CN116086520A - 一种海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海底电缆登陆段分布式温度‑气压综合监测装置，包括：第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元，其中第一温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的1/8长度处；第二温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的3/8长度处；第三温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的5/8长度处；第四温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的7/8长度处，并且第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元用于采集海底电缆登陆段的温度‑气压数据。达到实时监测海底线缆登陆段温度气压信息的技术效果。

Description

一种海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置
技术领域
本发明涉及海底电力电缆运维技术领域，特别是涉及一种海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置。
背景技术
海底电缆作为海上风电能源送出的线路通道，是整个海上风电场的重要组成部分。由于海底电缆的造价和施工成本较高，所以其在整个海上风电场成本中占有一定的比重。海底电缆的可靠性直接影响海上风电场的安全运行。除了海底电缆的绝缘特性以外，海底电缆的发热特性严重影响着海底电缆的运行可靠性。
海上风电等新能源依靠海底电缆输送到陆上电网。海底电缆在工程中埋设于海底，从海底在登陆以后出现温升超标的问题。究其原因就是海底电缆登陆段的散热条件远不如海底。海底电缆登陆段，往往是电缆沟的结构。在电缆沟中电缆得不到有效的散热，仅能够依靠空气对流，以及与周边环境发生辐射热交换进行散热。从周边环境的角度而言，电缆沟周围的土壤地温较高，加上土壤导热性能差，会从一定程度上加剧电缆的发热。在环境温度飙升的情况下，电缆铠装和金属护套的损耗大于海底段电缆，所以海缆登陆段允许载流量一般只有海底段的六至七成。温升导致了电缆登陆段的载流瓶颈，电缆运行电流远低于设计载流水平，不仅未能充分发挥海底电缆的载流能力，还会给电缆的安全运行带来隐患。海上风电能源送出存在迫切需求，现阶段没有办法通过单纯增大海底电缆导体截面积来增加电缆载流能力。同时也没有办法通过新建电缆线路来扩容。上述做法大幅增加了工程投资，同样也会造成大量的资源浪费。
从运维的角度，运行人员迫切需要知道登陆段电缆沟中电缆温升变化以制定相应的运行策略。从保护电缆的角度需要实时地对电缆的温度进行监控，从而进行温升预警。从电缆增容的需求出发也需要对电缆的温度进行监控，以有针对性地采取电缆强制冷却措施。因此，针对长距离电缆登陆段，需要一种简捷、低成本的电缆温度监控***来满足上述的需求。
针对上述的现有技术中存在的无法实时监测海底电缆登陆电缆沟中的电缆温升变化，导致无法对海底电缆登陆段进行温升预警以及制定运行策略的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本公开提供了一种海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置，以至少解决现有技术中存在的无法实时监测海底电缆登陆电缆沟中的电缆温升变化，导致无法对海底电缆登陆段进行温升预警以及制定运行策略的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置，包括：第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元，其中
第一温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的1/8长度处；
第二温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的3/8长度处；
第三温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的5/8长度处；
第四温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的7/8长度处，并且
第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元用于采集海底电缆登陆段的温度-气压数据。
可选地，第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元内分别设置有三相电缆，并且三相电缆的每个电缆的上下左右分别设置有T型热电偶。
可选地，第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元的电缆沟左右两侧以及电缆沟底部还分别设置有T型热电偶。
可选地，第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元的电缆沟底部设置有气压变送器。
可选地，还包括：终端设备，其中终端设备通过LoRa无线通讯技术与第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元进行通信连接，用于接收采集的温度-气压数据。
可选地，第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元还配置用于每秒将一帧温度-气压数据进行加密传输至终端设备。
可选地，加密的加密格式包括：2个字节的特殊帧头、2个字节的设备识别码、30个字节的温度测量数据以及2个字节的气压测量数据。
从而，本申请通过将温度气压检测单元分别设置在海底线缆登陆段的不同位置处采集温度-气压数据，达到实时监测海底线缆登陆段温度气压信息的技术效果。可为海底电缆实时的温度和压力状态提供有效的监测手段。可以根据监测数据提供有效的实时温度预警功能，也可以提供温度曲线变化趋势的预警。同时，不同位置的温度和气压监测数据可为海底电缆工程提供更精细的温度特性的运行数据，从而辅助制订海底电缆的最大运行电流。海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置也可以为主动降温手段提供控制的输入数据，从而服务于电缆运维。进而解决现有技术中存在的无法实时监测海底电缆登陆电缆沟中的电缆温升变化，导致无法对海底电缆登陆段进行温升预警以及制定运行策略的技术问题。
根据下文结合附图对本发明的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明实施例所述的海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置的示意图；
图2是根据本发明实施例所述的温度气压监测单元的示意图；
图3是根据本发明实施例所述的数据加密传输的示意图。
其中，第一温度气压监测单元10、第二温度气压监测单元20、第三温度气压监测单元30、第四温度气压监测单元40、终端设备50。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图1是根据本发明实施例的海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置的示意图。其中，海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置，包括：第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元，其中
第一温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的1/8长度处；
第二温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的3/8长度处；
第三温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的5/8长度处；
第四温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的7/8长度处，并且
第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元用于采集海底电缆登陆段的温度-气压数据。
正如背景技术中所述的，从运维的角度，运行人员迫切需要知道登陆段电缆沟中电缆温升变化以制定相应的运行策略。从保护电缆的角度需要实时地对电缆的温度进行监控，从而进行温升预警。从电缆增容的需求出发也需要对电缆的温度进行监控，以有针对性地采取电缆强制冷却措施。因此，针对长距离电缆登陆段，需要一种简捷、低成本的电缆温度监控***来满足上述的需求。
有鉴于此，参考图1所示，本申请通过4个温度-气压监测分机位于海缆登陆段的1/8长度处、3/8长度、5/8长度、7/8长度处。每个分机负责测点的温度和气压的测量，达到实时监测海底线缆登陆段温度气压信息的技术效果。可为海底电缆实时的温度和压力状态提供有效的监测手段。可以根据监测数据提供有效的实时温度预警功能，也可以提供温度曲线变化趋势的预警。同时，不同位置的温度和气压监测数据可为海底电缆工程提供更精细的温度特性的运行数据，从而辅助制订海底电缆的最大运行电流。海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置也可以为主动降温手段提供控制的输入数据，从而服务于电缆运维。进而解决现有技术中存在的无法实时监测海底电缆登陆电缆沟中的电缆温升变化，导致无法对海底电缆登陆段进行温升预警以及制定运行策略的技术问题。
可选地，参考图2所示，第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元内分别设置有三相电缆，并且三相电缆的每个电缆的上下左右分别设置有T型热电偶。其中，三相电缆表面上、下、左、右等4个不同位置的T型热电偶温度传感器12个T1～T12。
可选地，参考图2所示，第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元的电缆沟左右两侧以及电缆沟底部还分别设置有T型热电偶T13～T15。监测单元通过15个热电偶单元对电缆表面以及电缆沟的不同位置进行综合的温度监测，可以较为全面地反映电缆沟断面的温度分布以及温度随时间的变化趋势。
可选地，参考图2所示，第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元的电缆沟底部设置有气压变送器P。通过在电缆沟底部安装气压监测单元可以有效的监控电缆沟内的气压变化，为实施强制风冷提供气压的监测数据。
可选地，参考图1所示，还包括：终端设备，其中终端设备通过LoRa无线通讯技术与第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元进行通信连接，用于接收采集的温度-气压数据。其中终端设备可以是海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测***主机。主机和温度气压监测单元之间通过无线通讯技术实现数据传输，从而避免了有线传输需要布线的缺陷。
可选地，参考图3所示，第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元还配置用于每秒将一帧温度-气压数据进行加密传输至终端设备。
可选地，参考图3所示，加密的加密格式包括：2个字节的特殊帧头、2个字节的设备识别码、30个字节的温度测量数据以及2个字节的气压测量数据。
具体地，监测单元对监测得到的15组温度数据和1组气压数据进行无线上传。数据协议中还加入了2字节的帧头识别码以及2字节的设备识别码，并进行了偶数位取反的加密策略。主机和监测单元之间按每秒钟一帧的频率进行数据传输，可以及时有效的反映电缆沟内不同位置的温度变化和气压变化，可以为电缆运维提供实时温升预警的功能，也可以通过数据分析发现电缆沟内温度和气压的变化趋势，从而更好地服务于电缆的强制风冷降温。
进一步地，主机接收在接收数据，按数据协议进行解码，取得各监测点的温度和气压数据，然后形成各温度测点的温度-气压曲线。海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置可为海底电缆实时的温度和压力状态提供有效的监测手段。主机根据监测数据提供有效的实时温度预警功能，也可以提供温度曲线变化趋势的预警。同时，不同位置的温度和气压监测数据可为海底电缆工程提供更精细的温度特性的运行数据，从而辅助制订海底电缆的最大运行电流。海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置也可以为主动降温手段提供控制的输入数据，从而服务于电缆运维。
此外，温度和气压的传感器可以将温度和气压转化成为标准的电压进行输出。温度、气压监测单元传感器的数据送出和主机接收方案示意图如图3所示。4个温度-气压监测单元以每秒钟发送一帧数据的频率向主机发送数据。每一帧的数据由2字节的特征帧头(A55A)、2字节的设备识别码、30个字节的温度测量数据(T1～T15共15个数据，共30字节)，以及2字节的气压测量数据组成。主机在接收到数据以后按照特征帧头、设备识别码辨识数据的有效性已经对应的测量单元。确认数据有效后得到温度和气压的测量数据。为了保证数据的加密性，每一帧数据的偶数字节进行了取反。所以在主机接收到数据以后，需要相应地对偶数字节数据进行取反方能取得原始的正确数据。
从而，本申请通过将温度气压检测单元分别设置在海底线缆登陆段的不同位置处采集温度-气压数据，达到实时监测海底线缆登陆段温度气压信息的技术效果。可为海底电缆实时的温度和压力状态提供有效的监测手段。可以根据监测数据提供有效的实时温度预警功能，也可以提供温度曲线变化趋势的预警。同时，不同位置的温度和气压监测数据可为海底电缆工程提供更精细的温度特性的运行数据，从而辅助制订海底电缆的最大运行电流。海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置也可以为主动降温手段提供控制的输入数据，从而服务于电缆运维。进而解决现有技术中存在的无法实时监测海底电缆登陆电缆沟中的电缆温升变化，导致无法对海底电缆登陆段进行温升预警以及制定运行策略的技术问题。
此外，本发明提出一种海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置，通过1个主机和4个温度气压监测单元实现了海底电缆登陆段温度-气压的综合监测。主机和监测单元之间通过无线通讯技术实现数据传输，从而避免了有线传输需要布线的缺陷。监测单元通过15个热电偶单元对电缆表面以及电缆沟的不同位置进行综合的温度监测，可以较为全面地反映电缆沟断面的温度分布以及温度随时间的变化趋势。通过在电缆沟底部安装气压监测单元可以有效的监控电缆沟内的气压变化，为实施强制风冷提供气压的监测数据。监测单元对监测得到的15组温度数据和1组气压数据进行无线上传。数据协议中还加入了2字节的帧头识别码以及2字节的设备识别码，并进行了偶数位取反的加密策略。主机和监测单元之间按每秒钟一帧的频率进行数据传输，可以及时有效的反映电缆沟内不同位置的温度变化和气压变化，可以为电缆运维提供实时温升预警的功能，也可以通过数据分析发现电缆沟内温度和气压的变化趋势，从而更好地服务于电缆的强制风冷降温。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置，其特征在于，包括：第一温度气压监测单元、第二温度气压监测单元、第三温度气压监测单元以及第四温度气压监测单元，其中
所述第一温度气压监测单元设置于海底电缆登陆段的1/8长度处；
所述第二温度气压监测单元设置于所述海底电缆登陆段的3/8长度处；
所述第三温度气压监测单元设置于所述海底电缆登陆段的5/8长度处；
所述第四温度气压监测单元设置于所述海底电缆登陆段的7/8长度处，并且
所述第一温度气压监测单元、所述第二温度气压监测单元、所述第三温度气压监测单元以及所述第四温度气压监测单元用于采集所述海底电缆登陆段的温度-气压数据。
2.根据权利要求1所述的海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置，其特征在于，所述第一温度气压监测单元、所述第二温度气压监测单元、所述第三温度气压监测单元以及所述第四温度气压监测单元内分别设置有三相电缆，并且所述三相电缆的每个电缆的上下左右分别设置有T型热电偶。
3.根据权利要求1所述的海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置，其特征在于，所述第一温度气压监测单元、所述第二温度气压监测单元、所述第三温度气压监测单元以及所述第四温度气压监测单元的电缆沟左右两侧以及电缆沟底部还分别设置有T型热电偶。
4.根据权利要求1所述的海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置，其特征在于，所述第一温度气压监测单元、所述第二温度气压监测单元、所述第三温度气压监测单元以及所述第四温度气压监测单元的电缆沟底部设置有气压变送器。
5.根据权利要求1所述的海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置，其特征在于，还包括：终端设备，其中
所述终端设备通过LoRa无线通讯技术与所述第一温度气压监测单元、所述第二温度气压监测单元、所述第三温度气压监测单元以及所述第四温度气压监测单元进行通信连接，用于接收采集的所述温度-气压数据。
6.根据权利要求5所述的海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置，其特征在于，所述第一温度气压监测单元、所述第二温度气压监测单元、所述第三温度气压监测单元以及所述第四温度气压监测单元还配置用于每秒将一帧所述温度-气压数据进行加密传输至所述终端设备。
7.根据权利要求6所述的海底电缆登陆段分布式温度-气压综合监测装置，其特征在于，所述加密的加密格式包括：2个字节的特殊帧头、2个字节的设备识别码、30个字节的温度测量数据以及2个字节的气压测量数据。
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