CN110347087A - 一种基于5g网络的电力金具物联网监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于5G网络的电力金具物联网监测***，包括：依次连接的感知层、网络层和应用层；感知层由多个检测单元构成，每个检测单元都设有与电力金具的连接节点连接的温度传感器、拉力传感器和振动传感器；网络层包括ZigBee路由节点和5G通信模块，ZigBee路由节点将多个检测单元所采集的温度信息、拉力信息、振幅、频率以及传感器编号信息发送给5G通信模块；应用层包括数据处理单元、数据存储单元、加密单元和报警单元，数据处理单元分别与5G通信模块、数据存储单元和报警单元连接，加密单元与数据存储单元连接。本***可对电力金具在工作状态下的温度、拉力和振动情况进行实时监控。
Description
技术领域
本发明属于物联网应用技术领域，涉及一种基于5G网络的电力金具物联网监测***。
背景技术
随着时代的发展智能电网也就是电网的智能化(也被称为“电网2.0”)应运而生，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持***技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。电力金具作为电力***建筑过程中最基础、应用量最大的构件之一，然而随着电力行业的飞速发展，现有电力金具产品在应用过程中的种种弊端逐渐突显出来。如电力金具在复杂环境下的腐蚀磨损，电力金具由于本身导磁性造成过高的能耗及升温等现实问题。由于输电线路长期处于野外露天，经受风霜雨雪的侵袭，必然会遇到腐蚀问题。金具作为小型连接部件，其腐蚀速度一般快于铁塔和导线。针对现有电网在南部多雨、西部沙尘、北部严寒、东部沿海以及重污染区等恶劣环境下，金具接触点容易发生腐蚀，断裂等故障，甚至可能威胁到整个电网传输的稳定。由于金具的温度和拉力在工作状态不能实时监控，如果一旦发生断裂导致短路、断路等故障就会给电力输送***造成极大的损失，严重制约着智能电网的发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于5G网络的电力金具物联网监测***，以对电力金具在工作状态下的温度、拉力和振动情况进行实时监控。
本发明提供一种基于5G网络的电力金具物联网监测***，包括：依次连接的感知层、网络层和应用层；
所述感知层由多个检测单元构成，每个检测单元都设有温度传感器、拉力传感器和振动传感器，温度传感器、拉力传感器和振动传感器均连接到电力金具的连接节点处；
所述网络层包括ZigBee路由节点和5G通信模块，ZigBee路由节点将多个检测单元所采集的温度信息、拉力信息、振幅、频率以及传感器编号信息发送给5G通信模块进行汇总；
所述应用层包括数据处理单元、数据存储单元、加密单元和报警单元，数据处理单元分别与5G通信模块、数据存储单元和报警单元连接，加密单元与数据存储单元连接以对数据进行加密处理。
在本发明的基于5G网络的电力金具物联网监测***中，所述检测单元还包括主控模块和ZigBee射频模块，主控模块分别与温度传感器、拉力传感器和振动传感器连接对温度信息、拉力信息、振幅和频率进行处理，ZigBee射频模块与主控模块连接将处理后的温度信息、拉力信息、振幅和频率发送给ZigBee路由节点。
在本发明的基于5G网络的电力金具物联网监测***中，所述检测单元还包括电源控制器、锂电池和太阳能供电模块；电源控制器分别与主控模块、锂电池和太阳能供电模块连接。
在本发明的基于5G网络的电力金具物联网监测***中，所述5G通信模块设有网关微处理器将ZigBee网络信号转化为5G网络信号。
本发明的一种基于5G网络的电力金具物联网监测***，至少具有以下有益效果：
(1)首次对电力金具这个电力***建筑过程中最基础、应用量最大的构件的工作状态进行监测，通过传感器对金具接触处的温度，拉力信息进行采集，可更好地保证电力***的安全性能。
(2)建立了一整套稳定可靠的数据收集网络平台，传感器采集到的监测数据被ZigBee路由节点收集，然后5G通信模块将监测数据通过5G网络实时、稳定传送给远端的监测中心。
(3)将前沿的5G技术与电力电网***结合在一起，利用5G技术高速率、高容量、高可靠性、低时延与低能耗等优势，可以将绵长的电网中海量的电力金具的工作状态反馈给监测中心。
附图说明
图1是本发明的一种基于5G网络的电力金具物联网监测***的结构示意图；
图2是本发明的检测单元的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种基于5G网络的电力金具物联网监测***，包括：依次连接的感知层、网络层和应用层。通过三个层配合来实现对电力金具运行状态的监测。首先感知层利用传感器元件对电力金具运行状态信息包括：拉力、温度、振幅、频率进行采集，并在安装时记录传感器位置，根据检测时传回的传感器编号确定传感器位置，以实现报警后的故障排查。网络层中将各个电力金具的传感器收集到的监测数据通过ZigBee路由节点发送给5G通信模块进行汇总，然后通过5G网络将监测数据上传到互联网并发送到应用层。应用层依据监测数据对电网运行状态进行分析管理，对数据进行存储、加密等。通过对大数据分析让工作人员及时、直观监测电力金具运行状态，保证数据安全和历史数据的可查询，及时对故障进行预警信息提醒，出现异常情况及时排查。
所述感知层由多个检测单元1构成，如图2所示，每个检测单元1都设有温度传感器11、拉力传感器12、振动传感器13、主控模块14、ZigBee射频模块15、电源控制器16、锂电池17和太阳能供电模块18。金具故障会导致温度和拉力的变化，所以选择温度和拉力两个参数进行监测，同时对振动信号进行监测。通过温度传感器11、拉力传感器12和振动传感器13对信号进行采集，通过ZigBee射频模块15进行ZigBee组网，通过ZigBee组网将采集到的数据传递到主控模块14进行处理，再通过ZigBee射频模块15发送到ZigBee路由节点2。电源为各个功能模块提供电能，本方案要对监测节点采集温度、拉力、振幅、频率多个信号，其中供电电源很重要，采用太阳能供电模块，其使用寿命不低于金具寿命。
具体实施时，温度传感器11、拉力传感器12和振动传感器13均连接到电力金具的连接节点处。用于实时检测电力金具温度、拉力、振幅和振动频率。主控模块14分别与温度传感器11、拉力传感器12和振动传感器13连接对温度信息、拉力信息、振幅和频率进行处理，ZigBee射频模块15与主控模块14连接将处理后的温度信息、拉力信息、振幅和频率发送给ZigBee路由节点2。电源控制器16分别与主控模块14、锂电池17和太阳能供电模块18连接。通过电源控制器16利用太阳能供电模块18向主控模块14供电并向锂电池17充电，当太阳能电力不足时通过锂电池向主控模块供电。
所述网络层包括ZigBee路由节点2和5G通信模块3，ZigBee路由节点2将多个检测单元1所采集的温度信息、拉力信息、振幅、频率以及传感器编号信息发送给5G通信模块3进行汇总。
在网络层上述的两种网络中数据传输的格式并不相同，这就带来一个传输问题。要使得两种格式的网络互通，必须进行网关设计，利用5G通信模块3的网关微处理器，对两种网络数据进行处理，实现网络数据的异构传输。网关微处理器对数据转换过程，其实质就是实现ZigBee协议和5G LTE协议之间相互转换。将工况下采集的温度、拉力、振幅和频率的ZigBee网络信息转化为5G网络信号通过5G通信模块3快速传输给应用层，期间要克服高压和特高压电网本身具有强磁场易受干扰等物理环境，还有风暴冰雪等自然灾害，监测节点的无线传感器具备超强的抗干扰能力，无论是强磁强电的物理环境还是恶劣的自然环境，都可以保证信号采集的精准度和无线信号传输的稳定完整性。
所述应用层包括数据处理单元4、数据存储单元5、加密单元6和报警单元7。数据处理单元4分别与5G通信模块3、数据存储单元5和报警单元7连接，加密单元6与数据存储单元5连接用于实现数据加密功能。
具体实施时，ZigBee路由节点2采集信号源的有效范围是在150米到300米之间。首先以直线传输为例，在直线传输过程中前后每三个电塔为一组，为节省成本选择把ZigBee路由节点2和5G通信模块3放在中间的电塔处使得信号覆盖面积最大化，这样就可以收集前后以及中间位置三个电塔的金具状态信息。如遇到转角塔则可以把ZigBee路由节点2和5G通信模块3安装在转角塔上，这样的设置可以使得5G通信模块能够覆盖更大的区域，工作原理同直线传输时一样。
电力金具是电力***建筑过程中最基础、应用量最大的构件之一，然而随着电力行业的飞速发展，现有电力金具产品在应用过程中的种种弊端逐渐凸显出来，金具的温度和拉力工作状态不能实时监测，一旦发生短路、断路故障会造成电网***及生产企业的重大损失。针对电力金具温升、拉断等不可预知故障，本发明将传感器监测***与电力金具集成设计，形成基于ZigBee与5G异构网络数据传输的监测***，利用5G网络具有高速率、高容量、高可靠性、低时延与低能耗等优势，电力***中的5G数据以光速传播可以将绵长电网中海量的电力金具状态信息实时的反馈给监测层，实时性好，可以及时反映电网金具的连接状态。提高了电网的智能化程度，推动我国电力金具行业更加健康快速发展。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于5G网络的电力金具物联网监测***，其特征在于，包括：依次连接的感知层、网络层和应用层；
所述感知层由多个检测单元构成，每个检测单元都设有温度传感器、拉力传感器和振动传感器，温度传感器、拉力传感器和振动传感器均连接到电力金具的连接节点处；
所述网络层包括ZigBee路由节点和5G通信模块，ZigBee路由节点将多个检测单元所采集的温度信息、拉力信息、振幅、频率以及传感器编号信息发送给5G通信模块进行汇总；
所述应用层包括数据处理单元、数据存储单元、加密单元和报警单元，数据处理单元分别与5G通信模块、数据存储单元和报警单元连接，加密单元与数据存储单元连接以对数据进行加密处理。
2.如权利要求1所述的基于5G网络的电力金具物联网监测***，其特征在于，所述检测单元还包括主控模块和ZigBee射频模块，主控模块分别与温度传感器、拉力传感器和振动传感器连接对温度信息、拉力信息、振幅和频率进行处理，ZigBee射频模块与主控模块连接将处理后的温度信息、拉力信息、振幅和频率发送给ZigBee路由节点。
3.如权利要求2所述的基于5G网络的电力金具物联网监测***，其特征在于，所述检测单元还包括电源控制器、锂电池和太阳能供电模块；电源控制器分别与主控模块、锂电池和太阳能供电模块连接。
4.如权利要求1所述的基于5G网络的电力金具物联网监测***，其特征在于，所述5G通信模块设有网关微处理器将ZigBee网络信号转化为5G网络信号。
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