基于物联网的电力管廊火情监控处置系统
阅读：392发布：2024-01-12
专利汇可以提供基于物联网的电力管廊火情监控处置系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提出一种基于 物联网 的电 力 管廊火情监控处置系统，包括：现场侧和监控侧；所述现场侧包括：分别连接到集中器的多个 节点 ，所述节点包括：红外点状测温头、多组分环境监测装置、 电子 式沉降仪、干粉灭火器、带状测温装置、载流量 传感器 、护层 电流 传感器、 水 位传感器、光纤测温传感器和摄像头；所述集中器有多个，通过双光纤组成环网；每个所述节点采用双电源供电；所述集中器连接至所述监控侧的上位机。本发明及其优选方案具备全方位立体式实时监测电力管廊内的安/消防设备、环境以及 电缆 本体工况信息，具备就地火灾处理和设备联动功能、具备双重通讯链路通讯保障。，下面是基于物联网的电力管廊火情监控处置系统专利的具体信息内容。
1.一种基于物联网的电力管廊火情监控处置系统，其特征在于，包括：现场侧和监控侧；所述现场侧包括：分别连接到集中器的多个节点，所述节点包括：红外点状测温头、多组分环境监测装置、电子式沉降仪、干粉灭火器、带状测温装置、载流量传感器、护层电流传感器、水位传感器、光纤测温传感器和摄像头；所述集中器有多个，通过双光纤组成环网；每个所述节点采用双电源供电；所述集中器连接至所述监控侧的上位机。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的电力管廊火情监控处置系统，其特征在于：所述环网采用光纤自愈环形以太网。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的电力管廊火情监控处置系统，其特征在于：所述集中器为UPLC中继继电保护装置。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的电力管廊火情监控处置系统，其特征在于：所述红外点状测温头设置在电缆接头旁侧；所述多组分环境监测装置包括氧气含量、甲烷含量、硫化氢含量、二氧化碳含量以及环境温湿度监控装置，设置在管廊墙面；所述干粉灭火器连接烟雾/温度一体探测器，并设置在电缆接头上方；所述带状测温装置敷设在电缆接头表面；所述载流量传感器抱箍紧贴在电缆本体表面；所述护层电流传感器设置在电缆接头接地箱的接地线上；所述光纤测温传感器设置在电缆表面。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的电力管廊火情监控处置系统，其特征在于：所述环网设置有多个分布式数据采集终端作为区域控制器。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的电力管廊火情监控处置系统，其特征在于：所述节点还包括防火门和井盖监测装置。
基于物联网的电力管廊火情监控处置系统
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统在线监测领域，尤其涉及一种基于物联网的电力管廊火情监控处置系统。
背景技术
[0002] 我国电力地下管廊分布量大，但由于电力管廊在不同地域的要求和特点各不相同，现今在城市电力电缆隧道的设计方面还处于探索阶段，现行的设计规范在城市电力电缆隧道防火和消防的设计方面还有待进一步的完善。因此，在城市电力电缆隧道防火和消防设计在把握住电缆隧道的特点，合理、安全、经济地进行防火和消防设计上还有很大提升空间。现有的电力管廊监测技术总体来说还存在智能化程度低、网络化程度低、组件连接方式有待改善、信息融合技术低、无法预防和预报等问题。
发明内容
[0003] 针对现有技术存在的问题和不足，本发明采用以下技术方案：一种基于物联网的电力管廊火情监控处置系统，其特征在于，包括：现场侧和监控侧；
所述现场侧包括：现场每个监测节点表示不同类型的监测传感器，每个所述节点采用双电源供电，所述节点包括：红外点状测温头、多组分环境监测装置、电子式沉降仪、干粉灭火器、带状测温装置、载流量传感器、护层电流传感器、水位传感器、光纤测温传感器、摄像头，各节点与集中器之间采用无线网和有线网分别独立组网，形成信息交叉通讯的双数据采集网；所述集中器有多个，每个集中器可以连接多个节点，各集中器之间通过双光纤组成环网；所述集中器连接至所述监控侧的上位机。
所述现场侧包括：现场每个监测节点表示不同类型的监测传感器，每个所述节点采用双电源供电，所述节点包括：红外点状测温头、多组分环境监测装置、电子式沉降仪、干粉灭火器、带状测温装置、载流量传感器、护层电流传感器、水位传感器、光纤测温传感器、摄像头，各节点与集中器之间采用无线网和有线网分别独立组网，形成信息交叉通讯的双数据采集网；所述集中器有多个，每个集中器可以连接多个节点，各集中器之间通过双光纤组成环网；所述集中器连接至所述监控侧的上位机。
[0004] 优选地，所述环网采用光纤自愈环形以太网。
[0005] 优选地，所述集中器为UPLC中继继电保护装置，是针对电缆火灾所设计的一种集通讯、处理、处置的一种就地处理装置。其核心功能包含测量和控制、监视功能、处置外，还提供了大量的PLC功能。
[0006] 优选地，所述红外点状测温头设置在电缆接头旁侧；所述多组分环境监测装置包括氧气含量、甲烷含量、硫化氢含量、二氧化碳含量以及环境温湿度监控装置，设置在管廊墙面；所述干粉灭火器连接烟雾/温度一体探测器，并设置在电缆接头上方；所述带状测温装置敷设在电缆接头表面；所述载流量传感器抱箍紧贴在电缆本体表面；所述护层电流传感器设置在电缆接头接地箱的接地线上；所述光纤测温传感器设置在电缆表面；具有红外热成像功能的摄像头安装在隧道防火分区。
[0007] 优选地，所述环网设置有多个分布式数据采集终端作为区域控制器。
[0008] 优选地，所述节点还包括防火门和井盖监测装置。
[0009] 本发明通过物联网技术构造了一种可靠性高、容灾能力强的电力管廊火情监控处置系统，通过多层次的监控装置节点布置，保证了各种消防情形和场景及时能够得到预警，通过双电源供电保障了监控节点的可靠性，通过双光纤环网对集中器的组网形式兼顾了传输效率和冗灾的需求，而且在节点上同时设置了有线和无线双重的通信方式，进一步保障了信息能够稳定、可靠地传输。在此基础上，监控侧可以通过实时、有效采集的电力管廊隧道内情况，完成日常的监控和及时的火情应急处置，并可以针对电力管廊的火情监控，从预防、监测、报警、控制、灭火、事故分析等各个环节进行信息整合及分析，并以此为基础建立起一整行之有效的电力管廊火情处置方案。
[0010] 本发明及其优选方案具备全方位立体式实时监测各电缆头温度、工况监测和实时载流量采集功能、管廊位置变形检测功能，具备视频监控功能、具备就地火灾处理和设备联动功能、具备双重通讯链路通讯保障。附图说明
[0011] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：图1是本发明实施例整体结构示意图；
图2是本发明实施例节点设置方式示意图；
图中：1-红外点状测温头；2-多组分环境监测装置；3-电子式沉降仪；4-干粉灭火器；5-带状测温装置；6-载流量传感器；7-护层电流传感器；8-水位传感器；9-光纤测温传感器；
10-接地箱。
图2是本发明实施例节点设置方式示意图；
图中：1-红外点状测温头；2-多组分环境监测装置；3-电子式沉降仪；4-干粉灭火器；5-带状测温装置；6-载流量传感器；7-护层电流传感器；8-水位传感器；9-光纤测温传感器；
10-接地箱。
具体实施方式
[0012] 为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：如图1所示，本实施例包括：现场侧和监控侧；现场侧包括：分别连接到多个集中器的多个节点（每个节点均只对应连接一个集中器），节点至少包括：红外点状测温头1、多组分环境监测装置2、电子式沉降仪3、干粉灭火器4、带状测温装置5、载流量传感器6、护层电流传感器7、水位传感器8和光纤测温传感器9；集中器有多个，通过双光纤组成光纤自愈环形以太网，环网的设置可以使系统中无论哪一台火灾报警控制器发生严重故障均不影响消防控制中心对全系统的监视和控制，而采用光纤自愈环形以太网，当通讯链路发生故障时，其网络能够在20ms内恢复，解决了星型接法通讯不稳定问题和自恢复时间长等问题，抗干扰性强，系统可靠性高；每个节点采用双电源供电，每个节点分别采用电缆本体作为本地供电电源，采用输电线路作为远端供电电源，以确保每个点均不是单点故障；每个节点设置有Lora通信装置，在节点之间和节点与集中器之间构成Lora自组通信网络，实现有线和无线通信的独立组网，确保过程设备信息传输的可靠稳定。
[0013] 集中器连接至监控侧的上位机，该上位机一般包括服务器和监控用的计算机，用于收集、汇总现场测采集的信息，并进行存储、处理和显示，该部分为现有的常规技术，本实施例中不作赘述。
[0014] 作为一般性的原则，在本实施例中，围绕同一电缆接头所在区域布局的节点为同一组节点，同一组节点连接到同一集中器，不同的电缆接头所在区域使用不同的集中器。
[0015] 在本实施例中，环网设置有多个分布式数据采集终端（DTU）作为区域控制器，该区域控制器起到部分上位机的作用，能够在不需要监控侧进行处理的情况下依据预设的判据，如某个监控节点采集的数值超过阈值，则自动触发处置指令，如开启灭火器、关闭防火门等，同时，一方面还可以实现对下端数据采集的通讯，另一方面维护环网通讯。每个DTU上同时完成着相互之间的信息调度，当发现某个设备失联，将会在全范围内进行广播寻找。直至确认信号丢失。实现设备的自动加载和维护。。
[0016] 其中，UPLC继电保护装置是针对电缆火灾所设计的一种集通讯、处理、处置的一种就地处理装置。其核心功能包含测量和控制、监视功能、处置外，还提供了大量的PLC功能，使得对外部环境的的各种复杂保护和联锁控制很方便、更简洁地得以实现。这些功能的实现是基于各种应用软件库来完成的，每种库中包含有大量的完成各种特定功能的模块。同时装置本身具备了逻辑和数学运算的标准功能库，以及用于与计算机通讯的通讯功能库，主要包括输入模块、输出模块和输入输出模块，全部为编址型，模块本身工作电源从现场编址回路获得，无需另行增加24VDC工作电源，其中：干接点输入模块：接受4路无源干触点（可选常开/常闭）输入信号X1，输入模块对输入信号线路具备断路和短路监视功能，无论输入线路截断或是线路短路均可报出对应输入设备故障。
[0017] 干接点输出模块：输出4路模块提供无源干触点（可选常开/常闭）输出信号X1，输出触点容量为30VAC/DC，1A。
[0018] 输入输出模块提供无源干触点（可选常开/常闭）输出信号X1并接受无源干触点（可选常开/常闭）输入信号X1，输出触点容量为30VAC/DC，1A，模块对输入信号线路具备断路和短路监视功能，无论输入线路截断或是线路短路均可报出对应输入设备故障。输入输出模块的输入点和输出点可独立使用，分别连接不同的设备。
[0020] 如图2所示，以一个电缆接头所在区域为例，红外点状测温头1（其红外热扫描火灾监控摄像机）设置在电缆接头旁侧（距离电缆接头10米范围内），并对准电缆接头，其作用在于实时监测电缆接头的温度情况，并采用Lora和Lan双网络方式将报警数据后传。
[0021] 多组分环境监测装置2包括氧气含量、甲烷含量、硫化氢含量、二氧化碳含量以及环境温湿度监控装置，并设置在电缆接头旁侧（距离电缆接头约5米的距离），一方面保障巡检人员的安全，另一方面及时发现现场特征气体的异常，以便于及时预警。
[0022] 电子式沉降仪3可测量隧道本体的位移、沉降的变形状态，并通过Lora将数据传送到集中器。
[0023] 干粉灭火器4带有烟雾/温度一体探测器，并设置在电缆接头正上方3米范围内，在本实施例中，采用压缩空气的烟雾及温度双鉴干粉灭火器4，其触发策略按照内置的烟感和温度双重触发机制进行灭火处理。同时内置外部触发装置，在特定情况下可以实现外部的预防性灭火控制。
[0024] 带状测温装置5敷设在电缆接头表面，可以对电缆接头的表面温度进行检测，一旦发现温升异常，在0.3秒内将数据发送至集中器，实现电缆接头温度实时监控。
[0025] 载流量传感器6抱箍紧贴在电缆本体表面，一方面进行内部工况电流的采集，另一方面带状测温装置5提供供电保障。
[0026] 护层电流传感器7设置在电缆接头接地箱10的接地线上，能够实时监控电缆护层内的电流情况，并实时记录最大尖峰电流值，当发现暂态值超出范围内，就及时进行报警。
[0027] 水位传感器8设置在电缆头就近的积水坑内，用于监测电缆隧道内的积水情况。
[0028] 光纤测温传感器9设置在电缆表面，可以测量整条电缆的温度值，并通过网络与集中器进行互动，实现现场预警信息的报警处理。
[0029] 为了更好地实现完备的监测功能，作为优选方案，本实施例中节点还可以包括摄像头、防火门和井盖监测装置，实现更为广泛的信息和管控的联动，比如：当监控节点发现火情时，系统触发着火点临近的防火门闭合控制信号，同时调动附近的摄像头转向对准着火点、触发和释放着火点位置上方的灭火器、同时开启火灾位置所处分区的风机转动以控制火势蔓延、触发现场的声光报警设备、同时向应急处置人员发出短信告警等。
[0030] 在本实施例的一个具体的应用当中，监控明细如下：对监控对象的具体特点进行如下分级划分：
1.实时监测（10秒级）：包含对容易发生的地点和区域进行实时监测，监测要求频率高，数据准确，主要的技术措施包含：电缆头测温、电缆局放、电缆行波监测、电缆载流量实时监测等内容。这些特征的变化能够及时准确的判断出电缆头即将发生的故障，并给出判断策略。
1.实时监测（10秒级）：包含对容易发生的地点和区域进行实时监测，监测要求频率高，数据准确，主要的技术措施包含：电缆头测温、电缆局放、电缆行波监测、电缆载流量实时监测等内容。这些特征的变化能够及时准确的判断出电缆头即将发生的故障，并给出判断策略。
[0031] 2.特征监测（30秒级）：光纤测温、特征气体、烟雾报警以及护层电流，这些监测的物理量，由于存在着传感器本身的特性，例如特征气体是采用电化学方式进行的监测，其使用频率和次数均有限制，因此其监测的物理特征必然存在一定的滞后性。这些特征量反应的是一个及时趋势。其报警发生后，其主要发生的作用是提供和逃生处置和消防联动。
[0032] 3侦测监控型（10分钟级）：主要是针对可能存在的人为外力事故或及时报警也无法及时处置的环境变化。例如视频监测和人员入侵。此时监测的内容更多的是一种对现场的报警和远程监测。以及对时候处理的视频回放和经验总结。
[0033] 4. 评估性报警（小时级）：对电缆隧道火灾的诱发因素还存在着电缆隧道环境的变化，地质沉降、电缆支架变形造成的电缆接头内部结构被拉伸变形。人员非法进入可能造成的设备或设施的损坏，其可能的产生的危害需要在长时间后才能体现。例如老化报警和应力应变报警。一般电缆的老化时间为15～20年，在这个时期的电缆，需要对其老化程度进行实验性检验和及时状态评估。
[0034] 对于监测获得的剧情状况，采用的电缆隧道的处置框架包含了预测、预警、实时监控、灭火处置（分钟级）、灾后现场监控、灾后评价等6个环节，并将这六个环节归纳为以下四种技术处理手段。
[0035] 1.预防：基于老化特征、环境不安化的火灾预测预防体系的建设。主要包含了电缆老化状态的带电监测、在线监测、以及环境的变化对电缆及隧道的运行状态评价。此时系统将根据上述各类监测特征量，进行健康度的评价。
[0036] 2.治疗：此时，各类特征量已经达到警报状态，预示着灾害已经发生，如果能够及时处理在一定程度上能够起到减轻灾害的影响程度和范围。此时，整个装置需要做的事主要是救人、灭火、和封锁。主要采用的措施包含断电、报警、灭火、封堵。
[0037] 3.观察：此时，由于在安全距离范围内的设备已经被高温损坏了，此时只能通过外围的设备进行远程查看和评价。最有效的手段就是现场音视频直播和火灾特征量查看。确保火灾的范围是否得到有效控制，并决定是否进行一下一阶段的响应。
[0038] 4.分析和评价：在火灾发生后，针对其他分区的装置和设施进行整体的评估和评价。参照本次火灾发生点的各类特征变化量的历史和实时数据对其他的类似点进行状态评估和评价。并将此数据作为经验数据上报到数据中心进行每个节点的发布。
[0039] 在该应用例当中，环状网络由一个设置在上位机处的通信主站及若干个设置在集中器处的通信子站组成，通信子站分布于电缆隧道中，每处RMU具备两对光口，子站之间通过光缆进行连接，每个子站可与前后两个RMU进行通信，形成环形结构，当某个节点出现故障时，保障系统仍能正常运行。
[0041] ·环网采用单模光纤，相临点最大长度20KM，最大覆盖范围100KM。
[0043] 在Lora自组通信网方面，采用类似蜂窝结构的网络，每个节点的传感器设备均连接到主Lora网关，当某一个网关失联后，将寻找下一个网关，并将信息发送到指定的DTU设备，内部采用了Lora的自组网协议。可以在某一个通讯环节断开的情况下实现信号的跨域上传，提高了底层网络的健壮性和安全性。
[0045] 在直流供电方面，由于传输时线路上不存在50Hz交流信号产生的对地电容损耗，长距离传输时效率更高，而且只要两根线就可以实现传输，且由于大多数设备采用48V或者24V供电，无须交流变压。选用电缆时，根据设备的分布和功率情况，配置多芯电缆，以满足功率要求。
[0046] 本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于物联网的电力管廊火情监控处置系统，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
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