01建设背景及现状
建设背景
随着疫情结束后，新基建领域掀起了新一轮的建设大潮，国内各企事业单位、市政、交通等电力单位、工矿企业等都将电力电缆作为主要的输电设备广泛应用。特别是近几年城市电网和农村电网改造以来，城市用地的紧张和电力走廊占地矛盾不断加深，同时客户对用电可靠性提出了更高的要求。而电缆线路有占地少、 供电可靠、运行维护简便、有利于美化城市等方面的优点，于是越来越多的电缆线路代替了架空线路成为输电线路的重要组成部分。
建设现状
电力设备向高电压等级、大容量发展，运行可靠性问题也日益突出，一旦发生停电故障对社会经济和居民生活造成的影响和损失也越来越大。2019年7月13日美国纽约曼哈顿中城区发生的大面积停电事故，共影响73000用户用电。以上几个国家电力供应的中断对社会的稳定、经济的发展都产生了很大影响，各国政府由此开始慎重考虑电力的供应安全及其相关问题。在我国广州、深圳、上海等经济发达地区，城市输配网电缆化率己达到 80%以上。电缆线路作为输电线路的重要组成部分，其安全的运行也是保障供电可靠的一重要方面。
特别是近年来户外环网柜在交通、市政、铁路等领域用途广泛，而这些低压柜普遍存在分布广、工作环境恶劣及巡检不便等情况，部分地区电力部门由于人、财、物的限制，超期运行、超负荷运行的电缆线路投入运行后得不到定期的检修维护、更换，这些电缆线路也不同程度的存在运行隐患，而且，目前对于这些环网柜的电缆维护还停留在人工定期巡检、定期停电检查的方式，不仅工作量大、生产力水平落后，而且无法做好故障发生及时进行预警。因此，推动电网自动化维护管理，对电缆的监测预警更是电力系统施工和设计单位的研究热点，本文就是一种基于电缆的监测预警和物联网技术相结合的主动式管理方案。
02相关术语
低压电缆
低压电缆由线芯、绝缘层和保护层三部分构成。线芯用于传导电流，一般由多股铜线或多股铝线绞合而成。低压电缆有单芯、双芯、三芯、四芯等几种。双芯电缆用于单相线路，三芯和四芯电缆分别用于三相三线制线路和三相四线制线路，单芯电缆可以按需要应用于单相制线路或三相制线路。常用的低压电缆线芯截面积有10，16，25，35，50，70，95，120，150，185，240mm等。
低压配电柜
低压配电柜的额定电流是交流50Hz，额定电压380V，它在配电系统中起到动力、照明及配电的电能转换及控制的作用。低压配电柜主要指靠近用户侧区电压为220V-380V的供电装置设施。区别于高压电网线缆架空，低压配电柜线缆主要通过敷设埋地或穿管进入到用户端，所以发生故障、盗窃损伤的概率也是最高的。
边缘计算主机
拥有强大的边缘计算能力，拥有支持远程自定义配置、远程部署、网关状态监控等技术于一体的内嵌网络操作系统的工业级物联网主机。边缘计算主机通过数据采集、数据过滤、数据加密、数据封装等一系列数据处理后，通过4G、5G、WIFI或有线的方式将数据上送至大数据平台，减少服务器计算压力。针对电缆低压端和用户端地域跨度大的情形，可以在每一侧部署边缘计算主机，实现分布式多点监测。
在线高精度温度探针
区别于传统的温度传感器，在配电柜等电气环境下，设备容易受静电、高温等干扰条件影响，导致设备测量失准或故障。本方案选择的该款探针采用国外进口温度探头，探针采用不锈钢包裹订制，屏蔽线采用不锈钢高密度编制的绝缘屏蔽层，1-5米可选，测温范围在0-600℃，精度为±0.5℃，测量精度不受中间材质影响，与被测对象直接接触即可测得温度，结构简单，占用空间小，通讯端子可直接与边缘计算网关相连，供电和通讯一体，保障24小时实时在线。
电流互感器
本电流互感器采用PBT注塑阻燃材质外壳，环氧树脂密封灌装，符合IP67三防标准，内部线匝采用085高端矽钢片，磁芯紧密，高导磁，铁损低，额定输出电流5A，精度等级0.2级，工作频率60HZ，性能卓越。
通讯端子可直接与边缘计算网关相连，供电和通讯一体，保障24小时实时在线。
线缆电气监测模块
线缆电气监测模块是针对0.4kV以下的TT、TN系统设计的智能电力装置，具有单、三相交流电测量、四象限电能计量、谐波分析、遥信输入、遥信输出功能4G无线通讯功能，通过对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理。
末端电压监测模块
该装置可在线监测用户末端电压信息，并通过有线/无线网络传递信息到中心节点，边缘计算主机根据线缆电气监测模块和末端电压监测模块采集到的数据进行分析，判断电缆是否被挖断或被盗窃。方便管理部门判断线缆运行状态，及时消除故障隐患，并把信息上报到远方集控中心，有利于提高各种地区的供电质量和用电安全。
03方案设计规划
方案设计范围
本方案主要设计范围为高速公路上沿线及重点区域连接供、配电设施及各类用电系统设备的电缆。公路沿线设施供、配电及用电设备主要包括高速公路上沿线低压配电柜和用于收费系统、照明系统、监控系统、计算机设备、信息屏等设备的配电柜。重点区域供、配电及用电设备主要包括各区域低压配电柜和收费区、生活区、养护区、服务区等区域的配电柜。
方案设计原则
a.标准化和模块化
集成系统的总体结构采用是标准结构化和模块化体系，既可使不同厂商的设备产品方便快捷的综合在一个平台上，施工快捷且使用方便；在软硬件配置上具备足够的拓展能力，使系统能在将来得以方便的扩充，满足通用性和可替换性。在站点、设备添加或删除的设计上采用可拖拽式编辑方式，形成模块化工具，方便用户操作，提高工作效率。
b.先进性原则
系统采用B/S架构体系，采用符合国际技术发展潮流的技术和产品，在设计和实施中都会为将来的系统扩容预留接口，这样的设计既可以保证前期工程和后继先进技术的衔接，使系统具有先进性。
c.实用性原则
系统建设以智能化为基础，充分考虑发展的需要来确定系统规模，在节省投资的同时，选择合适的技术和产品，使整个系统达到最佳的性价比。在实用性上充分考虑报表和操作功能，所见即所得的报表界面，给管理带来更大便利，操作扩展简单，功能导航和接口模块设计，使得操作和扩展更人性化。
d.可靠性原则
该平台与互联网以及其他信息网络的联接，将增加敏感信息被窃取、破坏的风险，从而增加对本工程的安全威胁，以及本工程中需要存储大量数据，所有信息都十分重要，所以，平台采用完善的冗余、应急和网络、数据安全性的方案，并保证数据、设备、模块、链路的安全、可靠运行。
e.开放性原则
在符合当前通用标准的前提下，提供各种层次的不同类型接口，实现硬件与硬件、硬件与软件、软件与软件、服务程序与客户端的底层数据调用。并应根据用户发展需要，不断接入融合新的软硬件子系统或设备，使平台得到不断完善。
f.易维护原则
在设备选择和子系统融合上应在确保系统的兼容性和稳定性的前提下，充分考虑采用标准化设备和子系统的深度融合，以及尽量采用即插即用性系统软硬件设备方便日常维护和运行管理，系统可远程升级，远程配置，多终端查看，具有易维护的特点。
方案设计架构
设计架构
电缆防盗预警电缆防盗预警物联网平台基于物联网、互联网+、大数据分析、边缘计算等前沿技术，构建了一套科学合理技术架构，目的是解决高速公路沿线供、配电设施设备相连的电缆关键数据（电压、电流、温度）的采集和融合，形成一套标准体系、构建一张全面感知网络、集成一个大数据应用中心、为用户打造一个高效、科学、先进、综合的物联网管理云平台。
为了适配现场用户不同的运用场景和安装条件，我们对传感器的种类和数据上传的方式都提供了各类可选组网方式。
有线设备有线上服务器方案组网
本组网适用于现场安装机柜或监测点位条件较为良好，并有与本地服务器通讯的通讯线（网线、光纤）的场景。
（可考虑在末端加装电压监测模块，与线缆电气监测模块配合，边缘计算主机采用智能算法，更加准确判断线缆运行状态，比如被挖断或被盗窃。）
有线设备无线上服务器方案组网
本组网适用于现场安装机柜或监测点位条件较为良好，但是现场无通讯线，敷设线缆较为困难的场景。本组网特别适合于现在高速公路的已投入使用的设施路段，不需要额外增加线缆敷设的施工成本。
（可考虑在末端加装电压监测模块，与线缆电气监测模块配合，边缘计算主机采用智能算法，更加准确判断线缆运行状态，比如被挖断或被盗窃。）
无线设备有线上服务器方案组网
本组网适用于现场安装机柜或监测点位条件较为苛刻，不方便用监测装置和传感器接线，但现场有与本地服务器通讯的通讯线（网线、光纤）的场景。
（可考虑在末端加装电压监测模块，与线缆电气监测模块配合，边缘计算主机采用智能算法，更加准确判断线缆运行状态，比如被挖断或被盗窃。）
无线设备无线上服务器方案组网
本组网适用于现场安装机柜或监测点位条件较为苛刻，不方便用监测装置和传感器接线，且现场无通讯线，敷设线缆较为困难的场景。
（可考虑在末端加装电压监测模块，与线缆电气监测模块配合，边缘计算主机采用智能算法，更加准确判断线缆运行状态，比如被挖断或被盗窃。）
04方案功能介绍
电缆监控及数据分析
平台首页
首页对各分布点设备和线路进行了数据汇总和统计，对接入设备数量、在线离线状态、告警等进行全面展示。
低压端详细信息
针对每个监测点位，进行点击后会进入下一级子菜单，能够详细查询该监测采集点位的具体电流、电压、温度、运行状态、运行周期变化、告警信息等相关参数信息。
电缆故障预警
可编辑链路拓扑图
针对高速公路沿线供、配电设备数量多，电缆线路复杂的特点，平台采用链路拓扑图的方式，高度还原整条线路或区域的电缆敷设范围和连接点位，让用户可以快速定位到故障点。
与此同时，平台增加了拓扑图的可编辑功能，提高了用户的可操作性，对平面地图上各个点位只需要拖动新增设备点和新增线路，就能快速复制链路，实现监测站点的新增、删除、移动等操作。
针对拓扑图在实景情况下存在交错复杂的情况，我们也可以点击概览模式，查看拓扑概览图，方便我们一眼就查看出正常和故障的节点和线路。
告警管理
告警概况
告警管理是电缆防盗预警物联网平台的基本功能模块，提供告警的设备分类统计功能，可以逐层定位具体的告警设备和告警内容，通过设备详情模块可以进一步分析告警成因。
告警界面提供告警概况功能，能直观展示告警数量、告警设备分类、告警分级方面的图表，并提供数据下钻功能，能直接点击查看告警实际情况。
告警呈现
告警方式：可根据告警级别提供不同的告警推送方式，如电话、声、光、短信、邮件、移动设备等告警推送方式；
告警分区：支持告警分区管理，通过告警分组、过滤功能，将告警发送给设定接收对象；
告警分级定义
系统应具备强大的报警级别报警功能，可区分四级报警，等级越高，其处理优先级越高：
一级告警：可能引发全局性供电安全及引起主要系统退出服务的告警定义为一级告警；
二级告警：可能对部分系统造成退出服务或运行性能下降的告警定义为二级告警；
三级告警：系统中发生的设备部件故障但不影响系统整体运行性能的告警定义为三级告警。
四级告警：系统中设备发送的维护提示性告警信息定义为四级告警。如：设备检修维护提示信息等。
其中，一级告警以红色标识，二级告警以橙色标识，三级告警以黄色标识，四级告警以淡蓝色标识。
告警处理
告警过滤功能：系统能对不需要做出反应的告警进行相应的过滤，过滤条件可以根据局站、设备、监控信号量等由用户进行设置。
告警屏蔽功能：系统能自动屏蔽由其它告警引起的非主要告警的功能，只呈现主要告警；当局站或设备处于工程状态时，设定屏蔽后告警信息不上传；当多地点、多设备、多事件并发时，不应丢失告警信息，告警信息准确率必须为100%。
告警延时设定功能：系统应具有当告警在延时的范围内消除时，将不上送告警，告警延时时间可由用户设定。
告警自动升级功能：系统应具有当告警产生后，在指定的时间内没有消除，可以设置升级到更高级的告警，如由一般告警升级到重要告警等，以便提醒值班人员的注意。
告警控制、查询统计
告警确认功能：发生告警时，应由值班人员进行告警确认。如果在规定时间内未确认，可根据设定条件通过电话、短信、语音等形式通知相关人员。
告警自动清除功能：告警发生后一段时间内又自动恢复，系统应自动清除告警窗内的显示并保存告警记录。
告警统计分析功能：系统应能对各种历史告警按区域、设备类型、信号类型、告警等级、发生时间、确认人员、确认时间等关键字段进行查询、统计和打印，同时能够查询与告警相关的遥测量及遥信量数据。
权限管理
用户管理
电缆防盗预警物联网平台提供用户及其权限配置管理功能，主要有以下几个方面：
用户管理用于对用户基本信息的维护，管理员可对用户信息进行增、删、改、查操作；用户可对自己的个人信息进行维护，如更改密码。
角色管理包括角色的增、删、改、查功能，用于根据功能划分对用户授权，比如角色可分为普通用户、系统管理员、超级管理员等。
工作组管理包括工作组的角色管理包括角色的增、删、改、查功能，用于数据授权。一个工作组可以拥有一个或多个页面，并可拥有一个或多个用户。利用工作组可快速给同组的用户授予相同的权限。
为不同的使用人员设置不同的使用权限和参数，可以限制用户访问主机资源，不同类型的用户只能访问相应的文件或应用，权限级别不少于三级。
支持多用户管理，不同用户在终端上只能看到对应权限的内容，同时用户可以自定义所需的主题。
报表、日志管理
报表管理
电缆防盗预警物联网平台提供丰富的报表功能，用户可根据自身需要选择生产单项或组合报表及曲线 ：
单项报表：要求指对系统内某一项参量生成的报表。报表内容按照模板自定义组合条件进行定制，包括参量选择、自定义报表时间段等，而报表格式则由系统根据参量特点自动选择；
组合报表：要求指对系统内某些关键参量进行统计分析并组合生成的报表。报表内容根据运营需要进行定制，报表格式可导出多种格式。组合报表分为内部工作报表和对外发布报表两大类，按时间段又可分为日报表、周报表和月报表等固定报表以及按时间段自定义的报表。
日志管理
电缆防盗预警物联网平台提供日志管理功能，主要有系统日子、操作日志、通知事件及对于日志自身安全的管理功能。提供了基于数据库的日志功能，实现对机房人员操作跟踪管理，日志不可修改。
移动端管理（可选）
手机软件APP
电缆防盗预警物联网平台提供通过授权移动终端用户（iOS 和 Android 系统）进行查看和运维的功能，从而提高管理质量、提高处理故障的管控力度、提高运维效率，用户可更加高效、准确地巡检，能更及时地了解相关设备和区域状况，从而实现更高效、更科学的管理。
微信推送
用户收到微信告警推送后，可直接单击此条信息进入设备详细参数和状态页面，大大提高了管理的效率。
