一种配电电缆分支箱状态监测系统和方法与流程

本发明涉及电力设备状态监测领域，具体涉及一种配电电缆分支箱状态监测系统和方法。

背景技术：

配电网具有分布广、电力设备多、运行环境复杂等特点，为提高配电网设备智能化监测，提高自动化运维水平，需要采用先进的物联网技术实现设备运行状态的远程监测。常规的电力光纤、无线、电力载波通信受限于通信距离、性能、施工成本及现场供电等难题，目前仅实现了配电网二次自动化设备“三遥”数据的通信，而大量的配电设备如配电电缆分支箱等线路设备运行状态因通信、取电等难题而无法有效监测。

适用的物联网通信技术主要包括两大类：一类是短距离无线通信技术，一类是低功耗广域网络(low-powerwide-areanetwork，lpwan)技术。短距离无线通信技术包括wlan、zigbee、bluetooth技术等，主要存在以下问题：1)短距离无线通信技术的单跳通信距离短，需要通过复杂的组网技术来扩大网络覆盖范围，在农村配电设备状态监测等监测节点距离较远的环境中，还需额外部署中继节点来扩大网络覆盖范围，通信组网复杂，可靠性差；2)短距离无线通信技术信号穿透性能较差，配电设备通常安装在金属箱体中，通信效果很差，不适用于大部分配电网环境下的状态监测。

技术实现要素：

针对物联网低功耗、长距离通信需求，本发明提出了一种基于电力低功耗广域网lpwan技术的配电电缆分支箱设备状态监测系统和监测方法，实现对分支箱运行环境温度、湿度、电缆接头点温度、门禁、电缆故障等状态实时在线远程监测和异常主动告警。

本发明提供的技术方案是：

一种配电电缆分支箱状态监测系统，所述系统包括：智能监测单元、与所述智能监测单元通过低功耗广域网连接的配网状态监测系统主站；所述智能监测单元设置于电缆分支箱中；

所述智能监测单元实时采集和分析所述电缆分支箱的运行状态及环境参数数据，并在发现异常时通过所述低功耗广域网上报报警信息到配网状态监测系统主站；

所述配网状态监测系统主站对所述报警信息进行分析处理。

优选的，所述智能监测单元包括：低功耗广域网无线模组；

所述低功耗广域网无线模组与所述低功耗广域网连接。

进一步的，所述智能监测单元还包括：依次连接的多种传感器、信号处理单元、智能控制器和供电单元；

所述供电单元用于为所述多种传感器、信号处理单元、智能控制器和所述低功耗广域网无线模组提供工作电源；

所述信号处理单元，用于将所述多种传感器采集的所述电缆分支箱的运行状态及环境参数信息转换为适合所述智能控制器处理的数字信号；

所述智能控制器用于根据所述数字信号分析判断所述电缆分支箱的运行状态是否异常，并在运行状态异常时控制所述低功耗广域网无线模组经低功耗广域网向配网状态监测主站发送无线报警信号。

进一步的，所述多种传感器包括：环境传感器和电缆运行状态传感器；

所述环境传感器用于获取电缆分支箱运行环境信息；

所述电缆运行状态传感器用于获取所述电缆分支箱日常运行状态信息。

进一步的，所述环境传感器包括：温度传感器、湿度传感器和水浸水位传感器；

所述电缆运行状态传感器包括：电力电缆接头温度传感器、电流传感器、接地故障传感器、电缆绝缘局部放电电气量传感器和分支箱门磁。

进一步的，所述多种传感器均采用无源传感器。

进一步的，所述智能控制器包括cpu及存储器ram、rom和flash；所述cpu及存储器ram、rom和flash经总线背板连接。

进一步的，所述cpu采用单芯片低功耗微处理器。

进一步的，所述供电单元采用电池或电池组供电。

一种配电电缆分支箱状态监测方法，所述方法包括：

所述智能监测单元实时采集得到所述电缆分支箱运行状态及环境参数数据；

所述智能监测单元根据所述数据，判断所述电缆分支箱运行状态是否异常，是则通过所述低功耗广域网上报报警信息到配网状态监测主站；

所述配网状态监测主站对所述报警信息进行分析处理。

优选的，所述智能监测单元实时采集得到所述电缆分支箱运行状态及环境参数数据据包括：

所述智能监测单元的电缆运行状态传感器采集电缆分支箱的运行数据，以及所述智能监测单元的环境传感器采集环境数据，得到所述电缆分支箱运行状态及环境参数模拟信号；

所述智能监测单元的信号处理单元将所述电缆分支箱运行状态及环境参数信息模拟信号转换为对应的数字信号数据；

所述电缆分支箱运行状态及环境参数信息包括：环境温度湿度、水浸水位、电缆接头温度和电流参数。

进一步的，所述智能监测单元根据所述数据，判断所述电缆分支箱运行状态是否异常，包括：

所述智能监测单元根据所述数据判断所述电缆分支箱及电缆运行状态数据是否超过预先设定的阈值；

当所述电缆分支箱及电缆运行状态数据超过预先设定的阈值时，所述电缆分支箱运行状态异常。

进一步的，所述配网状态监测主站对所述报警信息进行分析处理，包括：

所述配网状态监测主站根据所述报警信息确认电缆分支箱运行状态是否异常；

当确认所述电缆分支箱运行状态异常时，所述配网状态监测主站通知运维工作人员到现场进行处理。

进一步的，所述预先设定的阈值包括：环境温度湿度告警门限值、水浸水位门限值、电缆接头温度预设门限值和电流参数预设限值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供一种配电电缆分支箱状态监测系统和方法，所述系统包括：智能监测单元、与所述智能监测单元通过低功耗广域网连接的配网状态监测系统主站；所述智能监测单元设置于电缆分支箱中；所述方法包括：所述智能监测单元实时采集得到所述电缆分支箱运行状态及环境参数数据；所述智能监测单元根据所述数据，判断所述电缆分支箱运行状态是否异常，是则通过所述低功耗广域网上报报警信息到配网状态监测主站；所述配网状态监测主站对所述报警信息进行分析处理。本发明提供的技术方案基于先进的低功耗广域网络lpwan技术实现配电电缆分支箱运行状态远程监测，具有广深覆盖、低成本、高可靠、高安全、实施方便等优点，解决了长期以来制约户外及地下室场合配电电缆分支箱监测的通信难题。

本发明提供的技术方案采用lpwan无线模组，具有低功耗的优点，可以极大降低智能监测单元功耗，解决了配电电缆分支箱高压侧取电难题，系统部署灵活，安装使用安全、方便实施、不用停电安装。

本发明提供的技术方案可监测包括温湿度环境量、开关变位等状态量及电流等电气量多参量，采集信息经微处理器综合分析判断发出异常报警信号，具有先进的物联网感知与边缘计算分析优势，相比于现有的独立参数传感和多跳组网报警，功能更全，系统结构更简单。

本发明提供的技术方案系统部署灵活，具有安装使用安全、方便实施、不用停电安装的优点，系统装置采用成熟的物联网传感技术和lpwan无线报警技术，整体性价比高。

附图说明

图1为本发明的一种配电电缆分支箱状态监测系统单元构成图；

图2为本发明实施例中配电电缆状态远程监测系统构成图；

图3为本发明实施例中配电电缆分支箱状态监测报警流程图；

图4为本发明的一种配电电缆分支箱状态监测方法流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明作进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明基于物联网传感、状态采集分析及lpwan通信技术，在电缆分支箱中安装智能监测单元，通过多种传感器实时采集配电电缆分支箱运行状态及环境参数，智能监测单元实时分析状态数据，当发生越限告警时，通过低功耗广域网lpwan上报报警信息到电力公司监测中心，实现远程报警，提醒运维人员及时到现场处置，实现了对生产现场配电设备的智能化、自动化运维管理。

实施例1：

本发明实施例提供的配电电缆分支箱状态监测系统，其单元构成如图1所示，包括：

智能监测单元、与所述智能监测单元通过低功耗广域网连接的配网状态监测系统主站；所述智能监测单元设置于电缆分支箱中；

其中，智能监测单元实时采集和分析电缆分支箱的运行状态及环境参数数据，并在发现异常时通过低功耗广域网上报报警信息到配网状态监测系统主站；配网状态监测系统主站对报警信息进行分析处理。

其中，智能监测单元包括：低功耗广域网无线模组；低功耗广域网无线模组与所述低功耗广域网连接；

其中，智能监测单元还包括：依次连接的多种传感器、信号处理单元、智能控制器和供电单元；

供电单元用于为多种传感器、信号处理单元、智能控制器和低功耗广域网无线模组提供工作电源；

信号处理单元用于将多种传感器采集的电缆分支箱的运行状态及环境参数信息转换为适合智能控制器处理的数字信号；

智能控制器用于根据数字信号分析判断电缆分支箱的运行状态是否异常，并在运行状态异常时控制低功耗广域网无线模组经低功耗广域网向配网状态监测主站发送无线报警信号。

其中，多种传感器包括：环境传感器和电缆运行状态传感器；

环境传感器用于获取电缆分支箱运行环境信息；

电缆运行状态传感器用于获取电缆分支箱日常运行状态信息。

环境传感器包括：温度传感器、湿度传感器和水浸水位传感器；

所述电缆运行状态传感器包括：电力电缆接头温度传感器、电流传感器、接地故障传感器、电缆绝缘局部放电电气量传感器和分支箱门磁。

多种传感器均采用无源传感器。

其中，智能控制器包括cpu及存储器ram、rom和flash；cpu及存储器ram、rom和flash经总线背板连接。

cpu采用单芯片低功耗微处理器。

供电单元采用电池或电池组供电。

实施例2：

本发明实施例提供一种基于电力230m频段的低功耗广域网络(low-powerwide-areanetwork，lpwan)技术实现的配电电缆分支箱运行状态远程监测方法及系统，主要包括三大部分：智能监测单元、lpwan网络、配网状态监测系统主站。

图1为电缆分支箱状态智能监测单元构成图。装置单元由多种传感器、信号处理单元、智能控制器mcu单元、lpwan无线模组和电池供电单元几部分。

传感器单元主要包括环境及电缆运行状态传感两类。环境传感器如温度、湿度、水浸水位传感器，运行状态如电力电缆接头温度传感器、电流传感器、接地故障传感器、电缆绝缘局部放电等电气量传感器及分支箱门磁等，是电缆分支箱日常运行状态的重要参数。

信号处理单元主要完成对传感器输出的模拟信号、状态信号的转化处理，输出适合于智能控制器mcu处理单元的数字信号。

智能控制器mcu单元采集传感器状态，分析各种传感器数据，判断运行状态是否异常。如环境温度湿度超出告警门限值、水浸水位高出门限、电缆接头温度超出预设门限值、电流参数偏大等状态异常信息，则控制lpwan无线模组发出无线报警信号到电力公司配网状态监测主站。

lpwan无线模组负责lpwan无线信号的发送和接收，实现与lpwan广域网络无线基站的接入，通过电力传输网接入电力公司物联网云平台和配电网状态监测主站。

电源供电单元负责对各单元电路提供工作电源，配电电缆分支箱是一种高压设备，大多安装在户外环境，直接从10kv电缆取智能单元装置所需的低压工作电源不安全也不方便，本发明采用电池供电，解决智能监测单元供电使用的安全性和便捷性难题。整个单元电路选用低功耗设计，传感器选用无源传感器，mcu选用单芯片低功耗微处理器，内带cpu及存储器ram、rom、flash等资源；无线模组选用低功耗高灵敏度的lpwan无线技术，极大的降低了功耗，选用常规容量锂电池可保证5年以上的供电需求。

图2为本发明实施例的基于电力低功耗广域网(lpwan)的配电电缆分支箱状态远程监测的系统构成图。

系统由分布在现场的电缆分支箱及其安装在分支箱体内的智能监测单元、电力230m频段lpwan接入网(包括基站)、电力骨干传输网、电力公司物联网云平台、配网状态监测主站几个部分构成。

安装在现场电缆分支箱体内的监测单元实时采集分支箱环境温度、湿度量及电缆本体运行的电流大小、局放、接地故障等电气量信息，实时分析数据，发现异常即可启动报警。报警信息通过lpwan无线网络传送到电力公司监测管理系统主站，通知安检巡视人员到现场进行处置。

图3为本发明实施例的配电电缆分支箱运行状态监测报警流程图。状态智能监测单元实时采集各种传感器状态信号，分析电缆分支箱及电缆运行状态数据，若状态信息越限则产生报警信号，唤醒电力lpwan无线模组，发出无线报警信号，监测系统主站接到现场监测单元发出的无线报警信号，进行智能化分析处理，并通知安检巡查人员现场处置。

实施例3：

基于同一发明构思，本发明还提供一种配电电缆分支箱状态监测方法，其具体实施过程如图4所示，包括：

步骤s101：所述智能监测单元实时采集得到所述电缆分支箱运行状态及环境参数数据；

步骤s102：所述智能监测单元根据所述数据，判断所述电缆分支箱运行状态是否异常，是则通过所述低功耗广域网上报报警信息到配网状态监测主站；

步骤s103：所述配网状态监测主站对所述报警信息进行分析处理。

具体的，所述步骤s101，所述智能监测单元实时采集得到所述电缆分支箱运行状态及环境参数数据，具体实施过程包括：

步骤s101-1，智能监测单元的电缆运行状态传感器采集电缆分支箱的运行数据，以及智能监测单元的环境传感器采集环境数据，得到电缆分支箱运行状态及环境参数模拟信号；

电缆分支箱运行状态及环境参数信息包括：环境温度湿度、水浸水位、电缆接头温度和电流参数；

步骤s101-2，智能监测单元的信号处理单元将电缆分支箱运行状态及环境参数信息模拟信号转换为对应的数字信号数据。

具体的，所述步骤s102，所述智能监测单元根据所述数据，判断所述电缆分支箱运行状态是否异常，是则通过所述低功耗广域网上报报警信息到配网状态监测主站，具体包括：

步骤s102-1，智能监测单元根据步骤s101-2的数字信号数据判断电缆分支箱及电缆运行状态数据是否超过预先设定的阈值；

预先设定的阈值包括：环境温度湿度告警门限值、水浸水位门限值、电缆接头温度预设门限值和电流参数预设限值；

步骤s102-2，当电缆分支箱及电缆运行状态数据超过预先设定的阈值时，所述电缆分支箱运行状态异常，智能监测单元控制lpwan无线模组发出无线报警信号到电力公司配网状态监测主站。

具体的，所述步骤s103，所述配网状态监测主站对所述报警信息进行分析处理，具体包括：

步骤s103-1，配网状态监测主站接到现场智能监测单元发出的无线报警信号，进行智能化分析，判断报警信息是否确实为异常信息，如是，则跳转步骤s103-2，否则跳转步骤s101-1；

步骤s103-2，当确认报警信息为异常信息后，配网状态监测主站将通过成熟的gsm/gprs无线网络及时通知运维工作人员到现场及时处理。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。