摘要：本文分析了电缆井状态监测及预警技术的研究及应用现状，介绍了基于物联网技术的电缆井状态监测及预警系统，并针对关键技术进行详细阐述，最后结合实际试点应用情况，验证其先进性和可靠性，达到提高电缆供电可靠性和安全性的目标。
【关键词】电缆井；智能主机；采集单元；物联网取能；CT监测预警
1引言
随着城市电网电缆化率的不断提高，电缆沟井里程数明显增多，电缆井故障成为了影响供电可靠性的关键因素。电缆沟井位于地下，难以通过直观肉眼观察的方式进行巡视查看，需要更为有效的手段，来提升电缆井的状态监测水平，实现状态安全提前预测，及时预防、超前预警。
2国内外发展现状
目前，国内外开展的研究应用主要实现了对电缆沟井内测温，可燃气体监测，积水、防火、视频监测等目标，但仍存在监测形式单一，工程量大，监测、安装范围局限，监测数据不能进行实时分析、处理及存储等缺陷。为有效提高电网运行的安全性和供电可靠性，迫切需要研发一套新的电缆井状态监测终端及可靠的数据收发、分析、管理、预警主站系统。
3架构及关键技术
随着技术的发展和进步，数字化电子技术和物联网技术在国内高速发展，为电缆井综合状态监测和预警技术的研究与应用提供了强大的支持。基于边缘科学概念，进行技术融合和集成，将分体式传感技术、可持续供电技术、物联网通讯技术、信息处理技术、地理信息技术和移动作业技术等引入到电缆井内状态监测及预警业务中，将电缆井监测节点网络架构与物联网相连，实现电缆井运行全工况信息交换，帮助管理人员和技术人员突破时间和空间的约束，掌控现场一手数据，提高电缆井实时监测、预警、响应和运维水平。
3.1监测终端
监测终端由采集单元、智能主机两部分组成，二者采用RS485有线模式进行双向数据传输，实时交互，使监测终端具有全面感知，智能处理和可靠传输的功能。采集单元分为井盖位移，环境温湿度监测、有害气体监测、可燃气体监测、水位监测、火灾探测、电缆接头测温等模块，周期性采集电缆井的状态数据，并上传至智能主机。智能主机接收到采集单元上传的数据后，进行汇总，通过ZigBee网络，经最近的智能主机向主站系统上传数据。若最近的智能主机通讯异常，则搜索通讯范围内（可视距离2000米）的其它智能主机，建立新的传输路径，进行数据传输。考虑到在产品试点或推广前期时，电缆井监测节点与主站系统可能存在距离过远的情况，智能主机主控板兼容APN（基于GPRS的VPN）通讯模式，设定为主节点的智能主机，可以通过3G/4G等GPRS通道将区域性数据上传至主站系统。
3.2主站系统
主站系统一般部署于变电站或自动化机房，通过ZigBee网络或APN网络，与监测终端进行双向组网通讯，实现对所管辖范围内的电缆井综合状态的监测和预警。主站系统基于地理信息GIS平台开发，相关数据接口及业务分析模块采用JAVA开发，封装为后台服务。当后台数据接口进程接收到智能主机上传的信息后，自动进行拓扑，实现监测网络重构。启动业务分析模块，进行电缆井各状态分析，当发现模拟量数据越限或开关量状态变位后，立即评估告警等级，并启动告警业务，在GIS界面点亮相关电缆井，显示其具体位置和预警内容，同时通过短信告警平台，提醒电缆井相关责任人尽快处理安全隐患。
3.3关键技术
3.3.1监测终端续航力设计采集单元是分体式微型设计，由智能主机一体化供电，周期性采集状态正常数据，连续性采集状态异常数据，因此，其自身的设计应满足低功耗的要求。与此同时，电池的设计也应能连续工作。开发电池管理系统（BMS），优化充电、用电效率，提高电池利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态，对电缆井状态监测及预警技术的实现不可或缺。智能主机采用高性能锂电（单一电源供电周期不低于一个月），同时配套取能CT装置，为适应不同应用环境（负荷电流），取能装置采用双线圈设计。当CT取能装置正常工作时，BMS系统向监测终端稳定供电，满足智能主机及采集单元应用。同时，监测锂电池状态，当锂电池处于需要充电的状态时，BMS系统同步进行锂电池充电。锂电池充满后，BMS系统切断其充电电路。3.3.2信号传输可靠性技术信号的强度和质量直接影响电缆井状态监测数据的正常传输。电缆井周围电磁干扰复杂严重，智能主机分布分散，为保障数据的正常传输，智能主机的通讯设计不但要满足相互之间在多层信号屏蔽的情况下信号强度衰减幅度小的要求，而且要具有多层次抗电磁干扰的功能。另外，辅以增强型通讯模块及高灵敏延长天线，合理选择天线的安装位置，切实保障数据传输正常。3.3.3系统自检技术为保障系统可靠运行，达到预期目标，得到理想的运行效果，自检技术尤为关键。电缆井状态监测终端设计自检功能，周期性运行，保障智能主机和采集单元的正常运行。电缆井状态监测预警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。在独立自检基础上，整体系统实现自检，校验各个组成的运行状态，通过系统设定主站定期召唤监测终端和监测终端定期上传状态的任务，保证系统监控人员、管理人员及时掌握所辖范围内智能主机和采集单元的运行状态，如果发现异常，启动告警流程。
4小结
电缆井状态监测及预警系统已经在新野电网成功进行试点应用，实现了对电缆沟井内的温度、湿度、有害气体、有毒气体、积水水位、火灾烟感、井盖移位、电缆接头温度等数据的实时采集和在线状态分析，并对出现异常及安全隐患的情况立即提醒电缆井相关责任人尽快处理，为有效预防和控制电缆井安全事故起到了很好的预警作用。实践证明，电缆井状态监测及预警系统适合在电力系统、电力专网中进行大范围的推广和应用，发挥重要作用，有效提高电缆供电的可靠性和安全性，产生显著的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]郑坤.动力电池模组信号采集与快速充电策略研究[D].电子科技大学(博硕论文),2012.
作者：姜晓华 高洪杰 林江 蔡会会
