一種基于漏纜技術(shù)的電纜隧道狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種基于漏纜技術(shù)的電纜隧道狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，利用漏纜技術(shù)和電纜隧道狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)提高電力隧道運(yùn)行及維護(hù)水平，實(shí)現(xiàn)電纜隧道內(nèi)部百兆無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，解決電纜隧道狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問(wèn)題，提高電纜隧道線路維管的工作效率。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)家電力基礎(chǔ)設(shè)施投入的逐年增大，電力隧道的長(zhǎng)度也正在迅速增加，由于運(yùn)行維護(hù)人員的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上電力基礎(chǔ)設(shè)施的增長(zhǎng)速度，致使電力隧道運(yùn)行工作面臨著巨大壓力。如何保證隧道內(nèi)電纜不因過(guò)載、過(guò)熱等情況突發(fā)大的運(yùn)行安全事故，隧道內(nèi)積水、可燃?xì)怏w等不影響到供電系統(tǒng)的安全，采用現(xiàn)代化的技術(shù)手段來(lái)提高電纜隧道運(yùn)行維護(hù)水平是當(dāng)務(wù)之急。
[0003]而隨著現(xiàn)代化的電纜隧道狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電纜隧道視頻監(jiān)控系統(tǒng)、隧道內(nèi)工作人員定位跟蹤管理系統(tǒng)、電纜隧道綜合檢測(cè)機(jī)器人等先進(jìn)系統(tǒng)與技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，電纜隧道內(nèi)與外部的數(shù)據(jù)通信技術(shù)成為了制約電纜隧道狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。隧道封閉狹長(zhǎng)，彎道較多，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋難度大，而有線網(wǎng)絡(luò)需要密集的接入設(shè)備，制約了系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性同時(shí)又增加了網(wǎng)絡(luò)通訊的故障率。在山區(qū)隧道、地鐵、礦井特別是具有強(qiáng)電磁環(huán)境的電纜隧道進(jìn)行通信，無(wú)線電波會(huì)受到阻礙，尤其是短波和超短波受到的傳輸衰減更大。即使將無(wú)線電臺(tái)的發(fā)射功率加大100倍，它的傳播距離也不過(guò)只能增加1/5，但增大發(fā)射功率會(huì)帶來(lái)危害人體健康、干擾通信信號(hào)、設(shè)備功耗過(guò)大等等負(fù)面影響。因此采用新技術(shù)來(lái)解決電纜隧道內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)問(wèn)題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種電纜隧道中基于漏纜技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，該方法中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊和基于漏纜技術(shù)的通信傳輸模塊。其中狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊包括傳感器單元、視頻監(jiān)控單元和信號(hào)處理單元。傳感器單元包括溫度傳感器、水位傳感器、氣體傳感器、煙霧傳感器等，分別負(fù)責(zé)采集隧道電纜的溫度信息、隧道的水位、氣體和煙霧情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)由于外部跑水至電力隧道內(nèi)和外部可燃?xì)怏w進(jìn)入隧道內(nèi)，以及確定隱患點(diǎn)所在位置和水位數(shù)值、氣體成分含量等情況。視頻監(jiān)控器監(jiān)控電纜隧道各通風(fēng)和電纜入口處的實(shí)時(shí)狀態(tài)。信號(hào)處理模塊將這些溫度值、水位值、氣體、煙霧情況和視頻數(shù)據(jù)等采集后通過(guò)基于漏纜技術(shù)的通信傳輸模塊傳輸至后臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?；诼├|技術(shù)的寬頻泄漏電纜(簡(jiǎn)稱漏纜)將局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及無(wú)線運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)延伸至電纜隧道內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)電纜隧道內(nèi)部百兆無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，從而解決電纜隧道狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電纜隧道內(nèi)應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問(wèn)題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患點(diǎn)所在位置及水位數(shù)值、氣體成分含量等情況，為及時(shí)有效處置提供技術(shù)支撐，改善電力隧道運(yùn)行環(huán)境，提高電纜隧道線路維管日常工作效率，保證電力隧道及隧道內(nèi)電力電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0005]本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]提出一種電纜隧道中基于漏纜技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，用以解決電纜隧道狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電纜隧道內(nèi)應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問(wèn)題，及時(shí)有效地監(jiān)測(cè)電纜隧道溫度、氣體成分含量、水位數(shù)值以及隧道中隱患點(diǎn)所在位置等情況。該方法包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊和基于漏纜技術(shù)的通信傳輸模塊。
[0007]電纜隧道狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊和基于漏纜技術(shù)的通信傳輸模塊；其中狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊包括傳感器單元、視頻監(jiān)控單元和信號(hào)處理單元；傳感器單元包括溫度傳感器、水位傳感器、氣體傳感器和煙霧傳感器，溫度傳感器負(fù)責(zé)采集隧道電纜的溫度信息、水位傳感器負(fù)責(zé)采集隧道的水位、氣體傳感器負(fù)責(zé)采集氣體、煙霧傳感器負(fù)責(zé)采集煙霧情況；視頻監(jiān)控器監(jiān)控電纜隧道各通風(fēng)和電纜入口處的實(shí)時(shí)狀態(tài)；信號(hào)處理模塊將這些溫度值、水位值、氣體、煙霧情況和視頻數(shù)據(jù)采集后通過(guò)基于漏纜技術(shù)的通信傳輸模塊傳輸至后臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；信號(hào)處理單元接收傳感器輸入接口輸入的信息以及視頻數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、特征提取采樣判決處理，并將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)完全按照國(guó)家電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮編碼打包，通過(guò)基于漏纜技術(shù)的通信傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
[0008]所述傳感器同時(shí)接入溫度傳感器、水位傳感器和煙霧傳感器，或者集中接收在局部范圍內(nèi)線上傳感器采集的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0009]所述信號(hào)處理單元由A/D芯片、中央處理器DM6446、接口電路構(gòu)成，A/D分別選用視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TVP5150M及傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，分別對(duì)采集的模擬視頻信號(hào)及傳感器信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，中央處理器選用專用多媒體處理芯片DM6446，完成數(shù)據(jù)處理信息轉(zhuǎn)發(fā)功能，DM6446是TI公司針對(duì)多媒體處理領(lǐng)域推出的一款高性能處理芯片，采用ARM+DSP的雙核架構(gòu)，ARM部分完成濾波、視音頻壓縮、傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、碼流復(fù)合，而運(yùn)算復(fù)雜的視頻壓縮部分則由處理速度較快的DSP部分完成。
[0010]基于漏纜技術(shù)的通信傳輸模塊選用非金屬阻燃材料支架，漏纜安裝在距隧道壁1cm以上的距離，以消除對(duì)耦合損耗的影響。
[0011]狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊包括傳感器單元、視頻監(jiān)控單元和信號(hào)處理單元。其中傳感器單元包括溫度傳感器、水位傳感器、氣體傳感器、煙霧傳感器等，分別負(fù)責(zé)采集隧道電纜的溫度信息、隧道的水位、氣體和煙霧情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)由于外部跑水至電力隧道內(nèi)和外部可燃?xì)怏w進(jìn)入隧道內(nèi)，以及確定隱患點(diǎn)所在位置和水位數(shù)值、氣體成分含量等情況。傳感器接入接口可同時(shí)接入溫度傳感器、水位傳感器、煙霧傳感器等多種類型傳感器，也可集中接收在局部范圍內(nèi)線上傳感器采集的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，具備開(kāi)放性好，最大的異構(gòu)傳感器組合能力，不僅能跨專業(yè)、跨廠家、跨線路組合，并且具備增量組合能力，能實(shí)現(xiàn)短距離內(nèi)各種傳感器信號(hào)的集中輸入輸出，對(duì)所管理的傳感器位置無(wú)限制。視頻監(jiān)控器單元負(fù)責(zé)監(jiān)控電纜隧道各通風(fēng)和電纜入口處的實(shí)時(shí)狀態(tài)。信號(hào)處理單元接收傳感器輸入接口輸入的信息以及視頻數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、特征提取采樣判決處理，并將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)完全按照國(guó)家電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮編碼打包，通過(guò)基于漏纜技術(shù)的通信傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
[0012]基于漏纜技術(shù)的通信傳輸模塊，其特征在于:如圖1所示，泄漏電纜是一種特制的電纜，由內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體兩部分組成，外導(dǎo)體嵌套在內(nèi)導(dǎo)體的外邊，并與內(nèi)導(dǎo)體處于同心圓(同軸)狀態(tài)。泄漏同軸電纜在同軸電纜外導(dǎo)體縱長(zhǎng)方向，以一定的間隔和不同形式開(kāi)泄漏孔的特制同軸電纜，泄漏孔的形式則取決于所使用的無(wú)線電波的頻段。泄漏電纜的頻段覆蓋從150MHz到2GHz以上，適應(yīng)現(xiàn)有的各種無(wú)線通信體制，目前已在地鐵、建筑大樓和大型、復(fù)雜的展覽館、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所應(yīng)用。為了保證正常的無(wú)線通信需要，一般情況下，每公里隧道敷設(shè)8公里漏纜。在對(duì)漏纜進(jìn)行敷設(shè)時(shí)，選用非金屬阻燃材料支架，漏纜安裝在距隧道壁1cm以上的距離，以消除對(duì)耦合損耗的影響。漏纜的選擇主要考慮以下幾方面:(I)漏纜特性阻抗的選擇。一般取75 Ω和50Ω兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值?？紤]到獲得最小的導(dǎo)體損耗，對(duì)應(yīng)的特性阻抗公式為Zc= 77/ ε ,，考慮到最大的功率容量，對(duì)應(yīng)的特性阻抗公式為Zc= 30/ ε r0兼顧損耗和功率的要求，目前無(wú)線通信系統(tǒng)中主要普遍選用漏纜的特性阻抗為50 Ω。(2)漏纜場(chǎng)強(qiáng)輻射模式的選擇。漏纜按場(chǎng)強(qiáng)輻射模式可分為表面波(耦合)型漏纜和輻射型漏纜。輻射型漏纜徑向場(chǎng)強(qiáng)作用距離較大，空間損耗小，因此耦合損耗小、輻射場(chǎng)強(qiáng)大、波動(dòng)小。50%與95%的耦合損耗概率值離散性較小，一般在3-5dB范圍內(nèi)。因此根據(jù)不同的場(chǎng)合和不同的通信系統(tǒng)要求可選擇不同類型的泄漏電纜，目前輻射模式