一种基于NB-IoT技术的电力沟道环境智能监控系统的制作方法

本实用新型涉及电力通道监控技术领域，尤其涉及一种基于nb-iot技术的电力沟道环境智能监控系统。

背景技术：

电力电缆是城市配电网的关键的一次设备，为了保证配电网系统的运行，提升对电力沟道内电缆、电缆中间接头故障或突发事件的预警和应急处理能力，保证运维人员工作环境的安全，对电力沟道进行连续、动态、实时的动态监测，并智能、远程的对环境异常进行主动改善和干预十分重要。

现在的电力沟道环境监控存在以下问题：

1.缺乏对电力沟道环境的动态、实时、连续的监控能力。通常电力电缆敷设于电力沟道或隧道中，环境相对闭塞，电力沟道容易积累有害气体和水，有害气体浓度过高或是积水严重都会造成运维人员的危险或是运维困难。运维时，现有的技术方案主要还是现场监测，受到作业面的影响，不能实现连续、动态、实时监测。

2.缺乏对电力沟道环境的智能干预能力。因为每盘电缆有固定的长度，为了敷设更长的电缆线路，必须将多段通过电缆中间接头相接。电缆中间接头的质量不高、连接不紧、接触电阻过大，在运行过程中对中间接头工作状态的异常不能及时的发现并处理，会致使电缆接头过热并击穿绝缘，导致电力沟道发生火灾。现有的技术不能发现危险发生的趋势，并主动作出应对措施。

3.缺乏适合电力沟道条件的信息传输手段。电力沟道地理位置跨度大，沟道内部无线信号覆盖较差，沟道内的各类传感器、智能控制器与远程监控终端实现远距离无线通信较为困难，或者通信质量不够好。且铺设有线网络的成本较高，维护难度大。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题为：提供一种基于nb-iot技术电力沟道环境智能监控系统，以连续、动态、实时的采集电力沟道环境内的环境信息，以及重点部位包括电缆和电缆中间接头的运行状态信息，并将采集到的信息分别发送给智能执行机构和远端的监控中心或者移动监控端。智能执行机构可以按照预设的运行条件自动进行启动、停止或其他执行动作。智能执行机构也可以接收远端监控中心或者移动监控端的执行指令进行相应的执行动作。通过监测系统反馈的现场输电线路的运行状态，智能执行机构对输电线路的运行环境的自动调节，或按照远程控制指令进行调节，从而改善电力沟道条件内输电线路的运行状态或环境，避免发生电力故障，从而提高输电线路的可靠性，保障供电质量。并解决了在现有电力沟道环境中的组网和信息交互困难以及运维成本高等问题。

本实用新型技术方案为：本实用新型技术方案为：一种基于nb-iot技术的电力沟道环境智能监控系统，包括环境监测模块(1)、电缆运行状态监测模块(2)、电缆中间接头运行状态监测模块(3)、nb-iot基站(4)、nb-iot终端(5)、nb-iot核心网络(6)、远程终端装置rtu(7)、三相不平衡调节装置(8)、单片机(9)、智能执行机构(10)、远程监控中心计算机(11)、远程移动监控端(12)，以及各设备和模块的供电模块(13)，所述环境监测模块(1)包括分别与所述单片机(9)连接的传感器(14)，所述传感器(14)设置于所述电力沟道内部用于监测环境参数，所述单片机(9)通过总线连接nb-iot终端(5)，单片机(9)判断出所述电力沟道内环境参数到达预设阈值时，通过nb-iot基站(4)和nb-iot终端(5)组成的终端网络及nb-iot核心网络(6)分别向智能执行机构(10)，远程监控中心计算机(11)和远程移动监控端(12)发送测控信息，所述电缆运行状态监测模块(2)包括分别与所述单片机(9)连接的电缆测温温度传感器(15)，所述电缆测温温度传感器(15)设置于电缆表面用于监测电缆表面温度，所述电缆中间接头运行状态监测模块(3)包括分别与所述单片机(9)连接的接头测温温度传感器(16)，所述单片机(9)连接的接头测温温度传感器(16)安置于电缆中间接头用于监测电缆中间接头的温度，单片机(9)判断出所述电缆表面或/和所述电缆中间接头的温度到达预设温度阈值时，通过nb-iot网络分别向远程终端装置rtu(7)、三相不平衡调节装置(8)、智能执行机构(10)、远程监控中心计算机(11)和远程移动监控端(12)发送测控信息。

进一步地，所述传感器(14)为温湿度传感器(17)，所述智能执行机构(10)为智能通风装置(19)和/或智能降温除湿装置(20)，温湿度传感器(17)设置于所述电力沟道内部用于监测温度和湿度，单片机(9)判断出所述电力沟道内温湿度到达预设第一阈值时，通过nb-iot基站(4)和nb-iot终端(5)组成的终端网络向智能执行机构(10)发送测控信息，启动智能通风装置(19)和/或智能降温除湿装置(20)并对电力通道环境进行改善，到电力沟道内温湿度低于第一阈值时停止工作，否则，单片机(9)判断出电力沟道内温湿度到达预设第二阈值时，通过终端网络及nb-iot核心网络(6)将报警信号发送至远程监控中心计算机(11)和/或远程移动监控端(12)。

进一步地，所述传感器(14)为可燃气体传感器(21)和/或有毒气体传感器(22)，所述智能执行机构(10)为智能通风装置(19)，可燃气体传感器(21)和/或有毒气体传感器(22)设置于所述电力沟道内部用于监测可燃气体和/或有毒气体的气体浓度，单片机(9)判断出所述电力沟道内气体浓度到达预设第一阈值时，通过nb-iot基站(4)和nb-iot终端(5)组成的终端网络向智能通风装置(19)发送测控信息，启动智能通风装置(19)并对电力通道环境进行改善，到电力沟道内气体浓度低于第一阈值时停止工作，否则，单片机(9)判断出电力沟道内气体浓度到达预设第二阈值时，通过终端网络及nb-iot核心网络(6)将报警信号发送至远程监控中心计算机(11)和/或远程移动监控端(12)。

进一步地，所述传感器(14)为氧气传感器(23)，所述智能执行机构(10)为智能通风装置(19)，氧气传感器(23)设置于所述电力沟道内部用于监测氧气气体浓度，单片机(9)判断出所述电力沟道内气体浓度低于预设第一阈值时，通过nb-iot基站(4)和nb-iot终端(5)组成的终端网络向智能通风装置(19)发送测控信息，启动智能通风装置(19)并对电力通道环境进行改善，到电力沟道内气体浓度高于第一阈值时停止工作，否则，单片机(9)判断出电力沟道内气体浓度低于预设第二阈值时，通过终端网络及nb-iot核心网络(6)将报警信号发送至远程监控中心计算机(11)和/或远程移动监控端(12)。

进一步地，所述单片机(9)判断出所述电缆表面或/和所述电缆中间接头的温度到达预设温度阈值时，通过nb-iot基站(4)和nb-iot终端(5)组成的终端网络向智能执行机构(10)发送测控信息，启动智能执行机构(10)并对电缆或/和所述电缆中间接头的进行降温，到电缆或/和所述电缆中间接头温度低于第一阈值时停止工作，否则，所述单片机(9)判断出所述电力沟道内温度到达预设第二阈值时，通过终端网络及nb-iot核心网络(6)向远程监控中心计算机(11)和/或远程移动监控端(12)发送测控信息，由运维人员进行主动控制干预，到电缆或/和所述电缆中间接头温度低于第一阈值时停止工作，否则，所述单片机(9)判断出所述电力沟道内温度到达预设第三阈值时，通过终端网络及nb-iot核心网络(6)向远程终端装置rtu(7)发出控制指令，打开远程终端装置rtu(7)的过流保护继电器。

进一步地，所述接头测温温度传感器(16)为ds1820温度传感器(24)，连接的单片机(9)为at89c52单片机(25)，at89c52单片机(25)与nb-iot终端(5)通过rs232总线相连，电缆运行状态监测采用点式温度监测，若干个温度传感器按照监测的要求分散安置于电缆上重要的监测部位。

进一步地，所述电缆测温温度传感器(15)为gsdts-04-10温度传感器(26)，温度传感器(26)为分布式光纤温度传感器，gsdts-04-10温度传感器(26)的三条分布式光纤按照120°夹角分别安置在电缆的绝缘层表面。

进一步地，所述智能通风装置(19)包括叶片电机(27)、交流接触器(28)。

进一步地，所述nb-iot终端(5)为上海移远的bc28(29)，bc28(29)包括基带、射频电源管理、外围接口等电路。

进一步地，所述的远程监控中心计算机(11)和远程移动监控端(12)包括人机操作界面智能执行机构的虚拟控制面板(30)，用于远程控制智能执行机构(10)。

进一步地，所述的三相不平衡调节装置(8)包括负载侧三相不平衡调节装置(31)和/或电源侧三相不平衡调节装置(32)，所述的负载侧三相不平衡调节装置(31)包括换相模块(33)、单片机(9)、信号检测模块(34)及nb-iot终端(5)，信号检测模块(34)输入连接至三相电线，信号检测模块(34)输出与单片机(9)相连，单片机(9)通过总线连接nb-iot终端(5)，并连接至nb-iot网络，单片机(9)的输出与换相模块(33)的控制回路相连接，换相模块(33)主回路的输入侧与配电线路的a、b、c三相电缆连接，所述的换相模块(33)主回路的输入侧设有三个静触头和一个动触头，动触头连接到输出，作为l线连接到负荷的电源相线接线端子上，与n相线共同为单相负荷供电，三个静触头分别与配电线路的a、b、c三相电缆连接，动触头可根据调相需要在三个静触头之间进行切换，实现单相负荷的l线在a、b、c三相电缆之间进行切换，所述的源侧三相不平衡调节装置(32)由开关动作模块igbt(35)、电抗器及电容器组(36)、单片机(9)、nb-iot终端(5)构成，开关动作模块igbt(35)通过导线及断路器并联于电源侧电网的三相电缆上，开关动作模块igbt(35)的输出连接到电抗器及电容器组(36)，单片机(9)通过导线与开关动作模块igbt(35)连接，电抗器及电容器组(36)组中设置了多组补偿等级，其投切控制由单片机(9)实现，单片机(9)通过总线连接nb-iot终端(5)，并连接至nb-iot网络。

本实用新型的有益效果：本实用新型设计实现了一种基于nb-iot技术的电力沟道环境智能监控系统，包括环境监测模块、电缆运行状态监测模块、电缆中间接头运行状态监测模块、nb-iot基站、和nb-iot终端、nb-iot核心网络、远程终端装置rtu、三相不平衡调节装置、单片机、智能执行机构、远程监控中心计算机、远程移动监控端，以及各设备和模块的供电模块。通过本系统可以连续、动态、实时的采集电力沟道环境内的环境信息，以及重点部位包括电缆和电缆中间接头的运行状态信息，并将采集到的异常状态信息分别传送给远端的监控中心和移动监控端，或转换为控制指令信号发送给智能执行机构。智能执行机构可以按照预设的运行条件自动进行启动、停止或其他执行动作。智能执行机构也可以接收远端监控中心或者移动监控端的执行指令进行相应的执行动作。通过监测系统反馈的现场输电线路的运行状态，智能执行机构对输电线路的运行环境的自动调节，或按照远程控制指令进行调节，从而改善电力沟道条件内输电线路的运行状态或环境，避免发生电力故障，从而提高输电线路的可靠性，保障供电质量。并解决了在现有电力沟道环境中的组网和信息交互困难以及运维成本高等问题。

附图说明

图1基于nb-iot技术的电力通道环境智能监控系统的连接图

图2环境监测模块与nb-iot终端连接图

图3电缆中间接头运行状态监测模块与nb-iot终端连接图

图4电缆运行状态监测模块与nb-iot终端连接图

图5电缆运行状态监测模块的表贴式光纤与电缆连接图

图6智能控制通风装置连接图

图7bc29终端硬件框架

图8电源侧负载平衡控制连接图

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型的一个实施方式，结合图1本实用新型的一种基于nb-iot技术的电力沟道环境智能监控系统，包括环境监测模块(1)、电缆运行状态监测模块(2)、电缆中间接头运行状态监测模块(3)、nb-iot基站(4)、nb-iot终端(5)、nb-iot核心网络(6)、远程终端装置rtu(7)、三相不平衡调节装置(8)、单片机(9)、智能执行机构(10)、远程监控中心计算机(11)、远程移动监控端(12)，以及各设备和模块的供电模块(13)。

根据本实用新型的一个实施方式，结合图2、3、6本实用新型所述环境监测模块(1)的传感器(14)为温湿度传感器(17)，智能执行机构(10)为智能通风装置(19)和/或智能降温除湿装置(20)，温湿度传感器设置于所述电力沟道内部用于监测温度和湿度。其中，智能通风装置(19)和/或智能降温除湿装置(20)与交流接触器之间采用3相接触器连接。当智能通风装置(19)和/或智能降温除湿装置(20)处于工作状态，3相接触器处于吸合状态；断开控制器内的继电器的常闭触点，此时电路处于断路状态，接触器断开，三相电源供电停止。控制器内的单片机(9)采用atmel公司的at89c52单片机(25)。温湿度传感器(17)是温湿度传感器sht10，用来测量电力沟道内的温湿度。sht10传感器是单片数字温湿度集成传感器。该传感器由1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件组成，并与1个14位a/d转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合。

根据本实用新型的一个实施方式，结合图2本实用新型传感器(14)为可燃气体传感器(21)和/或有毒气体传感器(22)，所述智能执行机构(10)为智能通风装置(19)，可燃气体传感器(21)和/或有毒气体传感器(22)设置于所述电力沟道内部用于监测可燃气体和/或有毒气体的气体浓度。

根据本实用新型的一个实施方式，结合图3本实用新型电缆运行状态监测模块的单片机为at89c52单片机(25)，接头测温温度传感器(16)为ds1820(24)，单片机为at89c52单片机(25)与nb-iot终端(5)通过rs232总线相连，电缆运行状态监测采用点式温度监测，若干个温度传感器按照监测的要求分散安置于电缆上重要的监测部位(如电缆接头等)。

根据本实用新型的一个实施方式，结合图4、5本实用新型电缆运行状态监测模块的单片机(9)为at89c52单片机(25)，电缆测温温度传感器(15)为分布式光纤温度传感器，即gsdts-04-10温度传感器(26)，at89c52单片机(25)与nb-iot终端(5)通过rs232总线相连，电缆运行状态监测光纤式温度监测，三条分布式光纤温度传感器按照120°夹角分别安置在电缆的绝缘层表面。

根据本实用新型的一个实施方式，结合图7nb-iot终端(5)为bc28(29)，bc28(29)包括基带、射频电源管理、外围接口等电路。

根据本实用新型的一个实施方式，结合图8三相不平衡调节装置(8)包括负载侧三相不平衡调节装置(31)和/或电源侧三相不平衡调节装置(32)，所述的负载侧三相不平衡调节装置(31)包括换相模块(33)、单片机(9)、信号检测模块(34)及nb-iot终端(5)，信号检测模块(34)输入连接至三相电线，信号检测模块(34)输出与单片机(9)相连，单片机(9)通过总线连接nb-iot终端(5)，并连接至nb-iot网络，单片机(9)的输出与换相模块(33)的控制回路相连接，换相模块(33)主回路的输入侧与配电线路的a、b、c三相电缆连接，所述的换相模块(33)主回路的输入侧设有三个静触头和一个动触头，动触头连接到输出，作为l线连接到负荷的电源相线接线端子上，与n相线共同为单相负荷供电，三个静触头分别与配电线路的a、b、c三相电缆连接，动触头可根据调相需要在三个静触头之间进行切换，实现单相负荷的l线在a、b、c三相电缆之间进行切换，所述的源侧三相不平衡调节装置(34)由开关动作模块igbt(35)、电抗器及电容器组(36)、单片机(9)、nb-iot终端(5)构成，开关动作模块igbt(35)通过导线及断路器并联于电源侧电网的三相电缆上，开关动作模块igbt(35)的输出连接到电抗器及电容器组(36)，单片机(9)通过导线与开关动作模块igbt(35)连接，电抗器及电容器组(36)组中设置了多组补偿等级，其投切控制由单片机(9)实现，单片机(9)通过总线连接nb-iot终端(5)，并连接至nb-iot网络。

以上所述为本实用新型较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围之内。