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电缆隧道综合监测系统设计与实现
  • 论文价格:150
  • 用途:硕士毕业论文 Master Thesis
  • 编辑:若诗
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  • 论文字数:50228
  • 论文编号:el2021032016473021990
  • 日期:2021-03-25
  • 来源:上海论文网
本文是计算机论文,对本文设计的电缆隧道监测系统进行了分模块实现与测试。实验结果表明,虽然本文围绕电缆隧道监测系统,做出了一些富有成效的工作,但仍然存在一些不足之处,主要体现在:对隧道环境可视化设计还不够完善,还有一些因素如载流子量、电缆接头破损等没有加入到可视化系统中;基于神经网络的事故预警只考虑了环境因素,没有把安全问题如人为入侵破坏等其他数据纳入考虑范围。因此,后续可在这些方面继续研究,进一步完善电缆隧道监测系统:(1)进一步完善智能终端的应用程序开发,将监测系统同步应用于手机端,实现“掌上监控”的实体运行,使得管理者能够随时随地掌握电缆隧道运行情况。(2)进一步体现智能。在隧道数据分析模块方面,将更多的信息数据纳入人工神经网络的智能故障识别范围,进一步提高监测系统运行的可靠性。在信息展示方面,设计更加智能的可视化界面,让管理者不需要面向冗长的代码或数据,而是在可视化界面上进行数据的调整和控制策略的实现。随着信息化建设的不断推进,该电缆隧道监测系统实现之后,将继续围绕保障电力输送这一主题,以点带面,逐步在西部地区实现立体化、数字化、信息化及智能化的电缆隧道监测系统群,为新一代智能电网中的电力配送保驾护航,为实现未来电网优化调度、实现经济可靠运行提供坚强的后盾。

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1绪论

 

此外,除了监测电缆本体运行的一些设备以外,用于监测隧道环境变量的硬件设备诸如温度传感器、湿度传感器、水位传感器以及气体检测等设备的失效也会影响隧道电缆的可靠运行。而且目前多数系统的各种监测设备之间没有实现信息共享,各自采集的信息没有经过智能化的综合分析,各种设备之间没有形成一种系统化的协同联动机制,客观上降低了事故预警的实时性,也导致了解决事故的方法不够多元化[7]。因此,如何更好的实现对实时数据的全面分析,除了准确、清晰的获取信息数据外,如何更加直观高效的将运行状态和设备工况呈现给工程人员,并实现较好的人机交互成为了目前亟待解决的问题。综上所述构建完善的电缆隧道监控平台,及时采集电缆隧道的各项指标,并通过对指标的智能分析对一些常见事故作出预警,以在故障或灾害发生时,平台能通过相应设备的联动排除故障,将事故范围、经济损失等最小化。完善的电缆隧道监测系统应能通过对隧道运行工况的综合分析判断,进而实现手动或自动处理突发状态。此外,各种监测设备必须实现信息共享,才可以保障供电组网及供电设施及电缆隧道工作人员的安全;综合监测系统还应具有事故处理子系统,能够记录事故日志,结合人工定期巡检的监测数据,进行智能分析和人工交互分析等功能,以提高数据分析和事故预警的准确性

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2电力隧道综合监测平台系统结构及总体方案

 

2.1西安电缆隧道监测系统项目背景
虽然西安电缆隧道输配电网络的建设在国内尚处于初级阶段,主要是结合城乡市政设计规划和电网建设等进行设计的,地理位置较为分散,呈品字型分布,但从长远看,在主干“线”建设的基础上,越来越多的分支系统将会不断加入到主干“线”,通过支线的慢慢延伸而达到电力电缆隧道网络“面”的覆盖,最终形成具有一定规模的和层次的电力电缆隧道网络。随着电网基础建设的大力投资和国家政策扶持,电缆隧道建设和维护的资本也在逐年提高,传统的电缆维护工作需要大量的工程维护人员定期排检,难以保证输电网络突发状况的实时信息掌握,西安电缆隧道不论在规模或是运行长度来说都具有一定代表性,而电力技术的快速发展也为构建可靠稳定的监控系统提供了可能。因此本文结合西安110kV电缆隧道工程为背景,以构建可靠稳定的电缆隧道监测平台为构想,给出了一个系统功能全面的综合系统设计方案。其优点在于实时监测数据不仅能提升传统人工巡检的质量,而且能实时指导工人对可能存在问题的隧道实施专项检查,使得人员调度有的放矢,极大提高工作效率,在这种模式下,才能够解决电缆隧道运行状态实时监测的需求和人工巡检的周期性之间的矛盾。在事故发生后,监测系统还应具有一定的事故处理能力,如通过硬件设备的联动处理机制则提高系统应对典型故障的自愈性。

 

2.2电缆隧道监控系统需求分析
为了切实保障西安市隧道电缆可靠稳定运行,实现对隧道环境、电缆本体实时监测以及隧道内硬件设备的定点灵活控制,达到电缆隧道建设标准化、应急事故处理高效化;切实提高隧道电缆供电保障水平,全面提振国网公司供电综合保障效能,满足企业及社会公众的用电需求,迫切需要设计与实现相应的电缆隧道监测与管理系统。该系统能够对隧道资料、工作人员及事故日志等信息进行管理、查询和统计,能够实时以可视化的图像形式获取电缆隧道及电缆本体的各项数据指标信息,还能对相关数据进行智能化分析并进行事故预警,从而提高西安市电缆隧道管理的信息化水平。通过对国网西安供电公司、区域网点等各部门进行大量的现场调研和走访,在收集、整理和归纳大量的文档资料的和各级人员需求的基础上,提出了系统的功能需求,具体如下。本章首先简单介绍了西安省隧道电缆背景,其次分析了隧道电缆监测系统设计的整体原则与需求分析,并针对项目背景及设计需求,设计了符合项目要求的监测系统整体结构,从硬件配置和软件架构两方面给出了系统整体设计方案。最后基于角色分配法设计了电缆隧道监测系统的权限管理方案,并对系统用例进行了分析。
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3监测系统数据采集及数据库与功能设计..........................................................................15
3.1电缆运行数据采集.......................................................................................................15
3.2隧道内部环境数据采集与安防系统设计...................................................................19
3.3通信支持.......................................................................................................................21
3.4软件应用功能设计.......................................................................................................23
4监测数据分析与事故智能预警模块设计..........................................................................36
4.1故障预警的因素分类...................................................................................................36
4.2智能预警模块设计.......................................................................................................40
4.3典型事故处理流程.......................................................................................................48
4.4小结...............................................................................................................................48
5电缆隧道监测系统的实现与测试......................................................................................49
5.1数据采集部分测试.......................................................................................................49
5.2系统登录及信息查询测试...........................................................................................50
5.3信息管理测试...............................................................................................................53
5.4事故智能预警模块测试...............................................................................................54
5.5事故处理流程测试.......................................................................................................57
5.6小结...............................................................................................................................58

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5电缆隧道监测系统的实现与测试

 

5.1数据采集部分测试
电缆隧道监测系统的数据采集部分主要实现从终端到监测中心的数据互传,监测中心需要实时获取电缆信息、隧道环境信息以及设备信息等,同时也需要对终端的采集芯片设置采样频率,或在事故处理时对联动设备发出联动指令。数据采集硬件部分如前所述,下面以电缆载流量采集为例进行测试说明。电缆载流量数据采集器由通信控制器、MCU、底板和CT调理电路模块组成。采用优质金属防水机箱可在隧道内潮湿环境使用。嵌入式软件采用硬实时RTOS具有很高的可靠性。电流采集器具备外供4台接地电流传感器工作电源的能力,具备集成精确接地电流超限报警、护层电流暂态录波实时展示功能,并能锁存上报为电缆的运行情况提供参考指标。数据采集模块是否正常可以通过电路板设置的LED指示灯观察,正常情况下,釆集模块上有多个指示灯,其中绿色为供电电源指示灯,常亮代表供电正常;红色等反应数据采样及发送情况,闪烁速度随采样频率变化,异常情况下不亮。在现场调试时,还可以连接串口调试端口,读取串口输出数据是否正常。发生故障时,首先查看电源供电是否正常,其次查看在串口调试端口上方的跳线是否连接上,正常情况下应该是断开的,若连接上则电路无法正常运行。经过抽样测试表明,数据采集成功率达到百分之百。最终,得到的监测系统所有数据采集模块测试结果如表5-1所示。

 

5.2系统登录及信息查询测试
系统的信息管理主要包括隧道资料管理、报警参数管理、电缆参数管理和用户资料管理几个主要部分,其功能实现较为相似,在此以用户资料管理为例进行界面展示说明。管理员首先点击导航栏的信息管理下拉菜单,并选择用户资料管理,则系统右侧界面会相应显示出与用户资料管理功能对应的菜单,如图5-4所示,包括新增用户、删除用户和修改用户等内容。训练自动识别故障的BP神经网络需要大量的电缆隧道环境监测数据,实际的数据样本往往需要进行一定的处理和扩展。本节以西安各电缆隧道历史上发生的30次各种故障数据(表5-2)为例,说明电缆隧道环境监测数据的处理和扩展方法。本文在实际测试时,以发生水灾为例对事故处理模块进行了测试。首先关闭智能设备联动模块,让工作人员在某隧道模拟潮湿以及水位上涨的环境。前端监测点测得数据后经过智能模块,测得神经网络输出中的[Y1]为0.9即发生水灾,智能预警成功,界面提示实时事故为数量为1。管理员点击实时事故或事故处理后,会进入如图5-7所示的界面,从图中可以看出,事故发生后系统自动生成了事故单据。管理员可选择人员指派、设备联动或智能处理三种方式处理事故,图中选择人员指派选项,则会显示可选在岗人员,管理员添加任务内容后选择指派的人员,点击发送即可将任务指派给前方人员,前方人员根据收到的任务及时处理事故。
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6结论与展望
针对传统常规监测系统的不足,结合电网电缆隧道目前所存在的一系列问题和运行状况,从硬件设备和软件应用设计两方面展开研究工作,构建了电缆隧道综合监测系统,并对电缆隧道监测系统开展了深入研究。(1)根据陕西电网电缆隧道存在的问题和运行状态,进行了电缆隧道监测系统的设计需求分析.并结合实际监控需求和工程实际,构建了全面的电缆隧道综合监控系统框架。对系统的用户分级权限和用例进行了设计和实现。(2)完成了电缆本体数据采集与电缆隧道环境数据采集分析与方案设计。并根据数据采集与处理的实际需求选择合适的通信支持,根据需求分析对系统进行功能设计,设计了用户管理、信息查询、事故处理以及智能预警四个系统功能并实现了系统数据库设计,包括实体关系的分析和数据表设计。(3)对监测数据和电缆历史数据分析,通过采集隧道历史故障信息数据,设计基于Matlab下的BP神经网络的监测数据智能分析方法,对系统采集的数据进行实时分析后直接生成预警信息和智能事故处理联动指令,提高了系统中高压电缆运行的可靠性。其次,针对BP神经网络结构难以确定的问题,提出了一种基于蚁群算法的BP神经网络结果优化方法,在保证事故预警准确性的前提下,最大限度缩短了计算时间,提高了事故告警系统的快速响应能力。最后,设计了典型事故的处理流程,完善了整个事故告警及处理模块,为电力的安全输送提供了有力保障。
参考文献(略)