劉云龍，周大明，周 勇，黃會(huì)賢，曾祥端，謝 弦，邵 愚，劉英健

(1.國(guó)網(wǎng)重慶市江北供電分公司，重慶 401120；2.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司，重慶 400015)

0 引 言

隨著城市建設(shè)加快，城區(qū)范圍內(nèi)電力電纜線路逐漸取代架空輸電線路，成為城區(qū)電網(wǎng)中關(guān)鍵的組成部分[1-2]。電力電纜隧道及電纜管井等是提供龐大數(shù)量的電纜安裝和巡視的通道，具有全封閉的特征，數(shù)量日益增加[3]。110 kV電纜易出現(xiàn)電纜中間接頭發(fā)熱等問(wèn)題，且電纜管井長(zhǎng)期運(yùn)行后，容易因各種原因造成井內(nèi)積水過(guò)多[4]。若敷設(shè)在電纜管井中的電力電纜長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中處于高溫高濕[5-7]的情況下，不及時(shí)處理會(huì)造成電纜隧道環(huán)境惡化，導(dǎo)致電纜絕緣性能極大降低[8]，最終造成擊穿短路故障等惡果[9-10]。目前，私自施放用戶電纜占用電纜通道公共資源及不法分子偷盜電纜導(dǎo)致片區(qū)停電的事情也時(shí)常發(fā)生。這些問(wèn)題均會(huì)損害電纜的正常輸電功能，造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)的巨大損失。

因此有必要建立一套可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[11]電纜本體及電纜中間接頭溫度、電纜管井中溫度[12-14]、水位[14]、煙霧、防入侵且具有較長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航的系統(tǒng)，確保電纜工作環(huán)境健康。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于電纜管井內(nèi)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究大多存在狀態(tài)監(jiān)測(cè)量少、感知不全面[16-19]的問(wèn)題，無(wú)法同時(shí)在線監(jiān)測(cè)電纜管井內(nèi)的溫度、水位及電纜自身溫度等的發(fā)展態(tài)勢(shì)。且由于電纜管井內(nèi)待監(jiān)測(cè)位置多，要同時(shí)完成井內(nèi)監(jiān)測(cè)終端同遠(yuǎn)端在線監(jiān)測(cè)終端的無(wú)線通訊與數(shù)據(jù)傳輸[20]，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可持續(xù)工作時(shí)間提出了較高要求[21]。

針對(duì)上述問(wèn)題，研發(fā)了一套針對(duì)110 kV電纜管井的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)一整套系統(tǒng)即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)110 kV電纜自身及電纜管井環(huán)境量等參量，并能與后臺(tái)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信及數(shù)據(jù)傳遞，經(jīng)測(cè)算及試驗(yàn)可知系統(tǒng)不間斷工作時(shí)間可超1000天。該系統(tǒng)對(duì)于感知、改善電纜及電纜管井環(huán)境，對(duì)確保電力電纜的可靠運(yùn)行具有重要意義。

1 總體設(shè)計(jì)

圖1為所設(shè)計(jì)的基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的110 kV電纜排管工作井綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含智能狀態(tài)感知系統(tǒng)、井上監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程終端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3部分。

圖1 電纜管井綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

其中，智能狀態(tài)感知系統(tǒng)由眾多低功耗傳感器構(gòu)成，傳感器采集量包含電力電纜運(yùn)行溫度、電纜中間接頭溫度等電纜自身運(yùn)行狀態(tài)以及工作井內(nèi)溫濕度、煙霧、水位、入侵等環(huán)境狀態(tài)，且可根據(jù)實(shí)際需求增加傳感器的數(shù)量與類型。

井內(nèi)傳感器按預(yù)設(shè)值周期性采集數(shù)據(jù)，并通過(guò)功耗低、傳輸距離遠(yuǎn)的LoRa技術(shù)將采集信號(hào)無(wú)線傳輸至井上監(jiān)控主機(jī)。監(jiān)控主機(jī)用以接收、匯集轉(zhuǎn)換各傳感器采集的信號(hào)，并基于物聯(lián)網(wǎng)NB-loT技術(shù)實(shí)現(xiàn)同遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)終端系統(tǒng)無(wú)線通信以及數(shù)據(jù)雙向傳遞。

相比于NB-loT技術(shù)，LoRa技術(shù)工作于頻率低于1 GHz的非授權(quán)頻段，可有效控制使用成本。同時(shí)，LoRa節(jié)點(diǎn)可根據(jù)具體使用需求調(diào)整休眠時(shí)間，可以更好降低感知終端的功耗以提高續(xù)航時(shí)長(zhǎng)。而NB-loT技術(shù)使用授權(quán)頻段，追求最優(yōu)頻段利用率，具有更好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，比LoRa技術(shù)更適用于井上監(jiān)控主機(jī)同遠(yuǎn)程終端的長(zhǎng)距離通訊。

2 監(jiān)測(cè)單元系統(tǒng)

2.1 傳感器設(shè)計(jì)

2.1.1 溫度傳感器

電纜排管工作井在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，電纜本體、中間接頭及工作井環(huán)境溫度的精確監(jiān)測(cè)對(duì)其健康狀況的感知至關(guān)重要，因此必須確保溫度傳感器具有在強(qiáng)電磁干擾及高溫環(huán)境下的可靠性。自主設(shè)計(jì)的溫度傳感器如圖2所示為表帶形狀，中間是測(cè)溫單元，兩邊長(zhǎng)度可根據(jù)電纜實(shí)際情況定制。

圖2 溫度傳感器

接觸式溫度傳感器通過(guò)表帶卡扣，使中間測(cè)溫部分與電纜有良好的接觸，通過(guò)傳導(dǎo)達(dá)到熱平衡狀態(tài)，測(cè)取電纜的溫度情況。采用過(guò)低功耗無(wú)線測(cè)溫傳感器，靜態(tài)功耗小于10 μA，可分布式多點(diǎn)監(jiān)測(cè)電纜本體、電纜中間接頭及環(huán)境的溫度。在5%～99%環(huán)境濕度、55～110 kPa大氣壓強(qiáng)下能夠保持正常長(zhǎng)期工作，且內(nèi)部不凝露、不結(jié)冰，滿足電磁兼容性國(guó)標(biāo)要求。可測(cè)量溫度范圍為-40 ℃～90 ℃，測(cè)量誤差控制在±1 ℃內(nèi)。

2.1.2 水位傳感器

水位傳感器用以監(jiān)測(cè)電纜管井內(nèi)水位高低，選用浮球式液位傳感器作為系統(tǒng)水位傳感器。浮球式水位傳感器運(yùn)用液體對(duì)磁性浮球的浮力原理，由磁性浮球、測(cè)量導(dǎo)管、信號(hào)單元、電子單元、接線盒及安裝件組成。磁性浮球可漂于水面上沿測(cè)量導(dǎo)管上下移動(dòng)，導(dǎo)管內(nèi)裝有測(cè)量元件，在外磁作用下將被測(cè)液位信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以4～20 mA信號(hào)進(jìn)行輸出。能夠?qū)γ荛]容器及地下的介質(zhì)液位進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)水位的井下準(zhǔn)確測(cè)量，水位傳感器有效量程為5 m，測(cè)量精度最小分辨率為15 mm。

2.1.3 煙霧傳感器

煙霧傳感器通過(guò)監(jiān)測(cè)煙霧濃度實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范。對(duì)電纜管井內(nèi)CO、HS、甲烷及空氣含氧量變化準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。采用離子式煙霧傳感器，對(duì)微小的煙霧粒子感應(yīng)靈敏。當(dāng)煙霧竄逃外電離室，干擾帶電粒子正常運(yùn)動(dòng)，根據(jù)電壓電流的改變量，可感知煙霧濃度的變化。選用煙霧傳感器測(cè)量范圍0～2000 mL/m3，誤差范圍±7%，報(bào)警信號(hào)響應(yīng)時(shí)間不大于25 s。

2.1.4 侵入傳感器

施工單位私自施放用戶電纜或低壓線路占用電纜通道公共資源較為普遍，不法分子偷盜電纜等情況也時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響電纜網(wǎng)絡(luò)的供電可靠性。為第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并能及時(shí)阻止此類現(xiàn)象發(fā)生，該系統(tǒng)配備有防盜防入侵傳感器。

傳感器包括前端探測(cè)器、傳輸模塊及報(bào)警主機(jī)。前端探測(cè)器采用主動(dòng)紅外探測(cè)器及被動(dòng)紅外探測(cè)器組成。主動(dòng)紅外探測(cè)器通過(guò)紅外發(fā)射器發(fā)射經(jīng)調(diào)制過(guò)的紅外光線投向接收器端。當(dāng)在特定位置有物體遮擋時(shí)，接收器輸出信號(hào)變化，報(bào)警主機(jī)發(fā)生報(bào)警。被動(dòng)紅外探測(cè)器由菲涅爾透鏡及熱釋電傳感器組成。當(dāng)有人體移動(dòng)或外物侵入時(shí)，周圍環(huán)境溫度同常態(tài)溫度存在差異，通過(guò)菲涅爾透鏡被熱釋電傳感器監(jiān)測(cè)到，輸出報(bào)警信號(hào)。

2.1.5 供電與封裝

因傳感器均安裝在地下電纜管井內(nèi)，難以穩(wěn)定供電，因此該系統(tǒng)所有在線監(jiān)測(cè)傳感器均采用鋰亞電池供電，電池容量2600 mAh，可提供直流3.6 V的電壓。鋰亞電池穩(wěn)定性好，自放電電流小，自身壽命大于5年。傳感器與井上監(jiān)測(cè)主機(jī)之間通過(guò)LoRa協(xié)議無(wú)線通信，短時(shí)間內(nèi)無(wú)損將監(jiān)測(cè)信息傳輸至監(jiān)測(cè)主機(jī)端。

傳感器在采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)時(shí)，不改變被監(jiān)測(cè)設(shè)備的接線方式、密封性能以及接地性能，同時(shí)不影響現(xiàn)場(chǎng)其他相關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行。傳感器不能因被監(jiān)測(cè)對(duì)象出現(xiàn)異常狀況而造成損壞，需要每個(gè)傳感器探頭的防護(hù)等級(jí)達(dá)到一定要求。采用防水透氣膜可阻止水滲透情況的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)傳感器探頭防水防塵。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)通信主機(jī)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)通信主機(jī)采用LoRa技術(shù)，用以接收通信范圍內(nèi)所有傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)整合后轉(zhuǎn)發(fā)至后臺(tái)服務(wù)器，采用物聯(lián)網(wǎng)NB-loT通訊協(xié)議。通信主機(jī)在整個(gè)電纜排管井環(huán)境在線監(jiān)測(cè)中起到承前啟后關(guān)鍵中間作用，其設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)通訊主機(jī)設(shè)計(jì)圖

為避免信號(hào)受井內(nèi)復(fù)雜環(huán)境干擾，通信主機(jī)掛裝在近電纜管井口位置，采用3.6 V鋰電池供電，平均工作電流控制在100 μA內(nèi)，無(wú)線發(fā)射最大功率不低于20 dB，能夠接受超過(guò)32個(gè)傳感器傳輸?shù)男盘?hào)，靈敏度大于168 dB，且最遠(yuǎn)信號(hào)通信傳輸距離超過(guò)10 km。

3 無(wú)線傳感通信

電纜管井最深可達(dá)30～40 m，井內(nèi)智能傳感器要通過(guò)LoRa協(xié)議實(shí)現(xiàn)與井口通訊主機(jī)無(wú)線通信，需確保數(shù)據(jù)傳輸距離不小于50 m。同時(shí)，傳感器由內(nèi)部3.6 V鋰電池供電，需控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓囊蕴岣唠姵毓ぷ鲏勖?。為確保電池壽命、發(fā)射功率及傳輸距離之間的平衡，實(shí)現(xiàn)基于LoRa協(xié)議的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，還需在智能傳感器前端配置最優(yōu)方案。

3.1 LoRa技術(shù)

LoRa技術(shù)工作在1 GHz以下，有868 MHz、915 MHz、433 MHz 3個(gè)工作頻率。相比于其他無(wú)線通信技術(shù)，其具有傳輸距離長(zhǎng)、信息容量大、功耗低等特點(diǎn)?？蛇_(dá)0.3～50 kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸功率，增強(qiáng)了通信信號(hào)的容量及質(zhì)量?；贑hirp spread spectrum的特殊擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，使得通訊距離10 km以上時(shí)的工作電流可控在10 mA以下。

LoRa系統(tǒng)是由終端設(shè)備、網(wǎng)關(guān)及應(yīng)用服務(wù)器組成的星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，終端設(shè)備作為葉子節(jié)點(diǎn)，向第一級(jí)的網(wǎng)關(guān)傳輸數(shù)據(jù)。LoRaWAN協(xié)議作為在LoRa物理層傳輸技術(shù)基礎(chǔ)上的以MAC層為主的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，提供網(wǎng)關(guān)與終端設(shè)備之間的通信。LoRaWAN的上行鏈路信息幀結(jié)構(gòu)包含前導(dǎo)碼(Preamble)、物理幀頭(PHDR)、循環(huán)冗余校驗(yàn)的物理幀頭(PHDR_CRC)、有效負(fù)荷(PHYPay-load)、循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)等。下行鏈路信息由服務(wù)器發(fā)送經(jīng)由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)后發(fā)送給某感知終端，較上行鏈路少了CRC結(jié)構(gòu)。終端設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間的通信根據(jù)帶寬及比特率的不同，劃分成多個(gè)頻率的信道。為了降低能耗并能增加各信道的容量，每個(gè)設(shè)備應(yīng)按需調(diào)整位速率。

LoRa的數(shù)據(jù)傳輸共ClassA/B/C 3種模式:A類傳輸功耗最低，但接收信號(hào)的窗口固定，服務(wù)器無(wú)法主動(dòng)激活終端設(shè)備，下行通信受限；B類傳輸在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)可開放其他信號(hào)接收窗口(Ping Slot)，同時(shí)，支持通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步，可以在固定時(shí)間內(nèi)周期性地打開終端設(shè)備的接收窗口；C類傳輸可持續(xù)性的打開接收窗口，僅僅在上行通訊的時(shí)候關(guān)閉，但會(huì)提高功耗，僅適用于下行數(shù)據(jù)量大的情況。所設(shè)計(jì)的無(wú)線通信系統(tǒng)，為降低功耗，選用A類數(shù)據(jù)傳輸模式。

3.2 智能傳感器設(shè)計(jì)

智能傳感器安裝于被監(jiān)測(cè)對(duì)象上，實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)遠(yuǎn)距離無(wú)線擴(kuò)頻通信技術(shù)，向物聯(lián)網(wǎng)通信主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，傳感器結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

圖4 傳感器結(jié)構(gòu)框圖

智能傳感器由傳感器模塊、集成控制模塊以及數(shù)據(jù)發(fā)射模塊組成，其中傳感器模塊與控制模塊采用I2C通信。數(shù)據(jù)發(fā)射模塊選用Semtech公司推出的具有新型LoRa擴(kuò)頻技術(shù)的SX1276芯片，控制模塊選用休眠電流5.4 μA、工作電流192 μA的低功耗單片機(jī)STM8L15X系列。低功耗單片機(jī)可喚醒并控制傳感器采集、數(shù)據(jù)發(fā)射模塊輸出，并提供時(shí)鐘功能。

數(shù)據(jù)發(fā)射LoRa模塊SX1276芯片同單片機(jī)通過(guò)SPI通信，具有功耗低、容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。接收靈敏度達(dá)-148 dbm，輸出功率增益可達(dá)20 dbm，輸出信號(hào)頻率范圍137～1020 MHz，在電纜管井下實(shí)際復(fù)雜電磁干擾的環(huán)境中最遠(yuǎn)傳輸距離能達(dá)至少100 m。而且具有9.9 mA低工作電流、1.2 μA休眠電流。SX1276芯片接收單片機(jī)模塊處理后的傳感器信息并通過(guò)LoRa協(xié)議無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。

3.3 低功耗運(yùn)行情況

1)功耗理論計(jì)算

為提高效率，控制功耗，智能傳感器在常態(tài)下對(duì)電纜及電纜管井的監(jiān)測(cè)及傳送數(shù)據(jù)是周期性的。計(jì)算以溫度傳感器為例，傳感器在每分鐘內(nèi)喚醒一次，工作時(shí)間500 ms，且工作電流為9.8 mA。

智能傳感器終端中各模塊總功耗由兩部分組成：靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。靜態(tài)功耗指系統(tǒng)在靜態(tài)時(shí)由晶體管消耗能量，為微安級(jí)別電流。動(dòng)態(tài)功耗指負(fù)載消耗能量。計(jì)算公式為

IDD=IStatic+IDynamic×f

(1)

式中：f指時(shí)鐘頻率，在一天的24 h中，設(shè)在時(shí)間t內(nèi)傳感器處于數(shù)據(jù)采集以及無(wú)線通信狀態(tài)，則在(24-t)內(nèi)處于休眠狀態(tài)。在無(wú)線通信狀態(tài)下，傳感器采集數(shù)據(jù)，STM單片機(jī)運(yùn)行，SX1276射頻發(fā)射數(shù)據(jù)，功耗由三者共同構(gòu)成。在休眠狀態(tài)，單片機(jī)僅提供時(shí)鐘功能，3個(gè)模塊的靜態(tài)功耗組成靜態(tài)功耗。

根據(jù)前面的介紹，將系統(tǒng)中傳感器在動(dòng)態(tài)及靜態(tài)下的電流大小進(jìn)行總結(jié)，如表1所示，以1 min為一個(gè)周期，各模塊選用最大電流進(jìn)行估算。其中休眠狀態(tài)下，電流大小為10 μA+5.4 μA+1.2 μA=16.6 μA。

表1 溫度傳感器不同模式電流值

由表1可以計(jì)算出一個(gè)周期內(nèi)最大的平均電流消耗為0.182 mA。

通過(guò)計(jì)算出的平均消耗電流和電池容量可估算出電池工作時(shí)間T估算為595.24天。

2)功耗實(shí)測(cè)

使用帶寬100 MHz的RIGOL RP1004C型電流探頭，配合實(shí)時(shí)采樣率100 GSa/s、帶寬200 MHz的SDS 1202X-E型示波器，以獲取溫度傳感器實(shí)際的功耗。檢測(cè)鋰電池正極出線上的實(shí)時(shí)電流，獲得傳感器一個(gè)完整工作周期內(nèi)的電流波形變化如圖5所示。

圖5 電流實(shí)測(cè)結(jié)果

根據(jù)圖5可知，與理論計(jì)算結(jié)果相同，在60 s工作周期的大部分時(shí)間內(nèi)傳感器處于工作電流近似為0的低功耗休眠狀態(tài)。在第19 s出現(xiàn)了較大幅度的電流脈沖，持續(xù)時(shí)間0.5 s。但其大小與理論估算結(jié)果不同，電流幅值最大僅10.32 mA，低于理論值。經(jīng)分析可知，在工作狀態(tài)下，傳感模塊、單片機(jī)及數(shù)據(jù)模塊并非同時(shí)喚醒、同時(shí)運(yùn)行的。

在軟件中計(jì)算圖5的積分面積，并除以60 s的時(shí)間可得到在一個(gè)周期內(nèi)的平均電流消耗為0.101 mA，并計(jì)算出電池實(shí)際使用壽命為1 072.61天。

其余前端智能傳感器的發(fā)射功率、續(xù)航時(shí)間、傳輸距離與溫度傳感器相似，同樣極佳平衡了三者之間的關(guān)系。由表1可知主要的功率消耗來(lái)自傳感器對(duì)數(shù)據(jù)的采集過(guò)程以及LoRa芯片射頻數(shù)據(jù)發(fā)射過(guò)程。而在滿足高傳輸增益、傳輸距離超過(guò)100 m前提下，該系統(tǒng)電池續(xù)航壽命超過(guò)1000天，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不間斷監(jiān)測(cè)電纜排管井各項(xiàng)數(shù)據(jù)，滿足實(shí)際的運(yùn)行需要。

4 在線監(jiān)測(cè)終端系統(tǒng)

監(jiān)控主機(jī)基于物聯(lián)網(wǎng)NB-loT技術(shù)將井內(nèi)傳感器采集信號(hào)無(wú)線傳輸至后臺(tái)在線監(jiān)測(cè)終端，電纜及通道多維感知系統(tǒng)智能終端可實(shí)時(shí)顯示電纜及電纜排管工作井相關(guān)數(shù)據(jù)。界面如圖6、圖7所示。

圖6 溫度地圖

圖7 多維感知系統(tǒng)界面

4.1 數(shù)據(jù)分析功能

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)分析功能，能夠?qū)崟r(shí)顯示各傳感器采集到的電纜本體溫度、電纜中間接頭溫度、局部放電信號(hào)、環(huán)境溫度、環(huán)境水位、環(huán)境煙感、非法入侵等狀態(tài)檢測(cè)量。并可導(dǎo)出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提供離線分析功能。能夠通過(guò)大數(shù)據(jù)分析工具，對(duì)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，并能基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各數(shù)據(jù)發(fā)展方向做出預(yù)測(cè)。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)圖形、曲線、報(bào)表等數(shù)據(jù)分析手段，對(duì)各狀態(tài)監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)智能統(tǒng)計(jì)、分析和展示，便于對(duì)各監(jiān)測(cè)位置的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和分析。

當(dāng)系統(tǒng)感知電纜出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，能夠通過(guò)分析數(shù)據(jù)，定位故障發(fā)生位置。并且根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化幅度、頻率，智能判斷故障的嚴(yán)重程度，指導(dǎo)運(yùn)行維護(hù)人員檢修工作。

4.2 報(bào)警功能

通過(guò)前期工作，根據(jù)電纜正常運(yùn)行工況確定各項(xiàng)監(jiān)測(cè)參數(shù)的報(bào)警閾值，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，系統(tǒng)異常報(bào)警，將故障位置及故障類型展示在可視化系統(tǒng)界面上。當(dāng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由自動(dòng)監(jiān)測(cè)切換成人工監(jiān)測(cè)，可人工縮短傳感器測(cè)量、傳遞數(shù)據(jù)的周期，短時(shí)間內(nèi)多次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，感知數(shù)據(jù)變化。

4.3 通信功能

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備時(shí)鐘同步功能，確保后臺(tái)監(jiān)測(cè)終端時(shí)間和各傳感器及監(jiān)控主機(jī)同步。監(jiān)控主機(jī)和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間通過(guò)NB-loT物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，確保物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、可靠、安全，滿足信息安全防護(hù)方面的相關(guān)要求。

4.4 其他功能

為提高在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)設(shè)置了自診斷及自恢復(fù)功能。自動(dòng)提示系統(tǒng)中設(shè)備出現(xiàn)的異常狀況，且具備裝置及軟件的定時(shí)監(jiān)控、自啟動(dòng)、斷電保護(hù)、通訊自診斷等功能。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有的排管井監(jiān)測(cè)方案存在的感知量不足、續(xù)航短、通信不穩(wěn)定等不足，研發(fā)了一套電纜及電纜管井綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的全景態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)感知，具有耗能低、可靠性強(qiáng)、監(jiān)測(cè)范圍廣、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定和續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，并具備如下的實(shí)際使用效果：

1)電纜運(yùn)行狀況評(píng)估

利用同一根電纜所有測(cè)溫點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)建模分析，對(duì)電纜本體及中間頭的運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)邊緣計(jì)算發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱點(diǎn)及隱患點(diǎn)，對(duì)溫度異常點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警以及重點(diǎn)監(jiān)測(cè)起到了重要作用。

2)火災(zāi)在線監(jiān)測(cè)

通過(guò)接觸式溫度傳感器，多點(diǎn)分布監(jiān)測(cè)電纜溫度，實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)和建模分析，并對(duì)電纜火災(zāi)可能發(fā)生位置進(jìn)行預(yù)警、報(bào)警。

3)異常診斷決策

通過(guò)邊緣計(jì)算發(fā)現(xiàn)電纜及通道薄弱點(diǎn)和故障點(diǎn)；通過(guò)人工智能分析將電纜及通道狀態(tài)自主快速感知信息與平臺(tái)層數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的診斷和分析。

4)在線環(huán)境監(jiān)測(cè)

可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜井通道溫度、水位、氣體等狀態(tài)的實(shí)時(shí)狀態(tài)感知。當(dāng)通道環(huán)境異常時(shí)，匯聚節(jié)點(diǎn)或接入節(jié)點(diǎn)主動(dòng)調(diào)用管理平臺(tái)運(yùn)行信息、不良工況和停電試驗(yàn)等多狀態(tài)量進(jìn)行邊緣計(jì)算，及時(shí)向運(yùn)行維護(hù)人員推送環(huán)境異常、通道火災(zāi)等安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息。

5)防盜入侵檢測(cè)

通過(guò)在電纜通道管井處安裝防入侵監(jiān)測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜蓋板是否被非法打開、通道是否有人非法入侵等情況自動(dòng)監(jiān)測(cè)并告警，能夠有效杜絕用戶私自占用電纜通道公共資源和不法分子偷盜電纜等現(xiàn)象。