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电缆沟状态无线监测解决方案

电缆沟状态无线监测解决方案
栏目系列:在线热像仪解决方案

概述:电缆是电缆网发生故障几率较大的设施,本文介绍使用在线红外热像仪对电缆沟内的结状态进行监测和评估。

 


一、 
解决方案的目标和意义

        随着城市化规模扩大建设速度加快,相应的城市附属设施建设同样发展迅速,电力电缆供电网络也得以快速发展,规模庞大的地下供电网络,电缆分布众多,如何发展同时对电力部门电缆安全运行,事故预防亦提出更高要求。
        目前全国大多数电力公司一样,对电力隧道、沟道内主干电缆的管理还处于计划检修阶段,一般采用定期巡视的方法对电缆的运行状况进行检查。从经济角度和技术角度来说,计划检修都有很大的局限性,例如定期试验和检修造成了很大的直接和间接经济浪费,许多绝缘缺陷和潜在的故障无法及时发现。
        随着国家电力基础设施投入的逐年增大,电力隧道的长度也正在迅速增加,由于运行维护人员的增长速度远远跟不上电力基础设施的增长速度,致使电力隧道运行工作面临着巨大压力,再者随着城市的加速发展,电力沟道和高压管线的迅速增长,电力负荷的急剧增加,电力公司对隧道的运行维护工作面临着巨大压力。如何保证隧道内电缆不因过载、过热等情况突发大的运行安全事故,隧道内积水、可燃气体等不影响到供电系统的安全等新的要求,想解决当前面临的种种问题,仅靠大量增加运行人员数量来应对电力隧道的迅速增长和管理压力已经不现实,采用现代化的技术手段来提高电力隧道运行维护水平是当务之急。
        电力隧道加装水位、气体探测装置,可有效监测到隧道内水位及气体情况,及时发现由于外部跑水至电力隧道内,外部可燃气体进入隧道内等情况。通过水位、气体监测报警,及时发现隐患点所在位置及水位数值、气体成分含量等情况,为及时有效处置提供技术支撑,改善电力隧道运行环境,保证电力隧道及隧道内电力电缆的安全稳定运行有重要意义。
        电缆是电缆网发生故障几率较大的设施,分别通过安置于电缆箱内的温湿度传感器进行监测数据采集,将其采集到的电缆温湿度参量传送到监测中心,对电缆箱内的结露状态进行分析评估,实现电缆运行状态的实时监控,从而为电力部门有效的预防事故灾害的发生提供有力的的保障。
        电力电缆安全运行管理设计面较多,具有分布广、相距远、地面环境复杂等特点。如果能够对其实现全天候全面监测,无疑对保障供电及电力安全生产有重大意义。由此立项有针对性的监测电缆箱内的温度及湿度,以及所处环境:井内沟内有毒气体、可燃气体、积水、井盖盖板防盗等的研究,设立一套综合性实时数据采集和在线监测系统,已完成实现 电力安全生产及现代化管理。
        本系统采用基于802.15.4协议的无线传感网络方式,在不破坏市政路面、  不做任何现场布线的情况下,传输所有监测数据,及时判断故障点并发出预警信息,上位机系统基于组态化监控软件组成,集成了多种通讯协议,具有良好的图形化人机交互界面和完备稳定的数据库,主要以被测设备为对象,接受与被监测设备相关的数据,对数据进行存储、分析和处理,实现与综合 监测单元或站端监测单元进行标准化数据通信。此系统具有可靠性高、覆盖 范围广、成本低、方便安装维护等特点。是一套确保地下电缆安全运行的理想系统。
 

二、  国内外研究水平综述
       20世纪90年代以来,随着嵌入式系统、无线通信、网络及MEMS(微电子机械系统)等技术的快速发展,具有感知、计算和无线网络通信能力的传感器以及由其构成的无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)引起了人们的极大关注。WSN由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络,借助于节点中内置的形式多样的传感器,协作地实时感知和采集周边环境中众多人们感兴趣的物质现象,并对这些信息进行处理,获得更为详尽而准确的信息,可以在任何时间、绝大多数地点和多种环境条件下获取大量详实而可靠的信息。上述优秀特性为无线传感器网络赋予了广阔的应用前景,主要表现在军事、环境、健康、家庭和其他商业领域。例如,传感器网络可以向正在准备进行登陆作战的部队指挥官报告敌方岸滩的详实特征信息,为制定作战方案提供可靠的信息;传感器网络也能用于环境监测,帮助监测人员方便地确定污染物的类型、浓度及位置。实际上,传感器网络为终端用户提供了对监测环境更智能、更好地理解。可以相信,传感器网络必将成为未来信息传输中不可缺少的一部分。
        目前国内对电缆沟井在线监测系统,在形式上主要以有线光纤为主,监测项目通常为电缆接头温度或沟井可燃气体监测,不能综合监测电缆沟井内多项综合环境因素,并存在有线监测安装范围局限(只在一条线路内)。不能适应电缆多分布监测的需要,投资大,施工难强度大。并对于监测的数据不能分析处理储存,不能预测预警。为有效地评估预测安排相应检修工作带来困难,建设研发新综合监测系统及可靠地数据收发、分析管理评估预测尤为重要。
 
三、  方案的理论和实践依据
       无线传感网络的传感节点体积小,成本低,计算能力较固定。无线传感器网络是在MEMS技术、数字电路技术基础上发展起来的,传感节点各部分集成度很高,因此具有体积小的优点,当然从应用角度讲,减小节点尺寸也是必须考虑的设计要素。由于体积、成本以及能量的限制,嵌入式处理器和存储器的能力和容量有限,因此传感器的计算能力比较固定。传感节点数量大、必须具有自适应性。根据应用的不同,传感器节点的数量可能达到几百万个,甚至更多。此外,传感器网络工作在比较恶劣的环境中,经常有新节点加入或已有节点失效,网络的拓扑结构变化很快,而且网络一旦形成,人很少干预其运行,因此,传感器网络的硬件必须具有高强壮性和容错性,相应的通信协议必须具有可重构和自适应性。通信半径小,带宽很低。无线传感器网络是利用“多跳”来实现低功耗下的数据传输,因此其设计的通信覆盖范围在几十米到几百米以内。和传统无线网络不同,传感器网络中传输的数据大部分是经过节点处理过的数据,因此流量较小。根据目前观察到的现象特性来看,传感数据所需的带宽将会很低(1~100kbit/s)。电源能量是网络寿命的关键。无线传感器网络中通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中,能源无法替代,只能选择电池供电,电源能量有限,网络中的传感器由于电源能量的原因经常失效或废弃,因此电源效率是设计考虑的关键因素。数据管理与处理是传感器网络的核心技术。对于观察者来说,传感器网络的核心是感知数据,而不是网络硬件。比如在电力应用中人们可能希望知道“现在一号电缆箱的温度是多少”,而不会关心“一号节点感测到的温度是多少”。以数据为中心的特点要求传感器网络的设计必须以感知数据管理和处理为中心,把数据库技术和网络技术紧密结合,从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现一个高性能的以数据为中心的网络系统,使用户如同使用通常的数据库管理系统和数据处理系统一样自如地在传感器网络上进行感知数据的管理和处理。
电力电缆在线监测系统由若干组电缆实时无线监测装置组成,每组采集终端负责各项数据按照设定时间间隔采样、处理、保存和上传,并实现自身状态监测调整。采集终端将所有采集数据打包,通过满足104规约的通讯模块发送给监测主站。
        根据现场巡视需求在电缆沟井内及电缆箱内适当位置安放所需传感器。每组检测设备均配备高精度工业级温湿度、水位、气体传感器及霍尔原件开关(电缆沟井盖防盗)。为了适应电缆沟井不同区域物理量的监测,该系统可根据不同井沟需求灵活调整定制传感设备。
 
四、  项目研究内容和实施方案
        电缆沟状态监测无线系统是基于无线传感器网络(WSN)技术平台的一个开放性系统,目前已融合电缆箱温湿度预警系统、可燃及有毒性气体在线监测、环境温湿度在线监测、水浸在线监测、井盖开关动作监测、红外监测以及视频在线监测等多个子系统,可实现电缆箱、环网柜、井盖、电力线路等设备的温度、气体、环境温湿度等信息监测。本系统由现场传感器、基站和综合监测平台组成。


综合监测平台
        综合监测平台由监控主机及组态化监控软件组成,集成了多种通讯协议,具有良好的图形化人机交互界面和完备稳定的数据库,主要以被测设备为对象,接受与被监测设备相关的数据,对数据进行存储、分析和处理,实现与综合监测单元或站端监测单元进行标准化数据通信。

综合监测技术特点
1.实现了电缆沟井的综合状态监测,功能全面,极大的满足了电缆管理需要。
2.系统为模块化组合结构,分配增加灵活可变。根据客户要求系统可增加新功能,定制灵活。
3.成本低,采用无线通信方式在线监测,终端采用工业级成熟应用传感器,电缆沟井系统终端安装位置无地域限制,满足分布广泛的电缆沟井监测点设置。
4.安装方便易行、灵活,并且不破坏井结构和路面等现有市政设施。
5.采用低功耗、高效率无线通信技术,嵌入式技术,自动控制采集模式。无线传输(GPRS/CDMA)网络可选,高功率射频芯片,确保数据可靠传输。
6.监测装置具有极高的工作可靠性,包括供电技术,抗电磁干扰,电源管理、低功耗设计,强干扰下微弱信号处理良好,传感器等技术的研究和开发。
7.可远程集中管理配置,安全保密,多种组网适应不同需要。可根据用户要求增加新的参数监测。




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