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地下电缆等特殊资产仍存在的问题
时间：2023-09-25 01:25 所属分类：科技论文 点击次数：
一、引言
目前，电网配电环节在变电站、配电室等环节形成了相对成熟的自动化、智能化解决方案，但地下电缆等特殊资产仍存在以下问题：
1、地下电缆是电网的重要资产，其特点是分布广泛，地下环境极其恶劣，管理难度大，容易出现问题，不易调查。
2、地下电缆，特别是电缆接头，是容易发生温升烧毁的故障点。此外，变电站出口500米内的电缆集中出线、环网柜、电缆接头等都是急需实时在线监控的重要资产态监控。一个城市每年因电缆集中爆炸和设备温度过高造成的损失可达数千万。
3、由于地下环境极差、无法取电、信号干扰、无线信号不稳定等因素，没有合适的硬件产品和解决方案来全面监控地下电缆的负荷、温升和老化程度。
4、地下电缆缺乏长期（5年以上）温升、温差等历史数据，无法实现电缆负荷和老化程度的数学模型分析，无法实现电缆更新等施工计划的智能化，经常导致电缆烧毁后组织重建，对电网安全运行和资产保护造成巨大隐患。
5、外力破坏越来越严重，无法预警外力破坏。施工单位施工前未进行沟通、交底和探测，存在侥幸心理，造成停电事故。
二、解决方案及研究思路
1、一种全新的传感设备
一种能在地下或地下工作的超高低温、超湿度环境，能稳定工作多年，无需维护，独立上传数据的设备。
2、采用物联网RFID技术而不是传统的通信设备技术
该RFID技术产品的特点是功耗超低，一节纽扣电池可工作5年，平均电流在10UA以内。
3、采用NB-IOT物联网专用通信技术
采用NB-IOT网络，取代传统的2G传输网络，NB-IOT网络比2G网络具有更强的穿透能力，安装和地下可穿透金属盖板传输稳定，低于传统物联网卡（目前免费通信10万次），非常适合监控地下电缆的运行状态。
4、尝试一种全新的组网方式
由于地下环境可能相对密封，无线信号环境很差，我们必须采用地下传感器和地面网络的新网络方法。
5、智能分析平台的研发是一种智能分析平台
电缆体测温和电缆井环境参考测温对比
通过特定电缆的“负荷温升”关系数学模型和实验数据（电缆厂可提供），准确分析电缆的负荷程度；
通过“温度-时间”的关系数学模型和实验数据，准确分析电缆的老化程度。
通过“外破振动”关系的数学模型和实验数据，准确分析外力损伤在哪些条件下会对电缆造成损伤，并提前预测外力损伤的发生。
三、应用环境及场景解决方案
1)狭窄电缆井通道监测
目前，市区许多电力电缆井都有可通过的电缆通道，与管廊相似，但通道较窄。这种电缆监控管理可以选择网关安装位置，直接安装在电缆井下。网关完全由自己的电源供电。根据电缆井之间的距离，每3-5个井安装一个网关（通道太窄，路由信号无法长距离通信），网关相互覆盖，形成自组织的网络，其他温度测量或各种传感标签固定在需要监测的位置（可能在井内，也可能位于井与井之间的小通道），数据可以实时传输到数据平台。
2)单井电缆在线监控方案
该方案适用于需要重点监测的电缆井管理。电缆井与井之间没有通道，管理位置相对较远。这种电缆监测管理可以直接在电缆井下安装网关，温度测量或其他传感标签固定在井内监测位置（电缆本体、中间头或井盖等）。网关直接收集所有传感数据信息，信号穿透井盖直接返回数据平台。网关采用NB-iot通信协议，全电池供电，电池可更换，一般每2-3年更换一次。
四、硬件设计关键技术功能
1、RFID标签专用测温
高保护等级，全胶，可浸泡。内微弧面设计的温度测量点紧密贴合电缆表面，温度测量精度高。优异的超微功耗性能，超小体积，安全等级较高。（产品）电池使用寿命为5-7年，终身运行免维护。DEPLUS自组织网络协议，实时温度采集频率小于3秒，可立即上传剧烈温度变化。
2、RFID标签振动/位移
超小体积、超微功耗性能，具有DEPLUS自组网协议，可检测三轴加速度的绝对值，实时传输振动或位移信号，实时响应时间小于3秒。
3、RFID标签环境温湿度
超低功耗性能，单个纽扣电池可使用3-5年，具有自组网协议实现大范围温度数据实时采集功能；温度监测范围大，可达到-40摄氏度到120摄氏度。
4、RFID标签红外感应RFID标签
超小体积、超微功耗性能、DEPLUS自组网协议、人体或动物红外感应和无线传输，可实现远程通信，防止重要工井入侵。
5、RFID标签水浸感应
IP67保护等级，全胶处理。感应水浸环境和无线传输，自带电池，无电源和信号线，信号稳定，灵敏度高，使用方便，安装方便。无线网络，支持DEPLUS自组织网络协议。
6、烟雾感应RFID标签
与DXPLUS自组网协议一起，探测烟雾，实现背景和现场声光报警，实现远程通信。
7、NB-IOT无线自组网关网关无线自组网关网关网关
NB-IOT网络接入，超低功耗。无外部电源，一次性电池，可直接放置在工作井内，工程安装极其简单方便。支持DEPLUS扩展自组网协议，适应特殊环境；终端网络可自动与DEPLUS协议连接。
8、功能模块优点：
大规模组网：无需任何网络设置，轻松形成数千个感应节点，面积超过几平方公里的RFID传感网络。
网络可靠性高：标签之间形成完整的网络互联，自动切换最佳路径。
持久低能耗：超微功耗设计，平均工作电流为10微安，电池可使用5年以上。
通信安全：确保安全通信方案，即发送设备和接收设备的合法身份、数据有效性验证、数据包加密、可靠的数据访问权限管理，可绕过障碍区域实现智能通信。
智能休眠技术：标签传感器连续工作，网络通信心跳间隔小于60秒。当温度异常变化时，网络智能唤醒，网络从唤醒到启动传输时间小于3秒，以确保温度数据的实时监控。
安装运行维护成本：整个网络全部无线协议网络连接，确保通信环节的可靠性。整个项目不需要接线和网络调试，所有通信设备都可以安装和使用。
五、结束语
针对地下环境极差、无法取电、信号干扰、无线信号不稳定等因素，本解决方案对地下电缆负荷、温升、老化程度进行了全面监测。针对电缆等电力设备老化试验数据、设备故障频率、环境数据等多环节运行因素，结合大数据智能算法，对设备健康状况进行预测分析，对重要资产状态进行实时在线监测，减少电缆集中爆炸和设备温度过高造成的损失。
