一种基于5G网络的电力金具物联网监测系统技术方案

本发明专利技术是一种基于5G网络的电力金具物联网监测系统，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。本系统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。

An Internet of things monitoring system for power fittings based on 5g network

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G网络的电力金具物联网监测系统
本专利技术属于物联网应用
，涉及一种基于5G网络的电力金具物联网监测系统。
技术介绍
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系统技术的应用，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。电力金具作为电力系统建筑过程中最基础、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系统造成极大的损失，严重制约着智能电网的发展。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于5G网络的电力金具物联网监测系统，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。本专利技术提供一种基于5G网络的电力金具物联网监测系统，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。在本专利技术的基于5G网络的电力金具物联网监测系统中，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。在本专利技术的基于5G网络的电力金具物联网监测系统中，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。在本专利技术的基于5G网络的电力金具物联网监测系统中，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。本专利技术的一种基于5G网络的电力金具物联网监测系统，至少具有以下有益效果：(1)首次对电力金具这个电力系统建筑过程中最基础、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，可更好地保证电力系统的安全性能。(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技术与电力电网系统结合在一起，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是本专利技术的一种基于5G网络的电力金具物联网监测系统的结构示意图；图2是本专利技术的检测单元的结构示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术的一种基于5G网络的电力金具物联网监测系统，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5GLTE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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于5G网络的电力金具物联网监测系统，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。

【技术特征摘要】
1.一种基于5G网络的电力金具物联网监测系统，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓岩，曹剑钊，张世邦，李颂华，魏超，王子男，高龙飞，王琦，邴绍丹，佟圣皓，孙畅，夏忠贤，王永华，胡彬彬，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，沈阳建筑大学工厂，
类型：发明
国别省市：辽宁,21