摘要：本文介绍了基于物联网的智能电缆沟监测技术，并对关键技术特性及应用前景进行了阐述，结合实践验证，该技术可对电缆沟内环境及电缆线路运行工况进行实时监测和在线分析，能有效预防和控制电缆沟安全事故并起到了很好的预警作用，对提高电网供电可靠性具有重要意义。
关键词：物联网；智能电缆沟监测；智能监测终端
0 引言
城市电网电缆化率的不断提高，使得电缆沟（电力管廊）的管理维护问题日益严峻，电缆沟安全事故接二连三，是电力系统管理和运维的难点；另一方面，由于电缆沟环境恶劣，无电源及通讯信号覆盖，使得在线监测难以实现。物联网技术的发展很好地解决了这一问题。基于物联网的智能电缆沟监测技术，是将物联网、云计算、大数据等新技术有机融合在一起，对电缆沟的电气运行参数、环境及安全参数进行运行在线监测，从而实现对电缆沟运行的生产安全预警，避免发生重大运行事故。
1 智能电缆沟监测技术构架
智能电缆沟监测技术，将智能监测终端、物联网传感器、物联网网关、物联网通信技术、信息处理技术、地理信息技术和移动作业技术等引入电缆沟内状态监测及预警业务中，将监测节点与物联网相连，实现运行全工况信息交换。
1.1 现场数据采集
智能监测终端和物联网传感器主要实现对电缆沟内环境温湿度，水位，火灾烟雾、各类毒害气体、易燃易爆气体的浓度，电缆线路表皮、接头温度，以及井盖板移位等信息的监测和报警，周期性采集状态正常数据，连续性采集状态异常数据。
1.2 数据传送及通信
智能监测终端与物联网传感器通过无线通信方式进行通信，智能监测终端将采集到的数据通过自组网的物联网通讯技术发送给物联网网关，物联网网关可接收通信范围内智能监测终端的监测数据，并通过无线网将数据传送至后台服务器。
1.3 在线监测及分析
智能电缆沟监测技术通过云端服务器接入电网多维度在线监测系统，采集的数据统一建模管理，集中上送，在线监测系统对各种监测及报警数据进行分析，当监测数据与状态达到在线监测系统中设定的预警值或告警值时，系统立即评估告警等级，并启动告警业务，在电网GIS地图上点亮具体地理位置，实现安全隐患或故障实时定位，弹出预警内容，同时通过手机APP移动运维系统推送通知，提醒运维人员尽快处理现场安全隐患。
图1 智能电缆沟监测技术系统构架图
2 智能电缆沟监测关键技术特性
2.1 通信方式及数据传输可靠性
通信方式关系到各监测终端及传感器的布置，也影响各状态监测数据及信号的正常传输，智能监测终端将采集到的数据通过低功耗窄带广域物联网无线通信方式发送给物联网网关，物联网网关再通过3G、4G网络或以太网将数据传送至后台服务器，并采用标准电力通讯规约与电网多维度在线监测系统通讯，从而无需另外建网，保障兼容及数据传输可靠。
2.2 监测终端续航能力
智能监测终端具备对电缆沟环境、安防、电缆线路状态等信息的监测和报警功能，周期性采集状态正常数据，连续性采集状态异常数据，因此，其自身设计应满足低功耗要求，与此同时，电池的也应能连续工作。采用高性能锂电池供电，无需外接电源是其必要条件，使监测终端具备电池电压实时监测功能，当锂电池电压低于设定值时自动告警，对电缆沟状态监测及预警技术的实现不可或缺。对安装于楼顶的物联网通信网关，采用AC220V交流供电及支持DC12/24V光伏电源供电模式，可避免因停电导致网关掉线。
2.3 系统自检技术
智能监测终端及物联网网关自检技术可保障监测模块和数据接收可靠运行，主要包括：（1）自诊断自恢复功能检测：监测终端能够监视各通道接收及发送数据，可方便进行数据分析及通道故障排除，终端在正常运行时定时自检，具备自恢复功能设计，自检异常时，发出告警报告，并自动重启恢复到正常运行状态。（2）通信可靠性检测：网关设备加电自动上线、通信线路保持；掉电自动保护、来电自动恢复、死机自动重启，以保证永远在线；AC/DC电源切换过程中信号不误发、不多发、不漏发，从而保证数据完整传输。
3 智能电缆沟监测技术应用前景
智能监测终端将传感、数据处理、通信和供电等功能一体化设计，应用物联网技术的智能监测终端实时反映现场运行情况，防止因环境改变、非授权活动、设备状态变化等引起的事故，满足对电缆沟远程、便捷运维的需求：
（1）该技术适用于电网地下电缆沟运行监测，提高智能化运维水平。
（2）提高电缆沟运维效率，减少大量人力物力。
（3）通过大数据实现电缆载流量相关分析，为裕量利用提供数据支撑。
（4）监测网络部署完成，可实现电缆网络拓扑图、城市功率流向图自动绘制，为电网规划提供科学依据。
（5）该技术通过相应的物联网传感器可实现对电缆管廊运行参数及环境安全参数等多种在线监测，无须另外建网。
4 智能电缆沟监测技术需注意事项
4.1 统一信息模型
由于传感器种类繁多且各类传感器的标识、语义、数据表达格式多样，致使不同厂家传感器无法互联互通；同时由于寻址或命名不统一，不同传感器数据交互困难。为了提高电力物联网各应用系统的信息交互效率，建立传感器统一信息模型十分必要，主要包含以下三个方面：
（1）统一标识。将不同种类和不同厂家的传感器按照统一编码规则进行编码，具有唯一性及对应性，便于传感器的统一管理与使用。
（2）统一语义和统一数据表达格式。采用通用的XML作为传感器统一信息模型的数据表达和表现形式，并采用统一的关键字对TEDS进行表述。
（3）统一信息模型。参照IEC 61850、IEEE1451等，按照传感器最小逻辑功能，对各种传感器进行建模，实线不同传感器的统一建模。
4.2 统一通信规约
电力物联网网络应统一通信规约进行数据传输，规约制定统一的通信机制，规范统一信息模型到统一通信规约的映射原则，以适应设备与系统两个级别的各种模型的通信需求，实现不同设备信息模型的无缝交互。
在统一通信规约的设计中，采用抽象通信服务接口，特殊通信服务映射技术，确保统一信息模型与具体的网络应用协议无关，以适应网络通信技术的不断发展。
监测数据的统一规范性，有利于进一步大数据分析。
5 结语
基于物联网的智能电缆沟监测技术已经在深圳电网成功进行试点应用，实践证明，智能电缆沟监测技术能有效发现线路安全隐患和故障，及时预警并定位故障区域，为有效预防和控制电缆沟安全事故起到了很好的预警作用，进一步提高了供电可靠性，减少人力物力的投入，从而带来生产成本的降低，产生显著的经济效益。
参考文献
[1] 姜晓华,高洪杰,林江等. 基于物联网技术的电缆井状态监测预警技术研究与应用[J]. 电子技术与软件工程,2016(01):21.
[2] 王建明,荆孟春,甄岩等. 基于物联网技术的配网状态监测与预警系统[J]. 电力信息与通信技术,2013(11):45-47.
作者简介：
梁诚（1989—），男，湖南双峰人，工程师，从事配电网规划设计工作。
论文作者:梁诚
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/8
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