一种城市电网地下电缆通道在线监测平台的制作方法

本发明涉及电力系统远程在线监测技术领域，具体涉及一种城市电网地下电缆通道在线监测平台。

背景技术：

在传统的电力传输中，采用架空线的方式输电，工作人员需要现场查看各类设备如电缆分支箱、开关站、环网柜等的运行状况，以根据设备的具体运行状况处理各种故障。随着工业化和城市化进程的不断加快，城市化电网改造对电力电缆的需求日益增长，以往的架空线路已逐渐被地埋电力电缆所替代，但地埋电缆具有的隐蔽性增加了电缆在运行维护、管理以及故障维修方面的难度，传统的基于现场巡视的管理方法已经不再适应电缆运行管理发展的需求。所以伴随着电缆线路的日趋庞大，一个严峻的问题日益明显的暴露出来，便是电缆线路故障。

一方面，电缆厂家的技术能力和生产水平参差不齐 ；另一方面，由于原材料价格提升，市场竞争激烈等客观因素，有一些厂家因盲目追求利益而降低产品质量，两方面的原因，造成电缆及其附件本身质量就不稳定。同时，电缆线路在地下运行，相应的监测和维护比较困难。电缆沟内的环境，如温湿度、水质水位、有害气体等等，地面上是无法做到预防预测的。城市地下管线的增多，地下空间资源的占有使电缆管线的施工运行状况越来越复杂，特别是天然气、煤气及其它易燃易爆气体一旦渗入电缆管沟，将给电缆的安全运行乃至社会公共安全带来极大的威胁。为保证人身和设备安全，需定期开启井盖对管辖设备进行可燃气体检测。电力电缆的外力破坏现象也越来越多，轻则造成财产损失，重则造成安全事故，给电缆的安全运行造成重大威胁。因此，电缆管沟的防火、防气、防爆、防水、防盗问题日益重要，为满足电缆通道的“五防”要求，必须对电缆的运行环境进行监测，提早发现问题，及时处理，避免重大问题的发生。

申请号为201510827684.7的发明公开了一种用于电网的地下电缆监控系统。该系统包括 ：传感器集群，用于监测安装在电缆管道内的电缆；多个采集站，用于获取传感器集群生成的监测数据；第一服务器集群，用于保存栅格数据；第二服务器集群，用于通过监测数据和栅格数据确定电缆的运行状况；流量控制器，通过广域网分别与各个采集站连接，用于处理采集站、第一服务器集群以及第二服务器集群的数据传输请求；光交换机，用于按照数据传输请求的指示传输需要在第一服务器集群与第二服务器集群间传输的数据；监控屏，与第二服务器集群连接，用于图形化展示电缆的运行状况。该发明虽然能对地下电缆进行监测，但是采用大量的传感器，现场布线、通信都需要考虑，基础建设较为复杂。

申请号为201210473741.2的涉及一种适用于盖板式电缆沟内电缆的巡检与故障定位装置，包括六足仿生机器人、摄像监测装置、红外线温度传感器、电缆放电拾音器、手持电脑、地面主控计算机，克服了传统电缆故障检测方法效率低、故障类型和故障与异常点查找困难等缺点，通过由主控计算机和手持电脑组成的局域网远程操作控制六足机器人，及时有效的通过声音、温度以及视频信号来监测电缆沟或电缆隧道内电缆的运行情况，对电缆的健康状态进行预测，并在电缆发生故障时能进行快速、准确的故障定位，大大提高了电缆故障的检测效率。但是电缆沟内的环境复杂，采用机器人来巡检，出现问题的几率较大。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是提供一种城市电网地下电缆通道在线监测平台，对电缆沟内温湿度、明火、可燃气体、积水的监测，并通过监测到的信息做到一定的预估功能，实现对电缆沟的可视化、实时化监测。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种城市电网地下电缆通道在线监测平台，包括监测中心和与其相连接的移动式监测单元，所述移动式监测单元包括在电缆沟内设置的架空轨道、所述架空轨道上设置的移动机构、所述移动机构上设置监测终端，所述监测终端包括传感器模块、控制模块、视频监测模块和第一通信模块，所述移动机构上还设置定位装置、超声波驱鼠器和灭虫装置，所述定位装置与所述监测中心连接，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、明火传感器、可燃气体传感器和水位传感器，所述控制模块与传感器模块、视频监测模块和第一通信模块连接。

进一步的，所述监测中心包括用于接收监测信息的第二通信模块以及与所述第二通信模块相连接并进行变电站监测信息汇总管理的工控机，所述第二通信模块与第一通信模块连接，所述第一通信模块和第二通信模块采用GPRS模块。

进一步的，所述超声波驱鼠器和灭虫装置与所述控制模块连接，所述灭虫装置采用电击式灭虫灯。

进一步的，所述水位传感器通过升降机构设置在所述移动机构的一侧，所述升降机构包括设置在所述移动机构上的升降电机、所述移动机构上通过支架旋转设置且与所述升降电机传动连接的绕线盘、所述绕线盘上设置的吊绳，所述吊绳下端设置所述水位传感器。

进一步的，所述视频监测模块包括设置在所述移动机构上的微型云台，所述微型云台上设置红外摄像头和红外热成像仪，所述微型云台与所述控制模块连接。

进一步的，所述移动机构采用与所述架空轨道相配合的电动轨道车，所述移动机构两端设置弹性推块，所述一端的弹性推块上设置吸盘，所述移动机构为若干个。

进一步的，所述定位装置包括所述架空轨道上设置的线槽、所述线槽底部的弹性支撑机构、和所述弹性支撑机构上表面设置的分布式光纤振动传感器，所述分布式光纤振动传感器顶部高于所述线槽顶部，所述分布式光纤振动传感器与所述监测中心连接。

进一步的，所述分布式光纤振动传感器顶部高于所述线槽顶部0.5cm至1cm。

进一步的，所述弹性支撑机构包括条状的弹性橡胶，所述弹性支撑机构上表面设置与所述分布式光纤传感器相配合的弧形槽体，所述分布式光纤传感器下表面与所述弧形槽体的表面粘接在一起。

进一步的，所述定位装置包括所述架空轨道上间隔设置的若干个传感器槽，所述传感器槽内设置光纤光栅传感器，所述若干个光纤光栅传感器之间通过传输光纤连接，所述光纤光栅传感器顶部高于所述传感器槽上沿0.5cm至1cm，所述传输光纤设置在所述架空轨道上设置的空腔内。

进一步的，所述传输光纤的一端设置宽带光源，所述传输光纤的另一端通过光纤光栅网络分析仪与所述监测中心连接。

进一步的，所述光纤光栅传感器两端设置斜面垫块。

本发明提供了一种城市电网地下电缆通道在线监测平台，与现有技术最大的不同点在于监测单元是可移动的，架空轨道沿电缆沟架设，一个移动式监测单元便可完成对整个电缆沟内的监测，若要加快速度可以设置多个对不同区域进行监测，架空轨道采用不锈钢制件，成本很低，且节约了大量的电线、传感器以及通信设备，对于成本以及施工困难降低很多。监测终端的传感器采用了温度传感器监测电缆沟内的温度、湿度传感器监测电缆沟内的环境湿度、明火传感器利用明火中的紫外线对电缆沟内是否发生燃烧进行监测、可燃气体传感器可以监测到是否存在大量的可燃气体以及时排除隐患，水位传感器可以对电缆沟内的积水进行监测，并与视频监测模块相互配合，实现对电缆沟内温湿度、明火、可燃气体、积水的监测，并通过监测到的信息做到一定的预估功能，实现对电缆沟的可视化、实时化监测，应对事故提前解决或在事故发生后第一时间进行抢修，大大减少了电缆沟内电缆故障的损失。定位装置可以对监测到的环境数据的具体方位进行监测并与环境数据一同发送至监测中心，便于检修人员对电网整体的把握。超声波驱鼠器和灭虫装置可以对电缆沟内的蚊虫、老鼠进行驱逐，避免其对移动式监测单元造成影响，也能杀灭大部分的蚊虫，为检修人员在电缆沟内工作时提供更好的环境，同时避免蚊虫尸体堆积在电缆的接点处，腐蚀设备造成短路，提高电缆运行的安全性。

视频监测模块针对电网沿线进行图像视频监测，采用了红外摄像头和红外热成像仪，分别对图像视频以及红外热成像监测，一方面代替工作人员进行巡检，另一方面可以对较大范围内的温度进行监测，提前发现火灾隐患，能够监测到线路是否发生短路升温、远方是否明火燃烧等情况，监测的距离较远，且这两个设备设置在微型云台上，微型云台采用两轴云台，与控制模块连接，从而接收到监测中心发送来的控制指令，能够被操控实现对每个角度进行观察。超声波驱鼠器和灭虫装置也受到控制模块的控制，可以受到控制的在合适的时间内开启，比如在巡检过程中，做到其最大化利用，灭虫装置采用电击式灭虫灯，灭虫效率较高，且电击之后蚊虫尸体很轻，移动机构行走的过程中，蚊虫尸体会被吹落达到自动清扫的目的。水位传感器如何应用是电缆沟监测的难点，因为水位传感器需要深入到积水中才能实现监测，而积水并不是一直存在，本发明是通过视频监测模块监测到是否存在积水，再通过升降机构将水位传感器放入积水中，从而实现监测。升降机构通过升降电机驱动旋转绕线盘，从而调节吊绳伸出的长短，从而对水位传感器的高度进行调节。

移动机构采用与架空轨道相配合的电动轨道车即可，轨道和轨道车都是常规技术，容易实现。但是移动机构是沿着电缆沟进行巡检，发生故障停止运行时，不易检修，因此在移动机构的两端设置推块，且移动机构为多个，在某个移动机构巡检过程中发生故障后，派出另一个移动机构进行巡检，并在巡检的过程中遇到损坏的设备是将其推着一起移动，直至电缆出口位置，方便工作人员进行检修。推块采用弹性避免移动机构行的设备受到剧烈冲击，一侧的推块上设置吸盘，在移动机构撞上另一个移动机构时，可将其吸附，这样在移动过程中两者不会分开，避免了下坡等情况时损坏的移动机构失控，增加其安全性。

本发明重点在于定位装置的实现方式，通过轨道上设置的分布式光纤振动传感器来实现的，当移动机构在架设轨道上运动时，会对分布式光纤振动传感器按压使其形变，监测中心通过光线的变化可以监测到移动机构所在的具体方位，定位精准度非常高。当监测单元发送一个监测信息后，分布式光纤振动传感器便可将该时刻的地理位置信息发送至监测中心，两者相结合实现对某点某时刻的信息监测。分布式光纤传感器是对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控的传感器，而振动传感器是其中的一种，该地理位置监测的优点在于整个传感元件仅采用光纤，价格较低，不会受到周围复杂磁场环境的影响，可以对整个监测单元移动中进行时时监测，误差极小甚至没有。此外在监测单元设置的温度传感器可以反馈温度信息，这样在监测某点环境信息时，反馈至监测中心的监测信息包括有温度信息，监测中心再将温度信息发送至工控机进行计算，对分布式光纤振动传感器进行温度补偿，可以减小监测的误差。

本发明的有益效果如下：

1、仅仅使用少量的传感器便可实现对整个电缆沟环境信息以及设备信息的监测，对线路、通信设备以及传感器的使用量较少，电缆沟内不需要布置复杂的线路，并且采用架空的轨道，不会受到电缆沟内复杂环境的影响；

2、对监测单元监测电缆沟内信息时所在地理位置的确定采用分布式光纤振动传感器，整个传感元件仅采用光纤，价格较低，不会受到周围复杂磁场环境的影响，可以对整个监测模块移动中进行时时监测，误差极小甚至没有；

3、本发明对电缆沟内温湿度、明火、可燃气体、积水的监测，并通过监测到的信息做到一定的预估功能，实现对电缆沟的可视化、实时化监测，应对事故提前解决或在事故发生后第一时间进行抢修，大大减少了电缆沟内电缆故障的损失。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明城市电网地下电缆通道在线监测平台的系统结构图；

图2是本发明视频监测模块的系统结构图；

图3是本发明升降机构的结构示意图；

图4是本发明弹性推块的结构示意图；

图5是本发明分布式光纤振动传感器的结构示意图；

图6是本发明弹性支撑机构的结构示意图；

图7是本发明光纤光栅传感器的结构示意图；

图8是本发明光纤光栅传感器的系统结构图。

具体实施方式

下面结合图1至图8对本发明技术方案进一步展示，具体实施方式如下：

实施例一

如图1所示：本实施例提供了一种城市电网地下电缆通道在线监测平台，包括监测中心1和与其相连接的移动式监测单元2，所述移动式监测单元2包括在电缆沟内设置的架空轨道6、所述架空轨道6上设置的移动机构13、所述移动机构13上设置监测终端4，所述监测终端4包括传感器模块15、控制模块12、视频监测模块14和第一通信模块3，所述移动机构13上还设置定位装置5、超声波驱鼠器16和灭虫装置11，所述定位装置5与所述监测中心1连接，所述传感器模块15包括温度传感器、湿度传感器、明火传感器、可燃气体传感器和水位传感器，所述控制模块12与传感器模块15、视频监测模块14和第一通信模块3连接。

所述监测中心1包括用于接收监测信息的第二通信模块7以及与所述第二通信模块7相连接并进行变电站监测信息汇总管理的工控机8，所述第二通信模块7与第一通信模块3连接，所述第一通信模块3和第二通信模块7采用GPRS模块。

与现有技术最大的不同点在于监测单元是可移动的，架空轨道沿电缆沟架设，一个移动式监测单元便可完成对整个电缆沟内的监测，若要加快速度可以设置多个对不同区域进行监测，架空轨道采用不锈钢制件，成本很低，且节约了大量的电线、传感器以及通信设备，对于成本以及施工困难降低很多。监测终端的传感器采用了温度传感器监测电缆沟内的温度、湿度传感器监测电缆沟内的环境湿度、明火传感器利用明火中的紫外线对电缆沟内是否发生燃烧进行监测、可燃气体传感器可以监测到是否存在大量的可燃气体以及时排除隐患，水位传感器可以对电缆沟内的积水进行监测，并与视频监测模块相互配合，实现对电缆沟内温湿度、明火、可燃气体、积水的监测，并通过监测到的信息做到一定的预估功能，实现对电缆沟的可视化、实时化监测，应对事故提前解决或在事故发生后第一时间进行抢修，大大减少了电缆沟内电缆故障的损失。定位装置可以对监测到的环境数据的具体方位进行监测并与环境数据一同发送至监测中心，便于检修人员对电网整体的把握。超声波驱鼠器和灭虫装置可以对电缆沟内的蚊虫、老鼠进行驱逐，避免其对移动式监测单元造成影响，也能杀灭大部分的蚊虫，为检修人员在电缆沟内工作时提供更好的环境，同时避免蚊虫尸体堆积在电缆的接点处，腐蚀设备造成短路，提高电缆运行的安全性。

实施例二

如图2至图4所示：其与实施例一的区别在于：所述超声波驱鼠器16和灭虫装置11与所述控制模块12连接，所述灭虫装置11采用电击式灭虫灯。

所述水位传感器33通过升降机构设置在所述移动机构12的一侧，所述升降机构包括设置在所述移动机构12上的升降电机31、所述移动机构12上通过支架旋转设置且与所述升降电机31传动连接的绕线盘32、所述绕线盘32上设置的吊绳36，所述吊绳36下端设置所述水位传感器33。

所述视频监测模块14包括设置在所述移动机构13上的微型云台28，所述微型云台28上设置红外摄像头29和红外热成像仪30，所述微型云台28与所述控制模块12连接。

所述移动机构13采用与所述架空轨道6相配合的电动轨道车，所述移动机构13两端设置弹性推块35，所述移动机构13一端的弹性推块35上设置吸盘34，所述移动机构13为若干个。

视频监测模块针对电网沿线进行图像视频监测，采用了红外摄像头和红外热成像仪，分别对图像视频以及红外热成像监测，一方面代替工作人员进行巡检，另一方面可以对较大范围内的温度进行监测，提前发现火灾隐患，能够监测到线路是否发生短路升温、远方是否明火燃烧等情况，监测的距离较远，且这两个设备设置在微型云台上，微型云台采用两轴云台，与控制模块连接，从而接收到监测中心发送来的控制指令，能够被操控实现对每个角度进行观察。超声波驱鼠器和灭虫装置也受到控制模块的控制，可以受到控制的在合适的时间内开启，比如在巡检过程中，做到其最大化利用，灭虫装置采用电击式灭虫灯，灭虫效率较高，且电击之后蚊虫尸体很轻，移动机构行走的过程中，蚊虫尸体会被吹落达到自动清扫的目的。水位传感器如何应用是电缆沟监测的难点，因为水位传感器需要深入到积水中才能实现监测，而积水并不是一直存在，本发明是通过视频监测模块监测到是否存在积水，再通过升降机构将水位传感器放入积水中，从而实现监测。升降机构通过升降电机驱动旋转绕线盘，从而调节吊绳伸出的长短，从而对水位传感器的高度进行调节。

移动机构采用与架空轨道相配合的电动轨道车即可，轨道和轨道车都是常规技术，容易实现。但是移动机构是沿着电缆沟进行巡检，发生故障停止运行时，不易检修，因此在移动机构的两端设置推块，且移动机构为多个，在某个移动机构巡检过程中发生故障后，派出另一个移动机构进行巡检，并在巡检的过程中遇到损坏的设备是将其推着一起移动，直至电缆出口位置，方便工作人员进行检修。推块采用弹性避免移动机构行的设备受到剧烈冲击，一侧的推块上设置吸盘，在移动机构撞上另一个移动机构时，可将其吸附，这样在移动过程中两者不会分开，避免了下坡等情况时损坏的移动机构失控，增加其安全性。

实施例三

如图5和图6所示：其与实施例一的区别在于：

所述定位装置5包括所述架空轨道6上设置的线槽19、所述线槽19底部的弹性支撑机构18、和所述弹性支撑机构18上表面设置的分布式光纤振动传感器17，所述分布式光纤振动传感器17顶部高于所述线槽19顶部，所述分布式光纤振动传感器17与所述监测中心1连接。行走机构的轮子在架空轨道上行走时，对布置在架空轨道上的分布式光纤振动传感器进行按压，分布式光纤光栅传感器发生形变，通过监测中心接收到的光线信息，来监测行走机构的位置。

通过轨道上设置的分布式光纤振动传感器来实现的，当移动机构在架设轨道上运动时，会对分布式光纤振动传感器按压使其形变，监测中心通过光线的变化可以监测到移动机构所在的具体方位，定位精准度非常高。当监测单元发送一个监测信息后，分布式光纤振动传感器便可将该时刻的地理位置信息发送至监测中心，两者相结合实现对某点某时刻的信息监测。分布式光纤传感器是对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控的传感器，而振动传感器是其中的一种，该地理位置监测的优点在于整个传感元件仅采用光纤，价格较低，不会受到周围复杂磁场环境的影响，可以对整个监测单元移动中进行时时监测，误差极小甚至没有。此外在监测单元设置的温度传感器可以反馈温度信息，这样在监测某点环境信息时，反馈至监测中心的监测信息包括有温度信息，监测中心再将温度信息发送至工控机进行计算，对分布式光纤振动传感器进行温度补偿，可以减小监测的误差。

所述分布式光纤振动传感器17顶部高于所述线槽19顶部0.5cm至1cm，高出的高度不能太大，否则会引起移动机构的不稳定，容易发生事故，但又不能太小，振动不明显会造成误差。

所述弹性支撑机构18包括条状的弹性橡胶，所述弹性支撑机构18上表面设置与所述分布式光纤传感器17相配合的弧形槽体20，所述分布式光纤传感器17下表面与所述弧形槽体20的表面粘接在一起。光纤传感器是在弹性支撑机构的上方，为了保证其稳定性，通过弧形槽体来固定，且两者之间通过粘结剂进行粘接，避免光纤传感器意外跳动，造成监测的误差。弹性支撑机构可以采用弹簧、泡沫、橡胶等制件，优选橡胶制件，其耐用性较强。

实施例四

如图7和图8所示：其与实施例三的区别在于：所述定位装置5包括所述架空轨道6上间隔设置的若干个传感器槽22，所述传感器槽22内设置光纤光栅传感器21，所述若干个光纤光栅传感器21之间通过传输光纤25连接，所述光纤光栅传感器21顶部高于所述传感器槽22上沿0.5cm至1cm，所述传输光纤25设置在所述架空轨道6上设置的空腔24内。

监测单元地理位置的监测还可以采用光纤光栅传感器来实现，采用该方法无法对整个架空轨道上监测模块位移进行监测，而是当监测单元所在的轨道车移动至光纤光栅传感器上时会被监测到。采用该方法使得数据信息的监测具有规律性，当移动至光纤光栅传感器的地点时将数据信息和地理信息发送至监测中心，通过规律设置的多个光纤光栅传感器来选择地点，实现对电网线路的整体覆盖，满足环境以及设备监测的要求，降低信息处理的数量，在整个监测过程较分布式光纤振动传感器来说简单化。

所述传输光纤25的一端设置宽带光源26，所述传输光纤25的另一端通过光纤光栅网络分析仪27与所述监测中心1连接。宽带光源发出信号，光纤光栅网络分析仪检测到信号波长的变化并将波长信号转换为相应的电信号，监控中心对接收到的电信号进行处理，从而计算出哪个光纤光栅传感器受到压力从而形变，就实现了对行走机构的位移测量。

所述光纤光栅传感器21两端设置斜面垫块23。斜面垫块利于行走机构的轮子爬上光纤光栅传感器，避免传感器受到侧向的冲击力过大，利于保护设备。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。