本發(fā)明涉及電纜監(jiān)測(cè)，尤其涉及一種配電電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的發(fā)展，電能已經(jīng)成為生產(chǎn)、發(fā)展以及生活中不可或缺的能源之一。電能運(yùn)用離不開相應(yīng)的電能傳輸，而配電電纜是電能傳輸過(guò)程中最重要設(shè)備之一。配電電纜運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性主要受周圍環(huán)境、運(yùn)行條件以及敷設(shè)方式的影響，如果其存在問(wèn)題，就會(huì)影響配電電纜的載流量，從而出現(xiàn)輸電瓶頸，影響電能的正常運(yùn)用，對(duì)電纜狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)是電纜維護(hù)和維修的重要步驟。

2、現(xiàn)有配電電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的缺點(diǎn)：

3、1、現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù)大多只對(duì)電纜的表面、周圍環(huán)境或電纜內(nèi)部進(jìn)行單一的監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致難以為電纜的安全運(yùn)行提供全面的信息，很難提前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，導(dǎo)致事故頻發(fā)；

4、2、現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù)大多依賴單一的傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致單元傳感器存在一定的局限性，降低了監(jiān)測(cè)裝置的準(zhǔn)確性和可靠性；

5、3、現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)裝置大多需要外部電源供應(yīng)，導(dǎo)致一旦斷電，對(duì)電纜的監(jiān)測(cè)也會(huì)被迫中斷，裝置的可靠性和適用性較差；

6、4、當(dāng)監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到電纜存在故障或異常情況時(shí)，難以自動(dòng)采取措施輔助故障電纜進(jìn)行修復(fù)，降低了電纜修復(fù)效率。

7、鑒于此，本發(fā)明提出一種配電電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種配電電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法，實(shí)現(xiàn)配電電纜故障的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和修復(fù)，提高電纜系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，減少停電時(shí)間，保障用電設(shè)備的安全運(yùn)行。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種配電電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置；包括多傳感器監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、自我校準(zhǔn)模塊、自供電模塊、預(yù)警模塊、以及診斷與修復(fù)模塊；

3、所述多傳感器監(jiān)測(cè)模塊用于將多種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合；所述多傳感器監(jiān)測(cè)模塊包括電纜局部放電和斷裂單元、電纜運(yùn)行環(huán)境傳感單元和電纜內(nèi)置監(jiān)測(cè)單元；

4、所述電纜局部放電和斷裂單元用于監(jiān)測(cè)電纜運(yùn)行中的局部放電或電纜斷裂相關(guān)的異常情況；所述電纜運(yùn)行環(huán)境傳感單元利用光纖傳感技術(shù)，將光纖布設(shè)在電纜周圍，通過(guò)光纖傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜周圍環(huán)境的參數(shù)；所述電纜內(nèi)置監(jiān)測(cè)單元通過(guò)嵌入到電纜內(nèi)部的微型化傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜內(nèi)部參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，所述電纜內(nèi)部參數(shù)包括溫度、濕度和電壓；

5、所述數(shù)據(jù)處理模塊包括處理與分析單元、實(shí)時(shí)判斷單元和預(yù)估單元；

6、所述處理與分析單元用于對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和處理，通過(guò)實(shí)時(shí)判斷單元實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)判斷，預(yù)估單元根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)電纜未來(lái)的運(yùn)行趨勢(shì)；

7、所述自我校準(zhǔn)模塊包括多傳感器融合單元和自愈合單元；

8、所述多傳感器融合單元用于融合來(lái)自多個(gè)傳感器的冗余信息；所述自愈合單元用于當(dāng)傳感器出現(xiàn)故障或數(shù)據(jù)異常時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)校準(zhǔn)過(guò)程，對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)；

9、所述自供電模塊用于為監(jiān)測(cè)裝置提供穩(wěn)定的電源；

10、所述預(yù)警模塊用于結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，建立智能預(yù)警系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)；

11、所述診斷與修復(fù)模塊用于當(dāng)監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到電纜存在故障或異常情況時(shí)，提供詳細(xì)的故障診斷信息，并自動(dòng)采取措施進(jìn)行修復(fù)；所述診斷與修復(fù)模塊與斷路器、備用供電線路的開關(guān)裝置和通信網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷開故障電纜、斷電以及切換備用線路的功能。

12、優(yōu)選的，所述電纜局部放電和斷裂單元包括高分辨率光學(xué)成像裝置，所述高分辨率光學(xué)成像裝置利用高分辨率光學(xué)成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜表面微小裂紋和局部放電產(chǎn)生的光學(xué)信號(hào)的捕捉和分析。

13、優(yōu)選的，所述電纜局部放電和斷裂單元還包括電磁感應(yīng)傳感器和聲波傳感器，所述聲波傳感器放置于電纜的外部或通過(guò)微型化技術(shù)嵌入到電纜內(nèi)部，用于監(jiān)測(cè)電纜內(nèi)部的聲波信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊分析聲波的頻譜特征，檢測(cè)電纜內(nèi)部的異常振動(dòng)或電弧擊穿現(xiàn)象；所述電磁傳感器安裝在電纜外殼周圍或其他相鄰部位，檢測(cè)電纜周圍的電磁信號(hào)；通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊分析電磁場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)包括電纜過(guò)載、接地故障在內(nèi)的電纜運(yùn)行異常。

14、優(yōu)選的，所述自愈合單元中包括通過(guò)自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)的在線校準(zhǔn)方式和分布式校準(zhǔn)兩種方式，所述在線校準(zhǔn)方式用于在監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，所述分布式校準(zhǔn)方式用于對(duì)大規(guī)模監(jiān)測(cè)裝置中的多傳感器進(jìn)行并行校準(zhǔn)。

15、優(yōu)選的，所述自適應(yīng)算法的計(jì)算公式如下：

16、c(x,t)＝w(t)*(f(x)-g(x,t))+b(t)

17、其中，c(x,t)為校準(zhǔn)后的傳感器數(shù)據(jù),表示在時(shí)間t時(shí)，傳感器數(shù)據(jù)x經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后的結(jié)果；x為傳感器數(shù)據(jù)，表示從傳感器采集到的原始數(shù)據(jù)；t為時(shí)間，表示校準(zhǔn)算法運(yùn)行的時(shí)間；w(t)為校準(zhǔn)權(quán)重，隨時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整；f(x)為傳感器數(shù)據(jù)的期望值函數(shù)，表示傳感器數(shù)據(jù)在正常運(yùn)行狀態(tài)下的期望值；g(x,t)為傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)際值函數(shù)，表示傳感器數(shù)據(jù)在時(shí)間t時(shí)的實(shí)際值；b(t)為校準(zhǔn)偏置，隨時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整；

18、校準(zhǔn)權(quán)重w(t)和校準(zhǔn)偏置b(t)根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)際值g(x,t)和期望值f(x)的差異動(dòng)態(tài)調(diào)整，用以使校準(zhǔn)算法自適應(yīng)地應(yīng)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的變化。

19、優(yōu)選的，所述自我校準(zhǔn)模塊還包括主動(dòng)學(xué)習(xí)單元、知識(shí)圖譜構(gòu)建單元和邊緣計(jì)算優(yōu)化單元，所述主動(dòng)學(xué)習(xí)單元用于選擇性地獲取最新的數(shù)據(jù)，對(duì)在線校準(zhǔn)和分布式校準(zhǔn)方式進(jìn)行更新；所述知識(shí)圖譜構(gòu)建單元用于構(gòu)建監(jiān)測(cè)裝置知識(shí)圖譜，輔助校準(zhǔn)算法識(shí)別和處理異常數(shù)據(jù)；所述邊緣計(jì)算優(yōu)化單元用于優(yōu)化校準(zhǔn)算法在邊緣設(shè)備上的計(jì)算效率，輔助實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。

20、優(yōu)選的，所述自供電模塊采用自供電系統(tǒng)，所述自供電系統(tǒng)包括與所述監(jiān)測(cè)裝置配合的電磁感應(yīng)裝置，所述電磁感應(yīng)裝置由線圈和磁芯組成，當(dāng)電纜中的電流變化時(shí)，在電纜周圍產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)在電磁感應(yīng)裝置的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為可供使用的電能，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)將電能儲(chǔ)存起來(lái)，以供監(jiān)測(cè)裝置使用。

21、優(yōu)選的，所述自供電系統(tǒng)還包括光伏電池板，所述光伏電池板將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能，通過(guò)電池或儲(chǔ)能裝置存儲(chǔ)電能，以供監(jiān)測(cè)裝置使用。

22、本發(fā)明還提出一種配電電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法，采用上述配電電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)，包括以下幾個(gè)具體的步驟：

23、s1：多傳感器監(jiān)測(cè)模塊將多種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合；

24、s11：通過(guò)聲波傳感器監(jiān)測(cè)電纜內(nèi)部的聲波信號(hào)，利用電磁傳感器監(jiān)測(cè)電纜周圍的電磁場(chǎng)變化，通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊分析聲波的頻譜特征，檢測(cè)電纜內(nèi)部的異常振動(dòng)或電弧擊穿現(xiàn)象，通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊分析電磁場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，以檢測(cè)包括電纜過(guò)載、接地故障在內(nèi)的電纜運(yùn)行異常；

25、s12：將光纖布設(shè)在電纜周圍，利用光纖傳感技術(shù)，通過(guò)光纖傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜周圍環(huán)境的溫度、壓力參數(shù)；

26、s13：通過(guò)嵌入到電纜內(nèi)部的微型化傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜內(nèi)部溫度、濕度、電壓參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

27、s2：數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和處理，對(duì)電纜運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)電纜未來(lái)的運(yùn)行趨勢(shì)；

28、s3：自我校準(zhǔn)模塊融合來(lái)自上述各個(gè)步驟中的多個(gè)傳感器的冗余信息，當(dāng)傳感器出現(xiàn)故障或數(shù)據(jù)異常時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)校準(zhǔn)過(guò)程；選擇性地獲取最新的數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行更新；構(gòu)建監(jiān)測(cè)裝置知識(shí)圖譜，輔助校準(zhǔn)算法識(shí)別和處理異常數(shù)據(jù)；優(yōu)化校準(zhǔn)算法在邊緣設(shè)備上的計(jì)算效率，輔助實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)；

29、s31：在監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中對(duì)傳感器設(shè)備實(shí)時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)；

30、s32：對(duì)大規(guī)模監(jiān)測(cè)裝置中的多傳感器進(jìn)行并行校準(zhǔn)；

31、s4：預(yù)警模塊結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，建立智能預(yù)警系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)；

32、s5：診斷與修復(fù)模塊在監(jiān)測(cè)到電纜存在故障或異常情況時(shí)，提供詳細(xì)的故障診斷信息，并自動(dòng)采取措施進(jìn)行修復(fù)；

33、s6：供電模塊的自供電系統(tǒng)為上述步驟中的設(shè)備和傳感器提供電力支持，實(shí)現(xiàn)自供電功能。

34、優(yōu)選的，在步驟s5中，具體方法如下：

35、s51：故障定位；監(jiān)測(cè)設(shè)備先準(zhǔn)確地定位到配電電纜的故障點(diǎn)；

36、s52：自動(dòng)斷電；確定了故障點(diǎn)的位置后，自動(dòng)斷開故障電纜或者斷電源；

37、s53：自動(dòng)切換；自動(dòng)將負(fù)載切換到備用電纜或備用供電線路；

38、s54：數(shù)據(jù)記錄與分析；記錄下每次故障發(fā)生時(shí)的詳細(xì)信息，包括時(shí)間、地點(diǎn)、故障現(xiàn)象，以便進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和改進(jìn)。

39、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

40、本發(fā)明中提出的一種配電電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該裝置中能夠?qū)﹄娎|局部放電、電纜斷裂、以及電纜周圍環(huán)境的溫度、壓力，還有電纜內(nèi)部溫度、濕度、電壓等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而提前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，避免事故發(fā)生，為電纜的安全運(yùn)行提供更加全面的信息。

41、本發(fā)明中提出的一種配電電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，能夠?qū)⒍喾N傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，提高監(jiān)測(cè)裝置的準(zhǔn)確性和可靠性，避免單一傳感器可能存在的局限性。

42、本發(fā)明中提出的一種配電電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，采用自供電系統(tǒng)，能夠通過(guò)電磁感應(yīng)或光伏技術(shù)，為監(jiān)測(cè)裝置提供穩(wěn)定的電源，解決了傳統(tǒng)電纜監(jiān)測(cè)裝置需要外部電源供應(yīng)的問(wèn)題，提高了裝置的可靠性和適用性。

43、本發(fā)明中提出的一種配電電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，引入自我診斷與修復(fù)功能，當(dāng)監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到電纜存在故障或異常情況時(shí)，能夠自動(dòng)采取措施進(jìn)行修復(fù)，或者提供詳細(xì)的故障診斷信息，為后續(xù)維修提供依據(jù)。

44、本發(fā)明中提出的一種配電電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，能夠結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，建立智能預(yù)警系統(tǒng)，能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)并采取應(yīng)急措施，有效預(yù)防電纜事故的發(fā)生，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。