一种电缆中间接头运行状态在线监控系统及其在线监控方法与流程

1.本发明属于电力设备状态监测领域，具体涉及一种电缆中间接头运行状态在线监控系统。本发明还涉及一种电缆中间接头运行状态在线监控系统的监控方法。


背景技术：

2.随着城市化建设进程的不断推进，供电线路的电缆化率不断提高，电力电缆已经成为城市供电的主动脉，作为重要的电力输送载体，其质量和状态对供电可靠性具有非常重要的意义。电缆运行状况在线监测可提前评估电缆的运行状态，并防止电缆故障造成较大的损失。电缆运行状态在线监测实现关键是获取电缆运行参数的变化。配电电缆通常沿道路走向敷设在城市地下管井里，长距离电缆由多段电缆连接而成，每隔300～500m中就有一个电缆中间接头，电缆中间接头在长期的运行过程中，会因为制作质量、受外力影响、环境腐蚀等多方面原因而产生绝缘老化或损坏，会因此造成电缆接头温度异常变化，因此，电缆接头温度通常作为衡量电缆运行状态的一个重要参量。由于电缆中间接头数量庞大，需要在跨长距离或井下进行电缆中间接头运行状态参数信息获取及通信，有线通信（例如二次线缆，光纤测温）所使用的线缆成本较高，并对运维有影响，使得无线通信成为必然的选择。然而，采用常规的无线通信方式获取电缆中间接头运行状态，其存在功耗高、穿透力较弱、运维难度大、安全性无保障等诸多限制性因素极大制约了电缆中间接头运行状态信息资源准确实时的供给，难以实现电缆中间接头运行状态实时监控、故障精准定位、运维移动快捷。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种电缆中间接头运行状态在线监控系统，通过基于传感器、信号采集处理、基于5g虚拟专网远程通信、安全认证加密技术原理，实现电缆中间接头的运行状态实时监测、运行异常主动预警，解决了井下电缆中间接头运行状态难以监控的难题，帮助配网运维人员及时发现并排除故障隐患，提高故障隐患处置效率及供电可靠性。
4.为解决上述问题，本发明提供了以下技术方案，一种电缆中间接头运行状态在线监控系统，包括传感器单元、电缆中间接头运行状态监测处理终端、5g虚拟专网、供电公司设备监测主站，其特征在于，所述传感器单元实时采集电缆接头井内电缆中间接头的监测参数，并将监测参数发送至电缆中间接头运行状态监测处理终端；所述传感器单元包括温度传感器和温湿度传感器，所述温度传感器直接附着在电缆中间接头绝缘护套表面，实时感知电缆中间接头的温度信号；所述湿度传感器和/或温湿度传感器悬挂于电缆接头井内，实时感知电缆接头井内的环境温湿度信号；
所述监测参数包括电缆中间接头的温度信号和电缆接头井内的环境温湿度信号；所述电缆中间接头运行状态监测处理终端对采集到的监测参数进行存储、处理和计算分析，当发现监测参数超过设定的阈值时即启动报警信号；所述5g虚拟专网以电信运营商5g网络为平台，建立包括若干所述电缆中间接头运行状态监测处理终端和供电公司设备监测主站的虚拟专网，所述电缆中间接头运行状态监测处理终端通过所述5g虚拟专网与供电公司设备监测主站建立双向通信链接，将监测参数和/或报警信号发送至供电公司设备监测主站；所述供电公司设备监测主站接收监测参数和/或报警信号，将接收到的监测参数和/或报警信号进行编解码处理，通过声音、图形和/或告警窗显示给调度值班人员，达到所述电缆中间接头运行状态监视的目的；所属供电公司设备监测主站设有存储数据库，监测参数和/或报警信号经编解码处理后保存至存储数据库中，支持运行数据分析、数据统计、历史告警查询等操作。
5.为了获得更好的技术效果，还包括安全隔离装置和手机移动客户端，所述安全隔离装置让系统的内部网络不直接或间接的连接公共网络，从而保护内部网络设备和通信链路不受来自互联网的网络攻击及监听，保证电力涉密信息不被泄露和破坏；所述手机移动客户端通过互联网链接供电公司设备监测主站，查看监测参数和/或报警信号；所述供电公司设备监测主站通过安全隔离装置与app接口服务器进行连接，将监测参数和/或报警信号安全的传输至手机移动客户端显示。
6.为了获得更好的技术效果，所述安全隔离装置为南瑞syskeeper-2000。
7.为了获得更好的技术效果，为了获得更好的技术效果，所述电缆中间接头运行状态监测处理终端包括壳体，设置在壳体侧壁的传感器单元信号输入端，设置在壳体内部的信号采集处理单元、微控制单元和电池供电单元；所述壳体用于内部电路元件保护，防止外力破坏及防水防潮；所述传感器单元信号输入端的一端通过信号线连接所述传感器单元，其另一端连接到所述信号采集处理单元；所述信号采集处理单元将所述传感器单元输出的监测参数模拟信号进行预处理，并转换成监测参数数字信号，之后将监测参数数字信号传输给所述微控制单元；所述微控制单元读取监测参数数字信号，通过与预设参数进行比较，判断电缆中间接头运行状态是否异常，若异常则发出运行状态异常告警信号；将读取监测参数数字信号和/或运行状态异常告警信号发送至5g虚拟专网；所述信号采集处理单元与所述微控制单元进行双向通讯连接，微控制单元利用at指令控制信号采集处理单元进行监测信号采集获取监测参数，以及上传监测参数至微控制单元；所述微控制单元与所述5g通信模块进行双向通信连接，微控制单元使用at指令控制5g通信模块，通过5g通信模块将采集信号上传至监测主站以及接收监测主站下发的信息；所述电池供电单元用于给所述传感器单元、信号采集处理单元、微控制单元、5g通信模块提供工作电源。
8.为了获得更好的技术效果，所述壳体为abs阻燃材料，整机满足ip67级防水防潮设
计，以满足电缆井、电缆沟恶劣环境下工作需求。
9.为了获得更好的技术效果，所述微控制单元为高速低功耗增强型单片机gd32f103，单片机内带cpu及存储器ram、rom、flash等资源，具备正常模式、掉电模式、空闲模式、睡眠模式。
10.为了获得更好的技术效果，所述电池供电单元采用高能量密度锂电池供电。
11.为了获得更好的技术效果，所述电缆中间接头运行状态监测处理终端还包括安全认证加密模块，所述安全加密模块用于对微控制单元的传输信号进行加密和解密，所述微控制单元向所述5g虚拟专网发送数据前经安全认证加密模块进行加密处理；所述微控制单元接收所述5g虚拟专网发送的数据前经安全认证加密模块进行解密处理。
12.为了获得更好的技术效果，所述安全认证加密模为工业级sc1161y加密芯片，采用基于调度证书的非对称密钥算法实现单相身份认证与报文完整性保护。
13.为了获得更好的技术效果，所述电缆中间接头运行状态监测处理终端还包括计时器模块，所述计时器模块对监测处理终端进行定时设置，每间隔时间t存储一次所述传感器单元实时采集电缆接头井内电缆中间接头的监测参数，当累计时间达到设定的n个间隔时间t时，一次性将存储的n个间隔时间t的监测参数上送至供电公司设备监测主站。
14.为了获得更好的技术效果，所述5g虚拟专网包括5g通信模块和无线网络基站；所述5g通信模块负责监测参数数字信号和/或运行状态异常告警信号的发送和数据接收，实现与无线网络基站的数据传输；所述无线网络基站建立包括若干所述电缆中间接头运行状态监测处理终端和供电公司设备监测主站的虚拟专网，所述电缆中间接头运行状态监测处理终端通过所述5g虚拟专网与供电公司设备监测主站建立双向通信链接，将监测参数和/或报警信号发送至供电公司设备监测主站。
15.本发明还包括一种电缆中间接头运行状态在线监控系统的在线监控方法，其步骤包括，（1）传感器单元实时采集电缆中间接头运行温度信号和电缆接头井的环境温湿度信号；（2）电缆中间接头运行状态监测处理终端的信号采集处理单元将所述传感器单元输出的模拟信号转换成数字信号，并发送至微控制单元；（3）所述微控制单元将电缆接头当前温度值、短时间温度突变值、与环境温度差值与预设值进行比较，判断是否超过设定的阈值，若超过阈值，进入步骤（4）；若没有超过阈值，进入步骤（6）；（4）生成运行状态异常告警信号；（5）通过5g虚拟专网的5g通信模块向5g虚拟专网发出运行状态异常告警信号，供电公司设备监测主站接收5g虚拟专网的运行状态异常告警信号；（6）对监测处理终端进行定时设置，每间隔时间t存储一次所述传感器单元实时采集电缆接头井内电缆中间接头的监测参数；（7）判断累计时间是否已到达设定的n个间隔时间t，若到了，进入步骤（8），并重新计时，若没有，进入步骤（3）；
（8）生成存储的n个间隔时间t的电缆中间接头运行遥测数据；（9）向5g虚拟专网发送n个间隔时间t的电缆中间接头运行遥测数据。
16.为了获得更好的技术效果，步骤（5）和/或步骤（9）之前，先唤醒5g虚拟专网的5g通信模块；步骤（5）和/或步骤（9）之后5g通信模块自动转为睡眠模式，并返回步骤（3）。
17.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本发明基于5g通信虚拟专网实现的电缆中间接头运行状态在线监控，利用运营商无线网络和企业虚拟专网及5g的网络切片技术，同时配合安全认证加密技术，相比其他如光纤通信、载波通信、zigee、lora、gprs等通信技术，具有安全性高、高可靠、速率高、穿透力强、实施方便等优点，解决了长期以来井下电缆中间接头运行状态实时监控和信号安全高效传输的难题。
18.2、本发明提出的电缆中间接头运行状态监测处理终端采用高速低功耗增强型微控制单元，同时配合睡眠唤醒掉电等控制策略，可以极大的降低终端功耗，终端选用高能量密度锂电池供电，具有能量高、自放电小、工作温度范围宽等特点，能够满足井下复杂的恶劣环境使用需求，并能够持续工作5年以上，有效解决了井下设备取电受限、使用寿命短等技术难点。
19.3、本发明提出的电缆中间接头运行状态监测处理终端的装置壳体选用abs阻燃材料，整机满足ip67级防水防潮设计，能够有效满足电缆井、电缆沟恶劣环境下工作需求。
20.4、本发明提出的电缆中间接头运行状态监测处理终端安装方便灵活，可根据井下电缆接头数量灵活调整传感器数量，且安装无需停电。
21.5、本系统装置采用运营商无线网络直接接入供电公司设备监测主站，无需重新建设部署系统，减少成本，性价比高。
附图说明
22.图1为本发明实施例1系统构成图；图2为本发明实施例1所述电缆中间接头运行状态在线监测处理终端构成图；图3为本发明实施例2流程图。
具体实施方式
23.下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。
24.实施例1如图1所示，一种电缆中间接头运行状态在线监控系统，包括传感器单元、电缆中间接头运行状态监测处理终端、5g虚拟专网、供电公司设备监测主站及手机移动客户端，所述传感器单元实时采集电缆接头井内电缆中间接头的监测参数，并将监测参数发送至电缆中间接头运行状态监测处理终端；所述传感器单元包括温度传感器和温湿度传感器，所述温度传感器直接附着在电缆中间接头绝缘护套表面，实时感知电缆中间接头的温度信号；所述湿度传感器和/或温湿度传感器悬挂于电缆接头井内，实时感知电缆接头井内的环境温湿度信号；
所述监测参数包括电缆中间接头的温度信号和电缆接头井内的环境温湿度信号；所述电缆中间接头运行状态监测处理终端对采集到的监测参数进行存储、处理和计算分析，当发现监测参数超过设定的阈值时即启动报警信号；如图2所示，所述电缆中间接头运行状态监测处理终端包括壳体，设置在壳体侧壁的传感器单元信号输入端，设置在壳体内部的信号采集处理单元、微控制单元、电池供电单元、安全认证加密模块和计时器模块；所述壳体用于内部电路元件保护，防止外力破坏及防水防潮；所述壳体为abs阻燃材料，整机满足ip67级防水防潮设计，以满足电缆井、电缆沟恶劣环境下工作需求；所述传感器单元信号输入端的一端通过信号线连接所述传感器单元，其另一端连接到所述信号采集处理单元；所述信号采集处理单元将所述传感器单元输出的监测参数模拟信号进行预处理，并转换成监测参数数字信号，之后将监测参数数字信号传输给所述微控制单元；所述微控制单元读取监测参数数字信号，通过与预设参数进行比较，判断电缆中间接头运行状态是否异常，若异常则发出运行状态异常告警信号；将读取监测参数数字信号和/或运行状态异常告警信号发送至5g虚拟专网；所述微控制单元为高速低功耗增强型单片机gd32f103，单片机内带cpu及存储器ram、rom、flash等资源，具备正常模式、掉电模式、空闲模式、睡眠模式；所述信号采集处理单元与所述微控制单元进行双向通讯连接，微控制单元利用at指令控制信号采集处理单元进行监测信号采集获取监测参数，以及上传监测参数至微控制单元；所述微控制单元与所述5g通信模块进行双向通信连接，微控制单元使用at指令控制5g通信模块，通过5g通信模块将采集信号上传至监测主站以及接收监测主站下发的信息；所述电池供电单元用于给所述传感器单元、信号采集处理单元、微控制单元、5g通信模块提供工作电源；所述电池供电单元采用高能量密度锂电池供电；所述安全加密模块用于对微控制单元的传输信号进行加密和解密，所述微控制单元向所述5g虚拟专网发送数据前经安全认证加密模块进行加密处理；所述微控制单元接收所述5g虚拟专网发送的数据前经安全认证加密模块进行解密处理；所述安全认证加密模为工业级sc1161y加密芯片，采用基于调度证书的非对称密钥算法实现单相身份认证与报文完整性保护；所述计时器模块对监测处理终端进行定时设置，每间隔时间t存储一次所述传感器单元实时采集电缆接头井内电缆中间接头的监测参数，当累计时间达到设定的n个间隔时间t时，一次性将存储的n个间隔时间t的监测参数上送至供电公司设备监测主站；所述5g虚拟专网以电信运营商5g网络为平台，建立包括若干所述电缆中间接头运行状态监测处理终端和供电公司设备监测主站的虚拟专网，所述电缆中间接头运行状态监测处理终端通过所述5g虚拟专网与供电公司设备监测主站建立双向通信链接，将监测参数和/或报警信号发送至供电公司设备监测主站；所述5g虚拟专网包括5g通信模块和无线网络基站；所述5g通信模块负责监测参数数字信号和/或运行状态异常告警信号的发送和数据接收，实现与无线网络基站的数据传输；
所述无线网络基站建立包括若干所述电缆中间接头运行状态监测处理终端和供电公司设备监测主站的虚拟专网，所述电缆中间接头运行状态监测处理终端通过所述5g虚拟专网与供电公司设备监测主站建立双向通信链接，将监测参数和/或报警信号发送至供电公司设备监测主站；所述供电公司设备监测主站接收监测参数和/或报警信号，将接收到的监测参数和/或报警信号进行编解码处理，通过声音、图形和/或告警窗显示给调度值班人员，达到所述电缆中间接头运行状态监视的目的；所属供电公司设备监测主站设有存储数据库，监测参数和/或报警信号经编解码处理后保存至存储数据库中；还包括安全隔离装置和手机移动客户端，所述安全隔离装置让系统的内部网络不直接或间接的连接公共网络，从而保护内部网络设备和通信链路不受来自互联网的网络攻击及监听，保证电力涉密信息不被泄露和破坏，所述安全隔离装置为南瑞syskeeper-2000；所述手机移动客户端通过互联网链接供电公司设备监测主站，查看监测参数和/或报警信号；所述供电公司设备监测主站通过安全隔离装置与app接口服务器进行连接，将监测参数和/或报警信号安全的传输至手机移动客户端显示。。
25.实施例2如图1所示，一种实施例1所述安全有效的电缆中间接头运行状态在线监控系统的在线监控方法，其步骤包括，（1）传感器单元实时采集电缆中间接头运行温度信号和电缆接头井的环境温湿度信号；（2）电缆中间接头运行状态监测处理终端的信号采集处理单元将所述传感器单元输出的模拟信号转换成数字信号，并发送至微控制单元；（3）所述微控制单元将电缆接头当前温度值、短时间温度突变值、与环境温度差值与预设值进行比较，判断是否超过设定的阈值，若超过阈值，进入步骤（4）；若没有超过阈值，进入步骤（6）；（4）生成运行状态异常告警信号；（5.1）先唤醒5g虚拟专网的5g通信模块；（5.2）通过5g虚拟专网的5g通信模块向5g虚拟专网发出运行状态异常告警信号，供电公司设备监测主站接收5g虚拟专网的运行状态异常告警信号；（5.3）5g通信模块自动转为睡眠模式，并返回步骤（3）；（6）对监测处理终端进行定时设置，每间隔时间t存储一次所述传感器单元实时采集电缆接头井内电缆中间接头的监测参数；（7）判断累计时间是否已到达设定的n个间隔时间t，若到了，进入步骤（8），并重新计时，若没有，进入步骤（3）；（8）生成存储的n个间隔时间t的电缆中间接头运行遥测数据；（9.1）先唤醒5g虚拟专网的5g通信模块；（9.2）向5g虚拟专网发送n个间隔时间t的电缆中间接头运行遥测数据；（9.3）5g通信模块自动转为睡眠模式，并返回步骤（3）。
26.为了能够实现实时监测异常告警，最大限度的降低功耗延长终端使用寿命，5g通信模块采用异常告警及定时唤醒工作机制，大部分时间5g通信模块都处于睡眠状态。采集处理单元实时读取传感器数据，单片机在低功耗模式下对运行状态数据进行分析，当数据超过阈值时，将唤醒5g通信模块，发送告警至供电公司设备监测主站。如果数据没有达到阈值，将定时对数据进行存储，当检测已到监测处理终端器定时时间时，将唤醒5g通信模块，将定时时间内存储的多个时刻运行状态遥测数据一次性传输至供电公司设备监测主站，从而减少数据多次传输，减少通信功耗。每次5g通信模块发送完告警信号及运行状态遥测数据后，将自动进行睡眠模式，等待下一次唤醒。
27.本发明基于传感器、信号采集处理、基于5g虚拟专网远程通信、安全认证加密技术原理，在电缆接头井内安装传感器及监测处理终端，传感器实时采集运行中的电缆中间接头温度及接头井内环境温湿度参数，监测处理终端集成信号采集单元、信号处理单元、安全认证加密模块、5g通信模块，对电缆中间接头运行状态数据进行存储及实时告警分析，并将监测数据及告警信息进行认证加密后通过5g虚拟专网安全有效传输至供电公司设备监测主站，实现电缆中间接头的运行状态实时监测、运行异常主动预警，解决了井下电缆中间接头运行状态难以监控的难题，帮助配网运维人员及时发现并排除故障隐患，提高故障隐患处置效率及供电可靠性。