一种智能高压电缆工作环境监测系统
文献发布时间：2024-04-18 20:01:23
技术领域
本发明涉及电缆监测技术领域，尤其涉及一种智能高压电缆工作环境监测系统。
背景技术
高压电缆是电力系统中重要的组成部分，其运行状态直接影响到电力供应的稳定性和安全性。然而，由于高压电缆长期暴露在自然环境中，容易受到各种因素的影响，为了确保高压电缆的安全运行，及时监测电缆的运行状态至关重要。
中国专利公开号：CN112684310A公开了一种高压电缆综合在线智能监测系统，包括现场采集单元组、远端监控主机和系统通信后台。现场采集单元组包括局放采集单元、环流采集单元、振动采集单元、环境采集单元以及视频采集单元；局放采集单元包括第一紫外光检测单元、第二超声波检测单元、边缘数据处理单元以及局部放电在线监测组件；边缘数据处理单元获取第一紫外光监测单元采集的紫外光信号和第二超声波检测单元获取的超声波信号得出局部放电识别结果并得出所述高压电缆在本次时间区段内的智能监测结果。若所述局部放电识别结果满足预定条件，则激活所述局部放电在线监测组件。该发明实现了对高压电缆工作中是否存在局部放电问题的监测，未实现对高压电缆工作环境以及工作信息的综合分析，存在对高压电缆工作环境监测效率低，监测不准确的问题。
发明内容
为此，本发明提供一种智能高压电缆工作环境监测系统，用以克服现有技术中对高压电缆工作环境监测效率低，监测不准确的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种智能高压电缆工作环境监测系统，包括：
信息获取模块，用以获取高压电缆进行电力传输时的传输信息、环境温度、环境湿度和振动信息；
信息分类模块，用以对传输信息和环境温度进行分析，以得到传输信息和环境温度的信息分类；
信息存储模块，用以对信息分类为正常数据和异常数据的传输信息和环境温度进行存储；
存储分析模块，用以根据已存储的传输信息和已存储的环境温度对高压电缆的正常特征和异常特征进行分析；
数据分析模块，用以对信息分类为监测数据的传输信息和环境温度进行分析，以得到高压电缆的监测特征；
调整优化模块，用以根据高压电缆的振动信息和环境湿度对监测特征的分析过程进行调整，还用以获取预设采集周期内的天气信息，并根据天气信息对监测特征的调整过程进行优化；
特征分析模块，用以根据高压电缆的正常特征、异常特征和监测特征对高压电缆的工作状态进行分析；
输出模块，用以对高压电量的工作状态进行输出。
进一步地，所述信息分类模块设有传输分析单元，其用以根据传输信息对高压电缆的传输状态进行分析，其中：
当u1≤U＜u2且R≥r1时，所述传输分析单元判定高压电缆的传输状态为传输正常；
当u1≤U＜u2且R＜r1时，所述传输分析单元判定高压电缆的传输状态为传输异常；
当U≥u2且R≥r2时，所述传输分析单元判定高压电缆的传输状态为传输正常；
当U≥u2且R＜r2时，所述传输分析单元判定高压电缆的传输状态为传输异常；
其中，U表示传输电压，R表示绝缘电阻值，u1表示第一电压阈值，u2表示第二电压阈值，r1表示第一电阻阈值，r2表示第二电阻阈值。
进一步地，所述信息分类模块还设有环境分析单元，其用以根据环境温度对高压电缆的温度状态进行分析，其中：
当T≤t时，所述环境分析单元判定高压电缆的温度状态为温度正常；
当T＞t时，所述环境分析单元判定高压电缆的温度状态为温度异常；
其中，T表示环境温度，t表示温度阈值。
进一步地，所述信息分类模块还设有分类分析单元，其用以根据高压电缆的传输状态和温度状态对传输信息和环境温度的信息分类进行分析，其中：
当高压电缆的传输状态为传输正常且温度状态为温度正常时，所述分类分析单元判定传输信息和环境温度的信息分类为正常数据；
当高压电缆的传输状态为传输异常且温度状态为温度异常时，所述分类分析单元判定传输信息和环境温度的信息分类为异常数据；
当高压电缆的传输状态为传输正常且温度状态为温度异常或高压电缆的传输状态为传输异常且温度状态为温度正常时，所述分类分析单元判定传输信息和环境温度的信息分类为监测数据。
进一步地，所述存储分析模块设有正常分析单元，其用以根据信息分类、已存储的传输信息和已存储的环境温度通过正常特征分析公式对正常特征进行分析，所述正常分析单元设有正常特征分析公式如下：
其中，F表示正常特征，i表示信息分类为正常数据的已存储信息编号，i
进一步地，所述存储分析模块还设有异常分析单元，其用以根据信息分类、已存储的传输信息和已存储的环境温度通过异常特征分析公式对异常特征进行分析，所述异常分析单元设有异常特征分析公式如下：
其中，H表示异常特征，p表示信息分类为异常数据的已存储信息编号，p
进一步地，所述数据分析模块根据信息分类、传输信息和环境温度通过监测特征分析公式对监测特征进行分析，所述数据分析模块设有监测特征分析公式如下：
所述数据分析模块将(G1,G2)作为监测特征；
其中，G1表示第一监测特征，G2表示第二监测特征。
进一步地，所述调整优化模块设有特征调整单元，其用以根据振动信息和环境湿度对监测特征的分析过程进行调整，其中：
当Y/X≤c时，所述特征调整单元判定振动符合阈值，不对第一监测特征的分析过程进行调整；
当Y/X＞c时，所述特征调整单元判定振动不符合阈值，对第一监测特征的分析过程进行调整，调整后的第一监测特征为G1＇，设定G1＇＝G1×l ogY；
当D≤d时，所述特征调整单元判定湿度符合阈值，不对第二监测特征的分析过程进行调整；
当D＞d时，所述特征调整单元判定湿度不符合阈值，对第二监测特征的分析过程进行调整，调整后的第二监测特征为G2＇，设定G2＇＝G2/D；
其中，Y表示振幅，X表示振动频率，c表示振动阈值，0.5≤c≤0.8，D表示环境湿度，d表示湿度阈值，0.3≤d≤0.7。
进一步地，所述调整优化模块还设有特征优化单元，其用以根据风速对第一监测特征的调整过程进行优化，其中：
当Vk≤v时，所述特征优化单元判定风速符合阈值，不对第一监测特征的调整过程进行优化；
当Vk＞v时，所述特征优化单元判定风速不符合阈值，对第一监测特征的调整过程进行优化，优化后的第一监测特征为G1＂，设定G1＂＝G1＇×l og
其中，v表示风速阈值，设定v＝(V1+V2+...+Vk)/k,V1表示天气信息中第一天的风速，V2表示天气信息中第二天的风速，Vk表示天气信息中最后一天的风速，k表示预设采集周期的天数；
所述特征优化单元根据天气状况对第二监测特征的调整过程进行优化，优化后的第二调整特征为G2＂，设定G2＂＝G2＇×l og[k1/(k-k1)+1],其中，k1表示预设采集周期内天气状况为阴雨天的天数。
进一步地，所述特征分析模块根据正常特征、异常特征和监测特征通过比对分析公式计算第一比对参数和第二比对参数，并根据第一比对参数和第二比对参数对高压电缆的工作状态进行分析，所述特征分析模块设有比对分析公式如下：
N1＝(G1-f)
N2＝(G2-h)
当N1≥N2时，所述特征分析模块判定高压电缆的工作状态为异常；
当N1＜N2时，所述特征分析模块判定高压电缆的工作状态为正常。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过所述信息获取模块对传输信息、环境温度、环境湿度和振动信息的获取，以提高信息获取的准确度，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述信息分类模块对传输信息和环境温度的分析，以分析出传输信息和环境温度的信息分类，用信息分类表示各信息是否存在异常，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述信息存储模块对信息分类的分析，以对传输信息和环境温度进行存储，增加系统分析的样本数据量，增加系统分析的多样性，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述存储分析模块对已存储的传输信息和已存储的环境温度的分析，以分析出正常特征和异常特征，用正常特征和异常特征表示高压电缆的工作状态的特征，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述数据分析模块对信息分类为监测数据的传输信息和环境温度的分析，以分析出监测特征，用监测特征表示信息分类为监测数据的信息的特征，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述调整优化模块对高压电缆的振动信息和环境湿度的分析，以对监测特征的分析过程进行调整，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述调整优化模块对天气信息的获取，以增加信息获取的准确度，从而对监测特征的调整过程进行优化，进而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述特征分析模块对高压电缆的正常特征、异常特征和监测特征的分析，以分析出高压电缆的工作状态，判断出高压电缆是否异常，增加系统分析的多样性，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述输出模块对工作状态的输出，以提示用户监测的高压电缆的工作状态是否存在异常，提高信息输出的准确度，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度。
附图说明
图1为本实施例智能高压电缆工作环境监测系统的结构框图；
图2为本实施例信息分类模块的结构框图；
图3为本实施例存储分析模块的结构框图；
图4为本实施例调整优化模块的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，其为本实施例一种智能高压电缆工作环境监测系统，包括：
信息获取模块，用以获取高压电缆进行电力传输时的传输信息、环境温度、环境湿度和振动信息，所述传输信息包括传输电压和绝缘电阻值，所述振动信息包括振动频率和振幅，所述传输电压的获取方式为用户交互输入，所述绝缘电阻值的获取方式为用户通过电阻测试测量后交互输入，如使用兆欧表进行测量，所述环境温度的获取方式为通过温度传感器获取，所述环境湿度的获取方式为通过湿度传感器获取，所述振动信息的获取方式为通过振动传感器获取；
信息分类模块，用以对传输信息和环境温度进行分析，以得到传输信息和环境温度的信息分类，信息分类模块与所述信息获取模块连接，所述信息分类包括正常数据、异常数据和监测数据；
信息存储模块，用以对信息分类为正常数据和异常数据的传输信息和环境温度进行存储，信息存储模块与所述信息分类模块连接；
存储分析模块，用以根据已存储的传输信息和已存储的环境温度对高压电缆的正常特征和异常特征进行分析，存储分析模块与所述信息存储模块连接；
数据分析模块，用以对信息分类为监测数据的传输信息和环境温度进行分析，以得到高压电缆的监测特征，数据分析模块与所述信息分类模块连接；
调整优化模块，用以根据高压电缆的振动信息和环境湿度对监测特征的分析过程进行调整，还用以获取预设采集周期内的天气信息，并根据天气信息对监测特征的调整过程进行优化，调整优化模块与所述数据分析模块连接，所述天气信息为当前分析的监测特征前预设采集周期的时长内的天气信息，所述天气信息包括风速和天气状况，所述天气状况包括晴天和阴雨天，所述天气信息的获取方式为通过访问气象网站获取，本实施例中预设采集周期设置为7天，本实施例中不对预设采集周期的设置作具体限定，本领域技术人员可自由设置，如还可设置为5天、15天和30天等，预设采集周期的设置应满足大于等于5天且小于等于30天；
特征分析模块，用以根据高压电缆的正常特征、异常特征和监测特征对高压电缆的工作状态进行分析，特征分析模块与所述存储分析模块和调整优化模块连接；
输出模块，用以对高压电量的工作状态进行输出，输出模块与所述特征分析模块连接。
请参阅图2所示，所述信息分类模块包括：
传输分析单元，用以根据传输信息对高压电缆的传输状态进行分析；
环境分析单元，用以根据环境温度对高压电缆的温度状态进行分析；
分类分析单元，用以根据高压电缆的传输状态和温度状态对信息分类进行分析，分类分析单元与所述传输分析单元和环境分析单元连接。
请参阅图3所示，所述存储分析模块包括：
正常分析单元，用以根据信息分类为正常数据的已存储的传输信息和已存储的环境温度对正常特征进行分析；
异常分析单元，用以根据信息分类为异常数据的已存储的传输信息和已存储的环境温度对异常特征进行分析，异常分析单元与所述正常分析单元连接。
请参阅图4所示，所述调整优化模块包括：
特征调整单元，用以根据振动信息和环境湿度对监测特征的分析过程进行调整；
天气获取单元，用以获取预设采集周期内的天气信息，天气获取单元与所述特征调整单元连接；
特征优化单元，用以根据天气信息对监测特征的调整过程进行优化，特征优化单元与所述天气获取单元连接。
具体而言，本实施例应用于雨季多风的平原对高压电缆的工作环境监测中，通过分析高压电缆的工作环境以及工作信息，以监控高压电缆的工作状态，本实施例通过所述信息获取模块对传输信息、环境温度、环境湿度和振动信息的获取，以提高信息获取的准确度，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述信息分类模块对传输信息和环境温度的分析，以分析出传输信息和环境温度的信息分类，用信息分类表示各信息是否存在异常，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述信息存储模块对信息分类的分析，以对传输信息和环境温度进行存储，增加系统分析的样本数据量，增加系统分析的多样性，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述存储分析模块对已存储的传输信息和已存储的环境温度的分析，以分析出正常特征和异常特征，用正常特征和异常特征表示高压电缆的工作状态的特征，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述数据分析模块对信息分类为监测数据的传输信息和环境温度的分析，以分析出监测特征，用监测特征表示信息分类为监测数据的信息的特征，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述调整优化模块对高压电缆的振动信息和环境湿度的分析，以对监测特征的分析过程进行调整，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述调整优化模块对天气信息的获取，以增加信息获取的准确度，从而对监测特征的调整过程进行优化，进而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述特征分析模块对高压电缆的正常特征、异常特征和监测特征的分析，以分析出高压电缆的工作状态，判断出高压电缆是否异常，增加系统分析的多样性，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述输出模块对工作状态的输出，以提示用户监测的高压电缆的工作状态是否存在异常，提高信息输出的准确度，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度。
具体而言，本实施例中所述传输分析单元根据传输信息对高压电缆的传输状态进行分析，其中：
当u1≤U＜u2且R≥r1时，所述传输分析单元判定高压电缆的传输状态为传输正常；
当u1≤U＜u2且R＜r1时，所述传输分析单元判定高压电缆的传输状态为传输异常；
当U≥u2且R≥r2时，所述传输分析单元判定高压电缆的传输状态为传输正常；
当U≥u2且R＜r2时，所述传输分析单元判定高压电缆的传输状态为传输异常；
其中，U表示传输电压，R表示绝缘电阻值，u1表示第一电压阈值，10≤u1≤20，u2表示第二电压阈值，200≤u2≤220，r1表示第一电阻阈值，600≤r1≤1000，r2表示第二电阻阈值，4500≤r2≤5000。可以理解的是，本实施例中不对电压阈值和电阻阈值的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足对高压电缆的传输状态的分析即可，电压阈值和电阻阈值的最佳取值为：u1＝20，u2＝220，r1＝600，r2＝4500。
具体而言，本实施例中通过所述传输分析单元对传输信息的分析，以分析出高压电缆的传输状态，用传输状态表示出高压电缆在进行传输时是否存在传输异常的问题，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度。
具体而言，本实施例中所述环境分析单元根据环境温度对高压电缆的温度状态进行分析，其中：
当T≤t时，所述环境分析单元判定高压电缆的温度状态为温度正常；
当T＞t时，所述环境分析单元判定高压电缆的温度状态为温度异常；
其中，T表示环境温度，t表示温度阈值，90≤t≤130。可以理解的是，本实施例中不对温度阈值的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足对高压电缆温度状态的分析即可，温度阈值的最佳取值为：t＝110。
具体而言，本实施例中通过所述环境分析单元对环境温度的分析，以分析出高压电缆的温度状态，用温度状态表示高压电缆的工作温度是否存在异常，实现对高压电缆环境温度的分析，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度。
具体而言，本实施例中所述分类分析单元根据高压电缆的传输状态和温度状态对信息分类进行分析，其中：
当高压电缆的传输状态为传输正常且温度状态为温度正常时，所述分类分析单元判定传输信息和环境温度的信息分类为正常数据；
当高压电缆的传输状态为传输异常且温度状态为温度异常时，所述分类分析单元判定传输信息和环境温度的信息分类为异常数据；
当高压电缆的传输状态为传输正常且温度状态为温度异常或高压电缆的传输状态为传输异常且温度状态为温度正常时，所述分类分析单元判定传输信息和环境温度的信息分类为监测数据。
通过所述分类分析单元对高压电缆的传输状态和温度状态的分析，以分析出传输信息和环境温度的信息分类，实现对传输信息和环境温度为正常、异常或未知状态的分类，从而获取到高压电缆的待监测分析的数据，进而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度。
具体而言，本实施例中所述正常分析单元根据信息分类、已存储的传输信息和已存储的环境温度通过正常特征分析公式对正常特征进行分析，所述正常分析单元设有正常特征分析公式如下：
其中，F表示正常特征，i表示信息分类为正常数据的已存储信息编号，i
具体而言，本实施例中通过所述正常分析单元对信息分类、已存储的传输信息和环境温度的分析，以分析出正常特征，用正常特征表示高压电缆工作正常时的特征，保证系统样本分析的准确性，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度。
具体而言，本实施例中所述异常分析单元根据信息分类、已存储的传输信息和已存储的环境温度通过异常特征分析公式对异常特征进行分析，所述异常分析单元设有异常特征分析公式如下：
其中，H表示异常特征，p表示信息分类为异常数据的已存储信息编号，p
通过所述异常分析单元对信息分类、已存储的传输信息和环境温度的分析，以分析出异常特征，用异常特征表示高压电缆工作异常时的特征，增加系统分析的多样性，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度。
具体而言，本实施例中所述数据分析模块根据信息分类、传输信息和环境温度通过监测特征分析公式对监测特征进行分析，所述数据分析模块设有监测特征分析公式如下：
所述数据分析模块将(G1,G2)作为监测特征；
其中，G1表示第一监测特征，G2表示第二监测特征。
具体而言，本实施例中所述特征调整单元根据振动信息和环境湿度对监测特征的分析过程进行调整，其中：
当Y/X≤c时，所述特征调整单元判定振动符合阈值，不对第一监测特征的分析过程进行调整；
当Y/X＞c时，所述特征调整单元判定振动不符合阈值，对第一监测特征的分析过程进行调整，调整后的第一监测特征为G1＇，设定G1＇＝G1×l ogY；
当D≤d时，所述特征调整单元判定湿度符合阈值，不对第二监测特征的分析过程进行调整；
当D＞d时，所述特征调整单元判定湿度不符合阈值，对第二监测特征的分析过程进行调整，调整后的第二监测特征为G2＇，设定G2＇＝G2/D；
其中，Y表示振幅，X表示振动频率，c表示振动阈值，0.5≤c≤0.8，D表示环境湿度，d表示湿度阈值，0.3≤d≤0.7。可以理解的是，本实施例中不对振动阈值和湿度阈值的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足对监测特征的调整即可，振动阈值和湿度阈值的最佳取值为：c＝0.7，d＝0.6。
具体而言，本实施例中通过所述特征调整单元对振动信息的分析，以对第一监测特征的分析过程进行调整，使调整后的第一监测特征与振幅和振动频率相关，实现高压电缆振动可能导致微动磨损的影响，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述特征调整单元对环境湿度的分析，以对第二监测特征的分析过程进行调整，使调整后的第二监测特征与环境湿度相关，在环境湿度较大的情况下增大湿度对监测特征的影响，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度。
具体而言，本实施例中所述特征优化单元根据风速对第一监测特征的调整过程进行优化，其中：
当Vk≤v时，所述特征优化单元判定风速符合阈值，不对第一监测特征的调整过程进行优化；
当Vk＞v时，所述特征优化单元判定风速不符合阈值，对第一监测特征的调整过程进行优化，优化后的第一监测特征为G1＂，设定G1＂＝G1＇×l og
其中，v表示风速阈值，设定v＝(V1+V2+...+Vk)/k,V1表示天气信息中第一天的风速，V2表示天气信息中第二天的风速，Vk表示天气信息中最后一天的风速，k表示预设采集周期的天数。
具体而言，本实施例中所述特征优化单元根据天气状况对第二监测特征的调整过程进行优化，优化后的第二调整特征为G2＂，设定G2＂＝G2＇×l og[k1/(k-k1)+1],其中，k1表示预设采集周期内天气状况为阴雨天的天数。
具体而言，本实施例中通过所述特征优化单元对风速的分析，以对第一监测特征的调整过程进行优化，实现风速对高压电缆振动产生额影响，在风速较大的情况下对第一监测特征进行优化，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度，通过所述特征优化单元对天气状况的分析，以对第二监测特征的调整过程进行优化，实现阴雨天多造成的环境湿度较高对高压电缆监测产生的影响，从而提高系统对高压电缆工作环境的监测效率，提高监测的准确度。
具体而言，本实施例中所述特征分析模块根据正常特征、异常特征和监测特征通过比对分析公式计算第一比对参数和第二比对参数，并根据第一比对参数和第二比对参数对高压电缆的工作状态进行分析，所述特征分析模块设有比对分析公式如下：
N1＝(G1-f)
N2＝(G2-h)
当N1≥N2时，所述特征分析模块判定高压电缆的工作状态为异常；
当N1＜N2时，所述特征分析模块判定高压电缆的工作状态为正常。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。