一種地下高壓電力隧道水位在線監測方法及系統的製作方法
2024-03-21 16:26:05
一種地下高壓電力隧道水位在線監測方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種地下高壓電力隧道水位在線監測方法及系統，屬於電力監測設備【技術領域】。技術方案：上位機（1）、監控主機（2）、水位監測裝置（3）、水位探頭（14）從上至下依次連接，監控主機的數量為一個或一個以上，每個監控主機所連接的水位監測裝置的數量為一個以上，每個水位監測裝置所連接的水位探頭的數量為一個以上，上位機與監控主機之間通過TCP/IP乙太網接口互相連接，監控主機與水位監測裝置之間通過一對低煙無滷阻燃通信電纜互相連接。本發明的有益效果：通過本發明的實施，可以實現對地下高壓電力隧道水位的在線監測，同時準確上報隧道水位狀態，做到提前預警，提前幹預，及時處置。本系統針對性強，可靠性好，系統功能完善。
【專利說明】一種地下高壓電力隧道水位在線監測方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種地下高壓電力隧道水位在線監測方法及系統，屬於電力監測設備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著電力事業的蓬勃發展，電力設備自動化管理水平的提高，電力隧道的迅速增長，用電量的增加和電纜的長時間運行，電纜隧道的積水情況嚴重影響供電的可靠性，因此對電力隧道水位遠程監測事在必行，設計出一套可以適應隧道實際情況的水位監測系統尤
其重要。
[0003]隧道水位監測的最大問題和障礙是隧道內沒有直接的本地供電系統，水位監測裝置通過通信電纜既要實現通信，又要實現供電。在實現實時監控的同時，低功耗的設計成為水位監控的重中之重。
[0004]影響電力隧道水位現場監測的主要因素具體有以下幾個方面:
隧道內供電和通訊共纜傳輸，最長通信距離需要達到IOkm以上，通信電纜距離長，信號衰減大，引入的幹擾多。
[0005]通過長距離的電纜傳輸，電源電壓衰減大，而且不穩定，對於不同位置的監控終端，可靠通信的前提是要有穩定而且乾淨的供電系統。
[0006]通過長距離的電纜傳輸，電纜本身就是一個很重的負載，對電源消耗很大，所以水位監控終端要在低功耗的狀態下保證可靠通信。
【發明內容】
[0007]本發明目的是提供一種地下高壓電力隧道水位在線監測方法及系統，針對隧道電纜在線運行特點，採用低功耗設計，具有針對性強，可靠性好，系統功能完善等優點，解決【背景技術】中存在的上述問題。
[0008]本發明的技術方案是:一種地下高壓電力隧道水位在線監測系統，包含上位機、監控主機、水位監測裝置和水位探頭，所述上位機、監控主機、水位監測裝置、水位探頭從上至下依次連接，監控主機的數量為一個或一個以上，每個監控主機所連接的水位監測裝置的數量為一個以上，每個水位監測裝置所連接的水位探頭的數量為一個以上，上位機與監控主機之間通過TCP/IP (網絡通信協議)乙太網接口互相連接，監控主機與水位監測裝置之間通過一對低煙無滷阻燃通信電纜互相連接。
[0009]所述監控主機包含底板、電源轉換及通信脈衝產生插板、數據採集及通信插板和串口通信插板，電源轉換及通信脈衝產生插板、數據採集及通信插板、串口通信插板分別與底板互相連接。
[0010]所述監控主機設有八塊數據採集及通信插板，每塊插板設有八個通信埠，每個通信埠與一至十六個水位監測裝置互相連接。
[0011]所述監控主機與水位監測裝置之間的通信距離是O公裡?15公裡。[0012]所述水位監測裝置包含主控MCU (單片機)、信號發送單元、信號接收單元、取電儲能單元、撥碼編址單元、探頭數據採集單元和電源轉換單元，信號發送單元、信號接收單元、撥碼編址單元、探頭數據採集單元和電源轉換單元與主控MCU分別連接，信號發送單元、信號接收單元和取電儲能單元與一對通信電纜分別連接通信，取電儲能單元與電源轉換單元互相連接。
[0013]所述監控主機的出口和水位監測裝置的入口設有濾波器。
[0014]所述水位探頭安裝在隧道牆壁上貼近地面的位置。
[0015]一種地下高壓電力隧道水位在線監測方法，包含如下工藝步驟:
①採用地下高壓電力隧道水位在線監測系統進行，該系統包含上位機、監控主機、水位監測裝置和水位探頭，所述上位機、監控主機、水位監測裝置、水位探頭從上至下依次連接，監控主機的數量為一個或一個以上，每個監控主機所連接的水位監測裝置的數量為一個以上，每個水位監測裝置所連接的水位探頭的數量為一個以上，上位機與監控主機之間通過TCP/IP (網絡通信協議)乙太網接口互相連接，監控主機與水位監測裝置之間通過一對低煙無滷阻燃通信電纜互相連接；
所述監控主機包含底板、電源轉換及通信脈衝產生插板、數據採集及通信插板和串口通信插板，電源轉換及通信脈衝產生插板、數據採集及通信插板、串口通信插板分別與底板互相連接；
②上位機以及與上位機通信的至少一臺監控主機，每臺監控主機下帶若干個掛接在同一線路上的水位監測裝置，每個水位監測裝置與若干個水位探頭14通信；
所述監控主機與上位機之間利用TCP/IP乙太網接口通信，每臺監控主機通過一對低煙無滷阻燃通信電纜對水位監測裝置遠程供電和控制，監控主機採用熱插拔式積木結構設計，部署在電纜通道就近的分控變電站內，通過通信電纜連接電纜隧道內的水位監測裝置，實現遠程供電和載波通訊信號共纜傳輸；監控主機採用白髮藍LED對其功能、運行及故障進行明確指示；
③電源轉換及通信脈衝產生插板完成電源轉換和通信脈衝信號產生；數據採集及通信插板完成數據傳輸和串口通信插板的通信；串口通信插板完成數據採集及通信插板與上位機間的通信，數據採集及通信插板與串口通信插板間為串口通信，通過串口通信插板轉化成網口與上位機連接；串口通信插板為標準的多串口伺服器，並將串口轉換成網口，與上位機連接；底板完成與電源轉換及通信脈衝產生插板、串口通信插板和數據採集及通信插板間的數據交互和電源供電；
④主控MCU為電力隧道地下水位在線裝置的核心控制單元，與信號發送單元連接，將需要發送到上層的數據通過信號發送單元發送出去；與信號接收單元連接，接收上層發送下來的數據和命令，執行相應的操作；與撥碼編址單元連接，對裝置的編碼進行採集，存儲，上傳；與探頭數據採集單元相連，對水位數值進行採集，上傳；與電源轉換單元連接，控制電源轉換單元給水位探頭供電和斷電；
⑤信號發送單元，受控於主控MCU，當有水位數據發送時，打開發送電路，主控MCU8將數據傳遞給信號發送單元，信號發送單元將數據耦合到通信電纜上，將數據實時上傳；
⑥信號接收單元，受控於主控MCU，長期低功耗工作於接收狀態；接收中斷信號，將主控MCU從睡眠狀態喚醒為工作狀態；接收下傳命令，讓主控MCU執行相應操作；接收下傳數據，傳遞給主控MCU，進行分析和處理；
⑦取電儲能單元，連接於通信電纜，從遠程供電和通信的電纜上斷續取電，當通信時，通信電纜作為通信信號傳輸的通道，當無通信時，取電儲能單元從通信線纜上取電，通過單元電路中的電容進行儲能，以供水位探頭工作需要；
⑧撥碼編址單元，與主控MCU連接，主控MCU採集地址信息，將地址信息上傳，當有水位預警信息上傳時，定位故障區段，及時有效實時處理，保障電力隧道和電力設備的運行安全；
⑨探頭數據採集單元，與水位探頭連接，將水位探頭採集的實時水位信息，通過探頭數據採集單元轉換後傳遞給主控MCU ;水位探頭對水位的採集信息，體現為電流信號，探頭數據採集單元，通過接口採樣電阻和保護器件，將電流信號轉換為MCU可以接收和處理的有效電壓信號；水位探頭，安裝在隧道牆壁上，貼近地面，實現對電力隧道內水位的監測；
⑩電源轉換單元，將取電儲能單元從通信電纜上所取得的電能轉換為水位探頭工作所需的電源電壓，與主控MCU連接，控制電源轉換單元給水位探頭供電和斷電。
[0016]所述信號發送單元、信號接收單元、取電儲能單元、電源轉換單元和探頭數據採集單元均由主控晶片及外圍電路組成，所述撥碼編址單元由一個撥碼開關和一些外圍電阻電容組成。
[0017]所述水位監測裝置具備防水功能，體積小巧，無需安裝在防水設備箱內，可以根據水位探頭的實際安裝位置，就近貼牆安裝，並通過一對通信電纜，實現上行和下行數據命令的傳遞以及工作取電。
[0018]本發明的有益效果是:水位監測裝置採用低功耗設計，監控主機出口和水位監測裝置入口增加濾波器，提高信號的信噪比；同時，水位監測裝置的接收電路針對幹擾和信號的不同，使用有利於識別有用信號的比較器電路，既實現了濾波，又實現了檢波；監控主機和水位監測裝置之間供電採用低壓直流安全電壓，與通信採用共線傳輸。通過本發明的實施，可以實現對地下高壓電力隧道水位的在線監測，同時準確上報隧道水位狀態，做到提前預警，提前幹預，及時處置。同時，通過一對通信電纜，實現通信和供電同時進行，解決了電力隧道供電難的問題。本系統針對性強，可靠性好，系統功能完善。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是本發明監控主機組成結構示意圖；
圖3是本發明水位監測裝置組成結構示意圖；
圖中:上位機I ;監控主機2 ;水位監測裝置3 ;底板4 ;電源轉換及通信脈衝產生插板5 ;數據採集及通信插板6 ;串口通信插板7 ;主控MCU8 ;信號發送單元9 ;信號接收單元10 ；取電儲能單元11 ;撥碼編址單元12 ;探頭數據採集單元13 ;水位探頭14 ;電源轉換單元15 ；通信電纜16。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖，通過實施例對本發明作進一步說明。
[0021]一種地下高壓電力隧道水位在線監測系統，包含上位機1、監控主機2、水位監測裝置3和水位探頭14，所述上位機1、監控主機2、水位監測裝置3、水位探頭14從上至下依次連接，監控主機2的數量為一個或一個以上，每個監控主機2所連接的水位監測裝置3的數量為一個以上，每個水位監測裝置3所連接的水位探頭14的數量為一個以上，上位機I與監控主機2之間通過TCP/IP (網絡通信協議)乙太網接口互相連接，監控主機2與水位監測裝置3之間通過一對低煙無滷阻燃通信電纜互相連接。
[0022]所述監控主機2包含底板4、電源轉換及通信脈衝產生插板5、數據採集及通信插板6和串口通信插板7，電源轉換及通信脈衝產生插板5、數據採集及通信插板6、串口通信插板7分別與底板4互相連接。
[0023]所述監控主機2設有八塊數據採集及通信插板6，每塊插板設有八個通信埠，每個通信埠與一至十六個水位監測裝置3互相連接。
[0024]所述監控主機2與水位監測裝置3之間的通信距離是O公裡?15公裡。
[0025]所述水位監測裝置3包含主控MCU8、信號發送單元9、信號接收單元10、取電儲能單元11、撥碼編址單元12、探頭數據採集單元13和電源轉換單元15，信號發送單元9、信號接收單元10、撥碼編址單元12、探頭數據採集單元13和電源轉換單元15與主控MCU8分別連接，信號發送單元9、信號接收單元10和取電儲能單元11與一對通信電纜16分別連接通信，取電儲能單元11與電源轉換單元15互相連接。
[0026]所述監控主機2的出口和水位監測裝置3的入口設有濾波器。
[0027]所述水位探頭14安裝在隧道牆壁上貼近地面的位置。
[0028]在實際應用中，上位機I以及與上位機通信的至少一臺監控主機2，每臺監控主機2下帶若干個掛接在同一線路上的水位監測裝置3，每個水位監測裝置3與若干個水位探頭14通信。
[0029]所述監控主機2與上位機I之間利用TCP/IP乙太網接口通信，每臺監控主機2通過一對低煙無滷阻燃通信電纜對水位監測裝置3遠程供電和控制，監控主機2採用熱插拔式積木結構設計，部署在電纜通道就近的分控變電站內，通過通信電纜連接電纜隧道內的水位監測裝置3，實現遠程供電和載波通訊信號共纜傳輸；監控主機2採用白髮藍LED對其功能、運行及故障進行明確指示。
[0030]所述監控主機2具備全工模式和半工模式兩種工作模式。
[0031]電源轉換及通信脈衝產生插板5完成電源轉換和通信脈衝信號產生；數據採集及通信插板6完成數據傳輸和串口通信插板7的通信；串口通信插板7完成數據採集及通信插板6與上位機I間的通信，數據採集及通信插板6與串口通信插板7間為串口通信，通過串口通信插板7轉化成網口與上位機I連接；串口通信插板7為標準的多串口伺服器，並將串口轉換成網口，與上位機I連接；底板4完成與電源轉換及通信脈衝產生插板5、串口通信插板7和數據採集及通信插板6間的數據交互和電源供電。
[0032]監控主機2採用6U機架式模塊化設計，相鄰的數據採集及通信插板6採用冗餘備份，實現智換切換，保證可靠性；監控主機2最多支持插接數據採集及通信插板6的數量為8塊，每塊插板具備8個通信埠，每個通信埠可以掛載I?16個水位監測裝置3，這樣監控主機2具備最大64埠。
[0033]監控主機2具備全工模式和半工模式兩種工作模式，用戶可根據實際需求選用，以求達到最佳使用要求和經濟成本。當處於半工工作模式時，若主用數據採集及通信插板故障，可切換到備用數據採集及通信插板，增強了工作的穩定性和可靠性，故障時可不斷電維護，方便可靠。
[0034]主控MCU8為電力隧道地下水位在線裝置的核心控制單元。與信號發送單元9連接，將需要發送到上層的數據通過信號發送單元9發送出去；與信號接收單元10連接，接收上層發送下來的數據和命令，執行相應的操作；與撥碼編址單元12連接，對裝置的編碼進行採集，存儲，上傳；與探頭數據採集單元13相連，對水位數值進行採集，上傳；與電源轉換單元15連接，控制電源轉換單元15給水位探頭14供電和斷電。
[0035]主控MCU8採用低功耗設計，選擇低功耗PIC (質點網格法)單片機，利用PIC單片機的中斷功能讓MCU周期性的工作和睡眠，從而大大的降低MCU的工作電流。當有數據收發時，MCU處於低功耗工作狀態，當沒有數據收發時，MCU處於更低功耗的睡眠狀態。
[0036]信號發送單元9，受控於主控MCU8，當有水位數據發送時，打開發送電路，主控MCU8將數據傳遞給信號發送單元9，信號發送單元9將數據耦合到通信電纜上，將數據實時上傳。
[0037]信號接收單元10，受控於主控MCU8，長期低功耗工作於接收狀態。接收中斷信號，將MCU從睡眠狀態喚醒為工作狀態；接收下傳命令，讓MCU執行相應操作；接收下傳數據，傳遞給MCU，進行分析和處理。
[0038]取電儲能單元11，連接於通信電纜，從遠程供電和通信的電纜上斷續取電，當通信時，通信電纜作為通信信號傳輸的通道，當無通信時，取電儲能單元11從通信線纜上取電，通過單元電路中的電容進行儲能，以供水位探頭14工作需要。
[0039]撥碼編址單元12，實現對裝置的地址編碼，與主控MCU8連接，主控MCU8採集地址信息，將本裝置的地址信息上傳，實現當有水位預警信息上傳時，定位故障區段，做到及時有效實時處理，保障電力隧道和電力設備的運行安全。
[0040]探頭數據採集單元13，與水位探頭14連接，將水位探頭14採集的實時水位信息，通過探頭數據採集單元轉換後傳遞給主控MCU8。水位探頭14對水位的採集信息，體現為電流信號，探頭數據採集單元13，通過接口採樣電阻和保護器件，將電流信號轉換為MCU可以接收和處理的有效電壓信號。
[0041]水位探頭14，安裝在隧道牆壁上，貼近地面即可，實現對電力隧道內水位的監測。
[0042]電源轉換單元15，是將取電儲能單元11從通信電纜上所取得的電能轉換為水位探頭14工作所需的電源電壓，與主控MCU8連接，控制電源轉換單元給水位探頭14供電和斷電。
[0043]所述信號發送單元9、信號接收單元10、取電儲能單元11、電源轉換單元15和探頭數據採集單元13均由主控晶片及外圍電路組成，所述撥碼編址單元12由一個撥碼開關和一些外圍電阻電容組成。
[0044]所述水位監測裝置3具備防水功能，體積小巧，無需安裝在防水設備箱內，可以根據水位探頭14的實際安裝位置，就近貼牆安裝，並通過一對通信電纜16，實現上行和下行數據命令的傳遞以及工作取電。
【權利要求】
1.一種地下高壓電力隧道水位在線監測系統，其特徵在於:包含上位機(I)、監控主機(2 )、水位監測裝置(3 )和水位探頭(14 )，所述上位機(I)、監控主機(2 )、水位監測裝置(3 )、水位探頭(14)從上至下依次連接，監控主機(2)的數量為一個或一個以上，每個監控主機(2)所連接的水位監測裝置(3)的數量為一個以上，每個水位監測裝置(3)所連接的水位探頭的數量為一個以上，上位機(I)與監控主機(2)之間通過TCP/IP乙太網接口互相連接，監控主機(2)與水位監測裝置(3)之間通過一對低煙無滷阻燃通信電纜互相連接。
2.根據權利要求1所述的一種地下高壓電力隧道水位在線監測系統，其特徵在於:所述監控主機(2 )包含底板(4 )、電源轉換及通信脈衝產生插板(5 )、數據採集及通信插板(6 )和串口通信插板(7 )，電源轉換及通信脈衝產生插板(5 )、數據採集及通信插板(6 )、串口通信插板(7)分別與底板(4)互相連接。
3.根據權利要求1所述的一種地下高壓電力隧道水位在線監測系統，其特徵在於:所述監控主機(2 )設有八塊數據採集及通信插板(6 )，每塊插板設有八個通信埠，每個通信埠與一至十六個水位監測裝置(3)互相連接。
4.根據權利要求1所述的一種地下高壓電力隧道水位在線監測系統，其特徵在於:所述監控主機(2)與水位監測裝置(3)之間的通信距離是O公裡~15公裡。
5.根據權利要求1所述的一種地下高壓電力隧道水位在線監測系統，其特徵在於:所述水位監測裝置(3)包含主控MCU (8)、信號發送單元(9)、信號接收單元(10)、取電儲能單元(11)、撥碼編址單元(12)、探頭數據採集單元(13)和電源轉換單元(15)，信號發送單元(9)、信號接收單元(10)、撥碼編址單元(12)、探頭數據採集單元(13)和電源轉換單元(15)與主控MCU (8)分別連接，信號發送單元(9)、信號接收單元(10)和取電儲能單元(11)與一對通信電纜(16 )分別`連接通信，取電儲能單元(11)與電源轉換單元(15 )互相連接。
6.根據權利要求1所述的一種地下高壓電力隧道水位在線監測系統，其特徵在於:所述監控主機(2)的出口和水位監測裝置(3)的入口設有濾波器。
7.根據權利要求1所述的一種地下高壓電力隧道水位在線監測系統，其特徵在於:所述水位探頭(14)安裝在隧道牆壁上貼近地面的位置。
8.一種地下高壓電力隧道水位在線監測方法，其特徵在於包含如下工藝步驟: ①採用地下高壓電力隧道水位在線監測系統進行，該系統包含上位機、監控主機、水位監測裝置和水位探頭，所述上位機、監控主機、水位監測裝置、水位探頭從上至下依次連接，監控主機的數量為一個或一個以上，每個監控主機所連接的水位監測裝置的數量為一個以上，每個水位監測裝置所連接的水位探頭的數量為一個以上，上位機與監控主機之間通過TCP/IP (網絡通信協議)乙太網接口互相連接，監控主機與水位監測裝置之間通過一對低煙無滷阻燃通信電纜互相連接； 所述監控主機包含底板、電源轉換及通信脈衝產生插板、數據採集及通信插板和串口通信插板，電源轉換及通信脈衝產生插板、數據採集及通信插板、串口通信插板分別與底板互相連接； ②上位機(I)以及與上位機通信的至少一臺監控主機(2)，每臺監控主機(2)下帶若干個掛接在同一線路上的水位監測裝置(3)，每個水位監測裝置(3)與若干個水位探頭(14)通信； 所述監控主機(2)與上位機(I)之間利用TCP/IP乙太網接口通信，每臺監控主機(2)通過一對低煙無齒阻燃通信電纜對水位監測裝置(3)遠程供電和控制，監控主機(2)採用熱插拔式積木結構設計，部署在電纜通道就近的分控變電站內，通過通信電纜連接電纜隧道內的水位監測裝置(3)，實現遠程供電和載波通訊信號共纜傳輸；監控主機(2)採用白髮藍LED對其功能、運行及故障進行明確指示； ③電源轉換及通信脈衝產生插板(5)完成電源轉換和通信脈衝信號產生；數據採集及通信插板(6 )完成數據傳輸和串口通信插板(7 )的通信；串口通信插板(7 )完成數據採集及通信插板(6 )與上位機(I)間的通信，數據採集及通信插板(6 )與串口通信插板(7 )間為串口通信，通過串口通信插板(7)轉化成網口與上位機(I)連接；底板(4)完成與電源轉換及通信脈衝產生插板(5 )、串口通信插板(7 )和數據採集及通信插板(6 )間的數據交互和電源供電； ④主控MCU(8 )為電力隧道地下水位在線裝置的核心控制單元，與信號發送單元(9 )連接，將需要發送到上層的數據通過信號發送單元9發送出去；與信號接收單元(10)連接，接收上層發送下來的數據和命令，執行相應的操作；與撥碼編址單元(12)連接，對裝置的編碼進行採集，存儲，上傳；與探頭數據採集單元(13)相連，對水位數值進行採集，上傳；與電源轉換單元(15)連接，控制電源轉換單元(15)給水位探頭(14)供電和斷電； ⑤信號發送單元(9)，受控於主控MCU(8)，當有水位數據發送時，打開發送電路，主控MCU (8 )將數據傳遞給信號發送單元(9 )，信號發送單元(9 )將數據耦合到通信電纜上，將數據實時上傳； ⑥信號接收單元(10)，受控於主控MCU(8)，接收中斷信號，將主控MCU從睡眠狀態喚醒為工作狀態；接收下傳命令，讓主控MCU執行相應操作；接收下傳數據,傳遞給主控MCU，進行分析和處理； ⑦取電儲能單元(11)，連接於通信電纜，從遠程供電和通信的電纜上斷續取電，當通信時，通信電纜作為通信信`號傳輸的通道，當無通信時，取電儲能單元(11)從通信線纜上取電，通過單元電路中的電容進行儲能，以供水位探頭(14)工作需要； ⑧撥碼編址單元(12)，與主控MCU(8)連接，主控MCU採集地址信息，將地址信息上傳，當有水位預警信息上傳時，定位故障區段； ⑨探頭數據採集單元(13)，與水位探頭(14)連接，將水位探頭採集的實時水位信息，通過探頭數據採集單元轉換後傳遞給主控MCU (8);水位探頭對水位的採集信息，體現為電流信號，探頭數據採集單元(13 )，通過接口採樣電阻和保護器件，將電流信號轉換為MCU可以接收和處理的有效電壓信號；水位探頭(14)，安裝在隧道牆壁上，貼近地面，實現對電力隧道內水位的監測； ⑩電源轉換單元(15)，將取電儲能單元(11)從通信電纜上所取得的電能轉換為水位探頭(14)工作所需的電源電壓，與主控MCU (8)連接，控制電源轉換單元給水位探頭(14)供電和斷電。
【文檔編號】G01F23/00GK103868564SQ201410102274
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月20日 優先權日:2014年3月20日
【發明者】袁燕嶺, 高中強, 韓寶華, 李振成, 張歡, 陳曉曦, 張建軍, 劉福強, 穆勇, 沈宇, 楊震威, 王玉堅, 鄔小波, 張子健, 史順金, 董傑, 張博宇, 李進軍 申請人:國家電網公司, 國網冀北電力有限公司唐山供電公司, 山東康威通信技術股份有限公司