一种电力电缆火灾预防气体监测系统的制作方法

1.本实用新型属于火灾监测技术领域，具体涉及一种电力电缆火灾预防气体监测系统。


背景技术：

2.电力电缆是电气工程的重要组成部分，其作用是用来传输和分配电能。电力电缆是由绝缘芯线，绝缘护套及保护层等部分组成，为了能适应各种复杂的敷设环境，电力电缆都被设计成具有良好的绝缘性能、防水性能和机械性能。但是，当电缆回路内发生过电流而导致电缆过热时，电缆的各项性能发生变化，继而产生火灾，变电站的电缆火灾影响巨大，很可能对站内的运行设备造成冲击。且电缆火灾事故的发生，其危害是烧损电缆和设备，导致直接停电，修复时间较长，延误产生，对企业生产的生产进度、效率和经济效益产生严重影响。
3.近年来，对电力电缆也一直在监测，多为事中告警，不具备早期预防能力。现阶段，国内大多数电力管廊采取消防措施为干粉式灭火器，鉴于电缆自身属于易燃物质，火灾初期如若存在发现不及时，极易引发火灾迅速蔓延，造成人员施救困难，手持式灭火器难以发挥作用。为此，在此背景下，电力管廊应搭配智能化预警设备，实时监测电缆的运作状态，提前预警电缆温度过高或电缆起火等状态。
4.当前的电缆管廊、隧道的气体监测传感器多为单一气体监测，无法有效的判断隧道内的综合整体情况，不能进行系统性的分析。同时，现有的光纤测温传感，无法精确定位故障点。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种电力电缆火灾预防气体监测系统。
6.本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
7.一种电力电缆火灾预防气体监测系统，包括数据采集终端、数据集中终端和后台服务终端，所述数据采集终端设置为多个且通过lora无线传输模块将多路监测数据汇聚并传输至数据集中终端，所述数据集中终端通过4g无线传输模块将汇聚数据传输至后台服务终端，对电缆发热情况进行持续性监测并识别出故障位置；
8.所述数据采集终端包括传感器采集单元，传感器采集单元包括气体传感器阵列，所述气体传感器阵列由多个含不同气敏材料的气体传感器构成。
9.作为本实用新型的进一步优化方案，所述数据采集终端和数据集中终端均包括电源管理单元、主控单元和lora无线传输模块，所述数据采集终端和数据集中终端之间通过lora无线传输模块无线连接。
10.作为本实用新型的进一步优化方案，所述气体传感器阵列由八个气体传感器构成，且八个气体传感器监测的气体分别为voc类气体、芳香烃类气体、含氯烯烃类气体、含氯
烷烃类气体以及烟雾。
11.作为本实用新型的进一步优化方案，所述传感器采集单元还包括温度传感器和湿度传感器。
12.作为本实用新型的进一步优化方案，所述数据采集终端为气体探测器，该气体探测器包括设置有定位孔的主壳体、安装于主壳体底部的探头壳体以及安装于主壳体内腔前侧的数显模块，所述温度传感器、湿度传感器以及八个气体传感器均安装于探头壳体内的采集pcb板上且表面覆盖有防水透气膜，数据采集终端的电源管理单元、主控单元和lora无线传输模块安装于主壳体内。
13.作为本实用新型的进一步优化方案，所述数显模块包括显示pcb板，显示pcb板上设置有三个数码管以及四个led指示灯，用来指示当前的工作状态。
14.作为本实用新型的进一步优化方案，所述数据集中终端为中继控制器，所述中继控制器包括设置有定位孔的安装壳体，所述数据集中终端的电源管理单元、主控单元和lora无线传输模块以及4g无线传输模块安装于安装壳体内。
15.作为本实用新型的进一步优化方案，所述数据集中终端的主控单元连接有led显示模块，led显示模块连接多个led灯，led灯设置于安装壳体上。
16.本实用新型的有益效果在于：
17.1)本实用新型气体传感器阵列由含不同气敏材料的气体传感器构成，能够实现对voc类、芳香烃类、氯烯烃类、氯烷烃类气体的实时在线监测，气体传感器收集到的监测数据通过lora自组网汇聚至中继控制器，中继控制器通过4g通信网络将监测数据回传至后台，实现对电缆发热情况的持续性监测，同时基于传感器的分布式部署，可快速有效的识别出故障位置；
18.2)本实用新型气体探测器可有效识别电缆发热至燃烧过程中散发出的异常气体，并监测其浓度，监测数据通过无线回传至物联网后台，实现在火灾发生早期进行预警，执行火灾预放措施；
19.3)本实用新型能够应用在变电站电缆管廊、电缆沟，输电线路电缆隧道，智能城市电缆管廊，市政煤气运输管道等场景中。
附图说明
20.图1是本实用新型的系统拓扑图。
21.图2是本实用新型的数据采集终端结构框图。
22.图3是本实用新型的数据集中终端结构框图。
23.图4是本实用新型的气体探测器主视图。
24.图5是本实用新型的中继控制器主视图。
25.图中：1、数据采集终端；101、气体传感器阵列；102、温度传感器；103、湿度传感器；2、数据集中终端；3、后台服务终端；4、lora无线传输模块；5、4g无线传输模块；6、数显模块；7、探头壳体；8、安装壳体；9、led显示模块；10、主壳体。
具体实施方式
26.下面结合附图对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施
方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
28.实施例1
29.如图1
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5所示，一种电力电缆火灾预防气体监测系统，包括数据采集终端1、数据集中终端2和后台服务终端3，所述数据采集终端1设置为多个且通过lora无线传输模块4将多路监测数据汇聚并传输至数据集中终端2，所述数据集中终端2通过4g无线传输模块5将汇聚数据传输至后台服务终端3，对电缆发热情况进行持续性监测并识别出故障位置；
30.所述数据采集终端1包括传感器采集单元，传感器采集单元包括气体传感器阵列101，所述气体传感器阵列101由多个含不同气敏材料的气体传感器构成。
31.所述数据采集终端1和数据集中终端2均包括电源管理单元、主控单元和lora无线传输模块4。
32.主控单元选型时以高性能、低成本、高速率为由，选择目前市场上占有率极高的意法半导体st公司stm32f1系列的stm32f103r8t6，stm32f1基于arm公司的cortex
‑
m3内核，属于stm32f1增强型mcu，lqfp
‑
64封装的mcu其12位的adc采集，最高可达16个采集通道，对于我们的采集多个传感器多了很多可选择性；stm32f1主频最高可达72mhz，对于我们的产品数据的采集以及上传可以保证其实时性以及高效性，主要负责采集气体传感器的数据，进行算法运算，然后再通过lora无线传输模块4进行无线传输，发送数据到数据集中终端2；其中也包括对数码管以及led显示外围设备的控制。stm32f103r8t6的最小系统包括主芯片。
33.电源管理单元采集12v外接电源，同时备份锂电池，给数据采集终端1和数据集中终端2中的其他模块、单元供电，保持终端运行。为了提高电源的效率，采用高效率的dcdc电源芯片，给主控单元、气体传感器，lora无线传输模块4、4g无线传输模块5等供电，同时在选型的时也关注终端不采集数据轻载时的效率，最大限度利用能源。
34.为方便设备与采集终端的通用性，数据采集终端1和数据集中终端2采用的电源管理单元、主控单元、lora无线传输模块4相同。
35.所述数据采集终端1和数据集中终端2之间通过lora无线传输模块4无线连接，lora可完成快速组网，实现多个数据集中终端2检测数据的汇聚传输。对于lora无线传输模块4，采用亿佰特公司的e22
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400t30s，模块最大发射功率高达30dbm，在空旷的无遮挡的地方官方手册显示其通讯距离可达10km，并且接收灵敏度高，工作温度可在
‑
40～85℃，可适用我们的应用场景，该lora无线传输模块4采用5v电源进行供电，与主控单元的主芯片用串口uart进行通信。
36.4g全网通传输模块，采用山东有人的4g传输模块，支持全网通，2路socket透传，高速率、低延时，可快速与后台服务器建立链接。
37.所述气体传感器阵列101由八个气体传感器构成，且八个气体传感器监测的气体
分别为voc类气体、芳香烃类气体、含氯烯烃类气体、含氯烷烃类气体以及烟雾。所述voc类气体为乙醇、硫化氢，所述芳香烃类气体为二甲苯、苯乙烯，所述含氯烯烃类气体为二氯乙烯，所述含氯烷烃类气体为三氯甲烷。
38.所述传感器采集单元还包括温度传感器102和湿度传感器103。
39.所述数据采集终端1为气体探测器，该气体探测器包括设置有定位孔的主壳体10、安装于主壳体10底部的探头壳体7以及安装于主壳体10内腔前侧的数显模块6，所述温度传感器102、湿度传感器103以及八个气体传感器均安装于探头壳体7内的采集pcb板上且表面覆盖有防水透气膜，可以起到保护探头壳体7内的气体传感器并延长其使用寿命的作用。数据采集终端1的电源管理单元、主控单元和lora无线传输模块4通过螺丝安装于主壳体10内。
40.所述数显模块6包括显示pcb板，显示pcb板上设置有三个数码管以及四个led指示灯，用来指示当前的工作状态。其中四个led指示灯包括运行灯(显示设备的运行状态指示)、告警灯(指示设备的告警预警状态)、配对灯(探测器与中继控制器的配对状态指示)、故障灯(设备运行故障指示)，气体探测器中集成的八颗气体传感器均设有报警门限值，当监测到两颗传感器数据达到门限值时上报预警，当检测到超过四颗传感器数据达到门限值时上报告警。在预警和告警状态下，探测器将持续给中继控制器发送监测数据信息。
41.系统告警状态通过设备上的数码管和告警灯综合展示：
42.1、外界气体环境检测正常时，数码管显示当前探测器设备编号，告警灯常灭；
43.2、探测器监测达到预警等级时，数码管显示err，告警灯闪烁，闪烁间隔1s/次；
44.3、探测器监测达到报警等级时，数码管显示err，告警灯会常亮。
45.所述数据集中终端2为中继控制器，所述中继控制器包括设置有定位孔的安装壳体8，所述数据集中终端2的电源管理单元、主控单元和lora无线传输模块4以及4g无线传输模块5安装于安装壳体8内。
46.所述数据集中终端2的主控单元连接有led显示模块9，led显示模块9连接多个led灯，led灯设置于安装壳体8上，主控单元根据检测数据控制led显示模块9，即控制多个led灯运行，led灯包括运行灯(设备电源状态指示)、数据灯(收到探测器数据指示)、故障灯(设备运行状态指示)、信号灯(设备接收4g信号指示)。
47.气体探测器设备集成了8颗气体传感器+1颗温度传感器102+1颗湿度传感器103，实现对voc类、芳香烃类、氯烯烃类、氯烷烃类气体的实时在线监测，以检测外界环境气体情况，探测器综合检测到的气体数据通过lora无线传输，发送到中继控制器，发送时间间隔可配置。
48.气体传感器阵列101、温度传感器102和湿度传感器103与主控单元连接，主控单元对气体传感器阵列101进行控制，控制其采样的时间、周期，并对传感器采样得到的数据进行数据处理。整理好的传感器数据由lora无线传输模块4进行数据传输至中继控制器；
49.中继控制器集成了lora无线传输模块4及4g无线传输模块5，lora无线传输模块4主要负责接收各个气体探测器监测的数据，4g无线传输模块5将汇总的采集数据转发到后台服务终端3，实现对电缆发热情况的持续性监测，同时基于传感器的分布式部署，可快速有效的识别出故障位置。
50.在系统布置时，可将多个数据采集终端1分别部署在电力电缆管廊中，中继控制器
与气体探测器之间采用lora无线组网方式连接，中继控制器和后台服务终端3的物联网平台之间采用4g无线传输方式连接；
51.设备安装：气体探测器采用竖直墙体挂装方式，气体采集探头竖直朝下，通过安装定位孔，拧入膨胀螺丝固定。安装高度根据现场环境而定。
52.中继控制器支持横装和竖装安装方式，通过安装定位孔，拧入膨胀螺丝固定。具体安装方式根据现场情况选择。
53.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。