摘要：本文分析电力电缆振动状态及监测预警技术的研究及应用现状，介绍基于物联网和传感器技术的电力电缆防破坏预警系统，并针对关键技术进行详细阐述，最终结果测试情况，验证其可靠性和先进性，提高电力电缆的运维水平，减少电缆外破事件，达到提高电力供电可靠性，提升优质服务水平的目的。
关键词：电力电缆 物联网 智能采集 振动传感器 监测预警
引言
随着电网建设水平的提高，县域配电网电缆的应用也越来越广泛，电缆故障已经开始从更大程度上影响到供电可靠性。管沟敷设的电缆段容易受到施工打桩、建设挖掘等影响，因此必须要采取更加可行的办法，才能够从真正意义上提高电缆井的状态监测水平，并提前达到预警。
现状概况
外力破坏是危害电力设施的主要因素之一，目前我国所采取的保护地下电缆的防护措施如下：（1）运维人员例行巡视；（2）就特殊地点必须要安装和配备警示牌以及电缆标识桩；（3）借助埋管、隧道等设置来起到抗外力的作用。但是上述的方式会消耗较多的人力及物力成本，但是却没有办法真正的达到足够的自动化和智能化的程度。
因此，探索如何运用物联网和传感技术等智能监测应用，提高电缆保护的实时监控预防，开展外力防控的信息化、全程化成为了电力运行部门急需解决的问题。
系统架构及技术
随着物联网和传感技术的快速发展，以边缘科学概念作为基础，可以实现技术融合及集成，从电力部门的角度来看，能够借助这个技术达到实时测量的目的，可以更好的管控传输线路周围的振动状态，帮助管理人员和技术人员实时掌控现场数据，在实现传输线路防外力破坏预警的同时还可定位异常发生地点，提高电缆实时监测、预警、响应和抢修效率。
系统结构图
电缆防破坏预警系统，主要由智能远程振动监测终端、后台主站系统、前端报警软件组成，系统结构框图，如下：
图：电缆防破坏预警系统结构框图
（1）智能远程振动监测终端
智能远程振动监测终端，采用分体式结构设计，由智能通信主机、振动采集传感器、声光报警装置等组成，使监测终端具有全面感知，智能处理和可靠传输的功能。
智能通信主机，采用GPRS通信方式传输数据；接收振动采集传感器上传的数据后，进行分析汇总，向后台主站系统上报；同时，接收主站系统下发的命令，执行主动采集振动数据或控制声光报警装置等。
振动采集传感器，采用分体式微型设计，内置振动加速度传感器，由智能通信主机来实现一体化供电，并且可以实现周期性的正常状态数据的采集，针对于异常状态数据，则可以实现连续性采集。
声光报警装置，同智能通信主机安装在一起，接收其控制指令，进行发声发光来达到提醒警示的目的。
安装位置及原则：振动采集传感器安装在电缆上，其余的装置部分安装在不影响正常的输电线路检修维护工作的位置，安装整齐、牢固。
为保障智能远程振动监测终端可靠运行，监测终端有设计自检功能，周期性运行，保障智能通讯主机和振动采集传感器的正常运行。
（2）后台主站系统
后台主站系统，一般部署于自动化机房或云平台，通过网络与智能远程振动监测终端进行双向联网通讯，实现对管辖范围内的电缆状态的监测和预警。
后台主站系统，由终端管理系统、协议解析系统、业务综合处理系统、GIS地理信息系统、历史记录存储系统等几大主要部分组成。当后台数据接口进程接收到智能主机上传的信息后，自动进行数据分析，启动业务分析模块，进行电缆振动状态分析，当发现电缆振动速度越限后，立即评估告警，并启动告警业务，在前端报警软件界面提示报警信息，同时通过短信、微信、邮件等形式预警，提醒相关责任人尽快处理安全隐患。
另外，主站系统建立软件进程监测和管理功能，一旦发现进程异常，则自动关闭该进程后重新启动。
电缆防破坏预警系统，统一自动接收来自智能远程振动监测终端的数据，统一显示、统一分析和管理，可以查询、统计历史数据，生成报表，做出决策辅助分析。
（3）前端报警软件
前端报警软件包电脑端、移动端的两种展现形式，电脑端采用BS架构的WEB页面，移动端采用微信小程序的形式，兼容安卓、苹果手机。在前端软件可远程手动采集电缆振动数据、设置自动采集上报周期等。
工作原理
交流电通过电缆和空开，在电缆和空开周围会产生交变的电磁场，因为电流较大，两根电缆和空开的交变电磁场也较大，交变电磁场相互作用产生机械振动。但若有施工等人为破坏电缆的情况下，振动会有明显不同。因此，电缆防破坏预警系统，利用智能远程振动监测终端的振动采集传感器采集测算电缆振动速度，综合分析是否人为损害电缆。
测量振动可用位移、速度和加速度三个参数表述，并代表了不同类型振动的特点，对不同类型振动的敏感性也不同。
振动位移：选择使用在低频段的振动测量（<10Hz），振动位移传感器对低频段的振动灵敏。在低频段的振动，振动速度较小，可能振动位移很大，如果振动产生的应力超过材料的许用应力，就可能发生破坏性的故障。
振动速度：选择使用在中频段的振动测量（10~1000Hz）。在大多数情况下转动机械零件所承受的附加载荷是循环载荷，零件的主要失效形式是疲劳破坏，疲劳强度的寿命取决于受力变形和循环速度，即和振动位移与频率有关，振动速度又是这两个参数的函数，振动能量与振动速度的平方成正比。所以将振动速度作为衡量振动严重程度的主要指标。
振动加速度：选择使用在高频段的振动测量（>1000Hz）。当振动频率大于1000Hz时，动载荷表现为冲击载荷，冲击动能转化为应变能，使材料发生脆性破坏。多用于滚动轴承的检测。
加速度传感器通过一次积分可以得到振动速度，二次积分可以得到振动位移，测量方法（基本原理），如下：
预警方式
为保障系统可靠运行，达到预期目标，得到理想的运行效果，及时向相关人员发出预警信息尤为关键。
智能远程振动监测终端周期性采集振动数据，通过系统设定定时上报，当超过预设值后，立马启动异常监测流程，后台主站再进综合分析，基于统一的振动事件模式识别库，智能区分不同外力行为事件产生的振动特征，如果发现异常，多次确认后，触发报警功能，避免电缆遭受外力破坏造成严重后果。在向运维人员报警的同时，安装在现场的监测终端启动声光报警装置，及时制止破坏电缆的行为。
应用情况
终端信息平台
大丰公司选取了曾发生过电缆外破10kV东郊线进行试点，选取城东桥北11#分接箱至1#杆段电缆，安装了振动状态监测及预警系统进行应用实测，通过对比车辆过往和使用钻机振动进行模拟外破环境，效果明显，实现了对电缆振动数据的实时采集，这在很大程度上帮助有效预防及控制电缆被破坏的安全事故。除此之外，还能够帮助提升供电的可靠性，进一步保证了足够的安全性，这必然也会帮助提高后续的经济及社会效益。
参考文献：
[1]金曼,李宗,宋大为,卜飞飞.泛在电力物联网背景下全户内变电站预制光缆电缆优化应用研究[J].科技经济导刊,2019,27(28):64.
[2]杨志义,徐明良,李红岩.基于物联网与大数据技术的多电缆识别[J].电子技术与软件工程,2018(14):169.
论文作者:徐增龙
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/2
标签：电缆论文; 终端论文; 智能论文; 传感器论文; 数据论文; 系统论文; 速度论文; 《电力设备》2019年第15期论文;