式：

实施例：参见图1和图2。

基于物联网LoRa的缆线（电缆、光缆）监控系统，通过在线实时采集电缆沟内的环境数据、电缆温度、电缆沟内的环境温湿度、烟感、是否浸水以及是否小动物入侵(老鼠等)等数据，通过LoRa网络传输信息至上位机，最后，通知相关维护人员进行关注、处理，同时，系统可与相关的处置系统进行联动进行预处置，如防汛挡板等，保证电缆沟内设备安全运行，提高了运维人员工作效率，减少了劳动时间。

下面结合附图和实施例对本申请进行详细描述。

如图1所示，提供了一种基于物联网LoRa的电力缆线监控系统，包括传感器模块、中转模块和终端控制器；其中，传感器模块和中转模块均为至少两个，且至少两个传感器模块与中转模块通过无线进行通信，且至少两个中转模块与终端控制器通过无线进行通信。

传感器模块安装在缆线及缆线附近（安装采用螺栓固定连接、铆接、焊接中的其中一种，具体可根据实际情况进行确定），对缆线及缆线环境信息进行采集，并采用LoRa无线通信把采集到的数据信息传输到中转模块；

LoRa是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，其实也是是诸多LPWAN通信技术中的一种，提供一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。目前，LoRa主要在ISM频段运行，主要包括433、868、915MHz等。LoRa的优势在于技术方面的长距离能力。单个网关或基站可以覆盖多达十几公里。实际应用中，在一个给定的位置，传输距离在很大程度上取决于环境或障碍物。因此，在500kV变电站中应用，除了传输距离意外，还可以免于物理布线，具有很明显的优势。

其中，传感器模块包括缆线环境温湿度采集模块、烟雾告警模块、水浸检测模块、防小动物检测模块和缆线温度采集模块。

缆线环境温湿度采集模块包括用于检测缆线环境的环境温度、湿度的温度传感器、湿度传感器和集成主板（温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类，具体型号的选择本领域技术人员可以实际情况进行选择；湿度传感器最简单的是湿敏元件，湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类，具体型号的选择本领域技术人员可以实际情况进行选择。）。

温度传感器和湿度传感器与集成主板电连接，集成主板、胶体电池为一体设计，对电缆沟内的环境温度、湿度进行定时采集，数据通过LoRa网关传送到中转模块。

电缆温度采集模块包括用于采集线缆的红外温度的红外传感器和集成主板（红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类:(1)辐射计，用于辐射和光谱测量;(2)搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪;(3)热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像;(4)红外测距和通信系统;(5)混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合，具体型号的选择本领域技术人员可以实际情况进行选择。）。

红外传感器与集成主板电连接，集成主板、胶体电池为一体设计，对电缆敷设较多的地方与旧电缆较多的位置的温度进行采集，数据通过LoRa网关传送到中转模块。

烟雾告警模块包括用于对缆线环境中的烟雾进行检测的烟雾传感器和集成主板（烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，其包括离子式、光电式、气敏式，具体型号的选择本领域技术人员可以实际情况进行选择。）。

烟雾传感器与集成主板电连接，集成主板、胶体电池为一体设计，对电缆沟内的烟雾进行采集，数据通过LoRa网关传送到中转模块。

水浸检测模块包括用于对缆线环境中的水位情况进行检测的水位传感器和集成主板（水位传感器能将被测点水位参量实时地转变为相应电量信号的仪器，具体型号的选择本领域技术人员可以实际情况进行选择。）。

水位传感器与集成主板电连接，集成主板、胶体电池为一体设计，对电缆沟内的水位进行采集，数据通过LoRa网关传送到中转模块。

防小动物检测模块包括用于对缆线环境中的动物进入情况进行检测的夜视摄像头和集成主板（夜视摄像头为红外夜视摄像机，其主要用于在无可见光或者微光的黑暗环境下，采用红外发射装置主动将红外光投射到物体上，红外光经物体反射后进入镜头进行成像，具体型号的选择本领域技术人员可以实际情况进行选择。）。

夜视摄像头与集成主板电连接，集成主板、胶体电池为一体设计，对电缆沟内是否有动物进入进行采集，数据通过LoRa网关传送到中转模块。

缆线环境温湿度采集模块、烟雾告警模块、水浸检测模块、防小动物检测模块和缆线温度采集模块均采用集成主板，其集成主板的电路布局相同（如图2所示，集成主板包括电路板以及封装在其上并进行电连通的至少两个控制芯片、电阻、电容和三极管），各模块之间的不同之处为所连接的传感器不同，具体的为温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、红外传感器、水位传感器和夜视摄像头，胶体电池属于铅酸蓄电池的一种发展分类，最简单的做法，是在硫酸中添加胶凝剂，使硫酸电液变为胶态。电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池，其为集成主板进行供电，保证其正常运行，同时在电量低于阈值时能够向终端控制器发送提示信息（传感器模块编号、位置、所检测的信息类型、电量不足、预计续航时间）。

中转模块：接收相应范围内的任一传感器模块发送的数据信息，并把上述数据信息上传到终端控制器（中转模块为与无线通讯电路连通的中转控制器）。

其中，范围的划分可以按照行政区域划分也可以根据实际情况进行人工划分（行政区域划分为街道、社区、自然村等行政区域，具体采用哪种行政区域划分依据行政区域中线缆的数量进行确定，保证区域内传感器模块的连接数量低于中转模块的最大接入量，同时，还应当保留一定余量，便于后期线缆维护），其人工划分为依据线缆的类型用途（线路名称）、传感器模块的数量（中转模块与传感器模块连接的最大数量）进行确定。

终端控制器：对中转模块传输的信息进行接收，把数据信息与相应的阈值进行比较，超过阈值则并进行报警；并通过有线或无线与相关的应急处置系统进行自动联动。

其中，数据信息与相应的预设阈值进行比较，超过设定阈值则说明存在事故发生，并进行报警（通过声光报警的同时，还对人员携带的移动终端发报警信息，便于及时对人员进行提醒）；同时在显示器上对采集的数据信息和视频信息进行显示；其进行显示的时候需要人员通过人机交互设备进行选择性显示，为电缆沟运行环境提供了实时监控的可能；人机交互设备为键盘、鼠标、麦克风、扩音器和打印机等与电脑连接的常用办公设备。

其中，终端控制器与相关的应急处置系统进行自动联动，如防汛挡板、通风系统、排水系统等，水位传感器检测到电缆沟内水位超过阈值，进行报警的同时，还与防汛挡板和排水系统联动，对电缆沟内的积水进行排出，当烟雾传感器检测到电缆沟内烟雾浓度超过阈值，进行报警的同时，还与通风系统联动，对电缆沟内的烟雾进行排出，保证电缆沟内设备安全运行，提高了运维人员工作效率，减少了劳动时间。

终端控制器和中转控制器还可以称为CPU（Central Processing Unit，中央处理单元）。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器还可以是通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP）、专用集成电路（ApplicationSpecific Integrated Circuit, ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable GateArray, FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。另外，处理器可以由集成电路芯片共同实现。

其中，终端控制器与人机交互设备连接；人机交互设备为键盘、鼠标、麦克风、扩音器和打印机等与电脑连接的常用办公设备。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种基于物联网LoRa的电力缆线监控系统，包括传感器模块、中转模块和终端控制器，其特征是：

所述传感器模块安装在缆线及缆线附近，对缆线及缆线环境信息进行采集，并采用LoRa无线通信把采集到的数据信息传输到所述中转模块；

所述中转模块接收所述传感器模块发送的数据信息，并把上述数据信息上传到所述终端控制器；

所述终端控制器对中转模块传输的信息进行接收，把数据信息与相应的阈值进行比较，超过阈值则进行报警；并通过有线或无线与相关的应急处置系统进行自动联动；

其中，所述传感器模块和中转模块均为至少两个，且至少两个所述传感器模块与所述中转模块通过无线进行通信，且至少两个所述中转模块与所述终端控制器通过无线进行通信。

2.根据权利要求1所述的基于物联网LoRa的电力缆线监控系统，其特征是：所述传感器模块包括缆线环境温湿度采集模块、烟雾告警模块、水浸检测模块、防小动物检测模块和缆线温度采集模块；

缆线环境温湿度采集模块包括用于检测缆线环境的环境温度、湿度的温度传感器、湿度传感器和集成主板；

电缆温度采集模块包括用于采集线缆的红外温度的红外传感器和集成主板；

烟雾告警模块包括用于对缆线环境中的烟雾进行检测的烟雾传感器和集成主板；

水浸检测模块包括用于对缆线环境中的水位情况进行检测的水位传感器和集成主板；

防小动物检测模块包括用于对缆线环境中的动物进入情况进行检测的夜视摄像头和集成主板。

3.根据权利要求2所述的基于物联网LoRa的电力缆线监控系统，其特征是：所述集成主板包括电路板以及封装在其上并进行电连通的至少两个控制芯片、电阻、电容和三极管。

4.根据权利要求1所述的基于物联网LoRa的电力缆线监控系统，其特征是：所述终端控制器与人机交互设备连接，且所述终端控制器与应急处置系统进行联动。

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