專利名稱：地下監(jiān)視系統(tǒng)和方法
地下監(jiān)^L系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
高密度城市區(qū)域經(jīng)常使用地下網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格(network grid )來分布 電力。在這種情況下，變壓器網(wǎng)格把來自變電站的高電壓(13kV或 更高)饋電轉(zhuǎn)換為副邊低電壓(600V以下， 一般是120V)。這些副 邊導(dǎo)體并聯(lián)連接，提供了冗余鏈路。副邊導(dǎo)體通常是具有橡膠/氯丁橡 膠絕緣材料的500 MCM銅。典型的變壓器室(vault )或服務(wù)箱(service box)將包含三相服務(wù)，并且每一相將由來自網(wǎng)絡(luò)變壓器的兩條平行 的500 MCM導(dǎo)體組成。通常有兩組或更多組三相服務(wù)，也是并聯(lián)連 接。因此，可能會(huì)有6、 12或18條500 MCM銅線，每一相是2、 4 或6條電線。中性線也被并聯(lián)，但是有時(shí)候沒有這么多導(dǎo)體。
盡管網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格系統(tǒng)非常可靠，但仍需要定期維護(hù)，并且的確會(huì)發(fā) 生設(shè)備故障。由于安全問題以及與后勤有關(guān)的問題(如阻塞交通，打 開焊住的進(jìn)人孔蓋等)所致，進(jìn)入地下變壓器室昂貴且耗時(shí)。因此， 電站經(jīng)常無法經(jīng)濟(jì)地監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的狀態(tài)。
一種故障類型是電纜故障。當(dāng)發(fā)生電纜故障時(shí)，極高的電流流動(dòng)， 這經(jīng)常對該電纜、甚至附近的電纜造成嚴(yán)重破壞。為防止這種情況， 使用了電纜限制器(limiter)。它們是快速致動(dòng)的熔絲，這些熔絲被 設(shè)計(jì)成在電纜絕緣材料本身被破壞之前開路。它們不是為過載保護(hù)而 只是為故障電流保護(hù)設(shè)計(jì)的。它們一般在副邊網(wǎng)格的每一個(gè)交叉點(diǎn)和 接入點(diǎn)處被與每一個(gè)導(dǎo)體串聯(lián)放置。這么做最大限度地減少了故障之 后所需的維修工作，并限制了對單個(gè)故障電纜的破壞。
網(wǎng)格的冗余性質(zhì)確保了如果單個(gè)電纜故障，則限制器將其從電路 中去除，并且剩下的電纜吸收負(fù)載。當(dāng)隨著時(shí)間發(fā)生更多的故障時(shí)， 副邊網(wǎng)絡(luò)的容量逐漸退化。由于網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)工作，并且地下電纜檢查非 常昂貴，所以電站沒有簡便的方法來確定這發(fā)生的有多快，或者故障電纜在網(wǎng)絡(luò)中位于何處。

發(fā)明內(nèi)容
一種地下監(jiān)視系統(tǒng)，包括 一個(gè)或更多個(gè)被配置成監(jiān)視地下電氣 系統(tǒng)的傳感器；被配置成監(jiān)視所述一個(gè)或更多個(gè)傳感器的處理器；和 被配置成當(dāng)處理器檢測到一種條件時(shí)發(fā)送警告的警告設(shè)備。處理器可 以被配置成記錄一個(gè)或更多個(gè)傳感器檢測到的條件供以后傳輸給用 戶。傳輸可以是定期的或者偶發(fā)的，并且可以由處理器或者用戶發(fā)起。 此外，用戶可以是本地的或者是遠(yuǎn)程的。
在這里描述了額外的特征和優(yōu)點(diǎn)，并且根據(jù)下面的詳細(xì)描述和附 圖，它們將會(huì)清晰。


圖l是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的地下監(jiān)視系統(tǒng)的框圖。 圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的監(jiān)視設(shè)備的框圖。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種地下監(jiān)視系統(tǒng)。地下監(jiān)視系統(tǒng)優(yōu)選 地為電站提供了測量和記錄地下副邊分布系統(tǒng)的很多不同方面的便 利方法；但是，地下監(jiān)視系統(tǒng)可以給任何合適的實(shí)體提供任何合適的 特征。在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)用來找出地下網(wǎng)絡(luò)中開路的限制器和 /或故障電纜。在另一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)監(jiān)視分布系統(tǒng)的其他參數(shù)， 例如電壓電力質(zhì)量、有害的接觸電壓、定向功率流動(dòng)、系統(tǒng)阻抗，和 /或任何其他合適的參數(shù)或值。在另一個(gè)實(shí)施例中，其他裝備被監(jiān)視， 例如變壓器、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器、蒸汽和煤氣裝備，陰極保護(hù)系統(tǒng)，和/或環(huán) 境參數(shù)，例如溫度、濕度、油位和水位，和/或任何其他合適的裝備或 環(huán)境參數(shù)。
圖1-2中示出了一個(gè)實(shí)施例。監(jiān)^L系統(tǒng)100包含一個(gè)或更多個(gè) 監(jiān)視設(shè)備102。監(jiān)視設(shè)備102能夠?qū)㈥P(guān)于其監(jiān)視的條件的信息傳遞到讀取器104(例如，PC或PDA)。如圖2中所示，監(jiān)視設(shè)備200可 包括一個(gè)或更多個(gè)傳感器202。傳感器202可以監(jiān)視電力線系統(tǒng)208 的條件、環(huán)境條件或任何其他合適的條件。監(jiān)視設(shè)備200也可以包括 傳送器204，傳送器204把信息傳送到另一個(gè)設(shè)備206。傳輸可以是 有線的或無線的，并且其他設(shè)備206可以是中繼器、橋接器、另一個(gè) 監(jiān)視設(shè)備200、 PDA或任何其他合適的設(shè)備。此外，監(jiān)視設(shè)備可以位 于地下或任何其他合適的位置。類似地，其他設(shè)備206可位于地面以 上或任何其他合適的位置。
在一個(gè)實(shí)施例中，地下監(jiān)視系統(tǒng)包括用于控制系統(tǒng)的其他所有部 分的微處理器；但是，微處理器不是必需的，或者可以具有任何合適 的控制能力和/或職責(zé)。該系統(tǒng)最好還包括電源(例如，線電壓、電流 或電池供電或任何其他合適的電源)。該系統(tǒng)還可以包括電壓和電流 變換器；但是，這種變換器不是必需的。系統(tǒng)還可以包括用于地下導(dǎo) 體狀態(tài)和其他警告狀態(tài)的VLF信標(biāo)系統(tǒng)；但是，并不要求該系統(tǒng)包 括這樣的信標(biāo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包括不同類型的信標(biāo)系統(tǒng)和/或該系統(tǒng) 可以包括具有任何合適功能的信標(biāo)系統(tǒng)。作為選擇，該系統(tǒng)可以包括 用于VLF網(wǎng)絡(luò)消息傳遞或任何其他合適目的的VLF收發(fā)器，但是， 這樣的收發(fā)器不是必需的，而可以包括任何合適類型的收發(fā)器。
在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括接觸電壓監(jiān)視器、副邊導(dǎo)體監(jiān)視器 和/或電力質(zhì)量監(jiān)視器；但是，這樣的監(jiān)視器不是必需的。在一個(gè)實(shí)施 例中，該系統(tǒng)包括用于功率流監(jiān)視或任何其他合適的目的的電壓相角 變換器；但是，這樣的變換器不是必需的。
在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括用于數(shù)據(jù)下載或任何其他合適的目 的的高速RF鏈路，但是，這樣的鏈路不是必需的，而可以包括任何 其他合適的鏈路。在各種實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括與任何其他合適的數(shù) 字裝備(如網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器中繼器或任何其他合適的接口或裝備)的接口； 但是，這樣的接口不是必需的。此外，在各種實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括 任何其他合適的傳感器或監(jiān)視，例如陰極保護(hù)監(jiān)視、溫度傳感器、濕 度傳感器、水位傳感器，變壓器監(jiān)視、功率流傳感器、NP中繼監(jiān)視和/或任何其他合適的傳感器或監(jiān)視；但是，這樣的傳感器或監(jiān)視并不 是必需的。
在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括VLF-WAN橋接器；但是，該系 統(tǒng)可以包括任何其他合適的橋接器，并且不要求具有這樣的橋接器。 在另一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括高速RF-WAN橋接器；但是，該系 統(tǒng)可以包括任何其他合適的橋接器，并且不要求具有這樣的橋接器。
該系統(tǒng)最好包括用于數(shù)據(jù)管理和分析或者任何其他合適的目的 的軟件(例如，PC軟件或任何其他合適的軟件)；但是，這樣的軟 件并不是必需的。在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括供(與VLF無線電 和/或高速RF收發(fā)器或任何其他合適的傳輸機(jī)制)在現(xiàn)場使用或用于 任何其他合適的目的的軟件(例如，PDA軟件或任何其他合適的軟 件)；但是，這樣的軟件不是必需的。在另一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包 括電力線通4言(power line communication, PLC)收發(fā)器；但是，這 樣的收發(fā)器不是必需的。
在各種實(shí)施例中，通過包括、排除、或者包括但不使用系統(tǒng)的上 述設(shè)備、特征和/或功能中的一個(gè)或更多個(gè)，使得所述電站能夠選擇在 一個(gè)或更多個(gè)位置存在的監(jiān)視的數(shù)量。例如，當(dāng)將實(shí)施例應(yīng)用于一個(gè) 或更多個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器、變壓器和其他裝備的變壓器室時(shí)，可能期 望具有很多個(gè)上述設(shè)備、特征和/或功能，而當(dāng)把實(shí)施例應(yīng)用于一個(gè)或 更多個(gè)只具有副邊導(dǎo)體和限流器的地下接線箱時(shí)，由于成本或其他考 慮，則可能期望具有較少的設(shè)備、特征和/或功能(例如，微處理器、 電源、電流和/或電壓變換器、信標(biāo)系統(tǒng)和副邊導(dǎo)體監(jiān)視器或任何其他 合適的成套設(shè)備、功能和/或功能)。但是，在實(shí)施例的任何合適的應(yīng) 用中，在地下監(jiān)視系統(tǒng)中可以包括上述或其他部件的任何合適的組 合。部件在其被設(shè)計(jì)和/或配置后，最好可以被添加到地下監(jiān)視系統(tǒng)。 但是，地下監(jiān)視系統(tǒng)可以是完整的，和/或在建立后不允許添加。 VLF-WAN橋接器、高速RF-WAN橋接器和各種軟件部件最好不要 安裝在地下。但是，任何部件可以被安裝在任何合適的位置。例如， 如果在地下可獲得WAN連接或任何其他條件使得期望這種安裝，則任一橋接器可以安裝在地下。
優(yōu)選地，微處理器監(jiān)管所有安裝的部件。但是，微處理器可以監(jiān) 管少于所有已安裝的部件。優(yōu)選地，每一個(gè)已安裝的部件執(zhí)行其自身 的監(jiān)視和記錄功能，所述功能可以利用微處理器實(shí)施，或者可以利用 部件自身單獨(dú)的微處理器實(shí)施。但是，可以由任何合適的設(shè)備，以任
何合適的方式監(jiān)視和記錄一個(gè)或更多個(gè)已安裝的部件。如果一種功能
使用了單獨(dú)的微處理器，則處理器間通信最好利用RS-232、 USB或 某種其他的本地協(xié)議；但是，可以使用任何合適的通信協(xié)議。在一個(gè) 實(shí)施例中，孩i處理器可以是運(yùn)行Windows CE的ARM或Xscale處理 器，起到其他部件的樞紐的作用；但是，可以使用任何合適的微處理 器或電子電路。在另一實(shí)施例中，微處理器是與電力質(zhì)量監(jiān)視器中所 用的相同的處理器；但是，不要求電力質(zhì)量監(jiān)視器使用相同的處理器。 在又一個(gè)實(shí)施例中，DSP可以作為處理器工作；但是DSP不是必需 的，和/或可以以任何其他合適的方式工作。
優(yōu)選地，微處理器監(jiān)視所有安裝的部件，并執(zhí)行任何必要的記錄 (如果未被部件本身記錄)。但是，除了部件本身記錄和監(jiān)視以外或 代替部件本身記錄和監(jiān)視，微處理器可以監(jiān)視和記錄已安裝部件的任 何子集。如果已安裝，則微處理器最好使用VLF信標(biāo)發(fā)送警告警報(bào)， 但是可以用任何合適的方式發(fā)送警告。如果安裝了 VLF通信系統(tǒng)， 則除了信標(biāo)警報(bào)以外或者代替信標(biāo)警報(bào)，或者以任何其他合適的方 式，微處理器可以通過VLF通信系統(tǒng)來發(fā)送警報(bào)消息。在一個(gè)實(shí)施 例中，微處理器還可以利用與其自身的數(shù)字接口的數(shù)字接口，或者以 任何其他合適的方式，監(jiān)視和記錄來自其他裝備的信息。 一個(gè)例子將 是到網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器中繼器的連接，在一個(gè)實(shí)施例中，微處理器可以記錄 中繼操作、相差電壓或任何其他合適的可記錄信息，并且也可以使用 VLF-WAN或RF-WAN橋接器或者以任何其他合適的方式起到中繼 器和其他通信鏈路之間的橋接器的作用。在另一個(gè)實(shí)施例中，微處理 器可以使用任何其他合適的傳感器或以任何其他合適的方式測量和/ 或記錄任何合適的模擬傳感器和變換器。在一個(gè)實(shí)施例中，電站人員最好定期步行或乘車或以任何其他合
適的方式，使用PC軟件或PDA軟件和合適的接收器或使用任何其他 合適的設(shè)備和/或軟件，巡視整個(gè)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格或其一部分。任何信標(biāo)警報(bào) 最好可以由電站工人進(jìn)行檢查。在一個(gè)實(shí)施例中，如果已安裝高速 RF鏈路(如藍(lán)牙或WiFi),則電站工人可以使用其連接到設(shè)備，或 者以任何其他合適的方式連接到設(shè)備。利用這個(gè)高速連接，用戶可以 下載記錄的數(shù)據(jù)而無需進(jìn)入變壓器室。由于高數(shù)據(jù)速率時(shí)的射頻傳播 限制或任何其他合適的約束條件，用戶最好靠近到天線的視線 (line-of-sight)，天線通常將會(huì)位于進(jìn)人孔或格柵的正下方。但是， 用戶可以以任何合適的方式獲得高數(shù)據(jù)速率或較慢的數(shù)據(jù)速率。
在一個(gè)實(shí)施例中，其中VLF-WAN橋接器可用并且已安裝VLF 信標(biāo)，則在電站辦公室可以接收到警報(bào)信標(biāo)而無需接近地下位置。橋 接器接收到的信標(biāo)消息被通過WAN或者以任何其他合適的方式中繼 回到電站。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，其中VLF-WAN橋接器可用并且已安裝VLF 收發(fā)器，則在電站辦公室和地下位置之間雙向通信是可能的。在這種 配置中，橋接器最好在電站PC網(wǎng)絡(luò)和地下VLF網(wǎng)絡(luò)(其端點(diǎn)為微處 理器)之間傳遞雙向業(yè)務(wù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，WAN網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)或者WiFi網(wǎng)絡(luò)、例如哈 齊爾坦(Hazeltine )系統(tǒng)的低速電力線栽波系統(tǒng)，或者任何其他合適 的網(wǎng)絡(luò)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，其中已安裝了高速RF鏈路并且已安裝了高 速RF-WAN橋接器，則在微處理器和電站W(wǎng)AN之間可以交換高速 數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，使用藍(lán)牙收發(fā)器和藍(lán)牙-以太網(wǎng)橋接器。在 這個(gè)實(shí)施例中，藍(lán)牙收發(fā)器最好位于地下(直接或間接連接到微處理 器)，而橋接器最好在地面以上，連接到WAN。但是，可以以任何 合適的方式安置收發(fā)器和橋接器。收發(fā)器的天線最好在進(jìn)人孔蓋或者 金屬柵格的下方， 一些視線暴露給橋接器的天線，橋接器的天線可以 固定在建筑物或電線桿上。或者，可以以任何合適的方式安置和放置上面的部件。
在各種實(shí)施例中，WAN鏈路是蜂窩調(diào)制解調(diào)器連接、數(shù)字蜂窩 連接(例如CDMA、 EVDO等)、衛(wèi)星RF鏈路或者任何其他合適的 鏈路或者連接。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用PC軟件或任何其他合適的軟件分析和存 儲(chǔ)從微處理器收集的數(shù)據(jù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，PDA軟件或任何其他 合適的軟件也可以顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且在存在高速鏈路的情況下通過 高速鏈路下載數(shù)據(jù)，或者在存在信標(biāo)系統(tǒng)和/或收發(fā)器的情況下通過信 標(biāo)系統(tǒng)和/或收發(fā)器接收低速數(shù)據(jù)和警報(bào)。
在各種實(shí)施例中，微處理器最好是所有其他部件的中央控制，但 是，可以采用任何不同的合適的控制形式。微處理器(或處理器)可 以是低功率微處理器或者DSP、嵌入式Linux或Windows CE系統(tǒng)或 任何其他合適的系統(tǒng)或處理設(shè)備。處理器可以被與另 一個(gè)部件或部件 的處理器(例如電力質(zhì)量監(jiān)視器或任何其他合適的設(shè)備)共享。
優(yōu)選地，微處理器監(jiān)視所有其他部件，并且作為選擇，記錄來自 其他部件的數(shù)據(jù)，但是，微處理器可以監(jiān)視部件的任何合適的子集， 并且記錄數(shù)據(jù)并非是必需的。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器管理并路由其 他部件和外部鏈路之間的所有通信，但是，這些管理和路由不是必需 的。
在一個(gè)實(shí)施例中，微處理器具有用于數(shù)據(jù)時(shí)間標(biāo)記的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 在另 一個(gè)實(shí)施例中，處理器通過任何合適的通信機(jī)制從外部來源接收 定時(shí)信息。
在各種實(shí)施例中，實(shí)施了幾種電源選項(xiàng)。線電壓電源是優(yōu)選的電 源，并被針對60 - 600 VAC輸入范圍設(shè)計(jì)，與電力質(zhì)量監(jiān)視器的類似； 但是，該電源可以是任何合適的電源，并且可以具有任何合適的設(shè)計(jì) 和/或輸入范圍。
在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括長壽命鋰電池，或者是一次性的或
者是可充電的，或者任何其他合適的功率源。電池最好在斷電期間提 供功率(如果線電壓電源或其他電源也存在)；但是，電池可以在任何合適的時(shí)間提供功率。如果電池是唯一的功率源，則整個(gè)設(shè)備最好
運(yùn)行在低功率模式，只定期采樣以節(jié)約電池電力；但該設(shè)備可以以任 何合適的方式運(yùn)行。當(dāng)警告條件出現(xiàn)時(shí)，使用信標(biāo)發(fā)射器定期發(fā)送警 報(bào)，最好用功率節(jié)省模式；但是，在各種實(shí)施例中，信標(biāo)可以以任何 合適的方式工作。如果該單元正在使用電池電力，則最好把信標(biāo)傳輸 基本上保持在最低限度以節(jié)約電池電力。最好減少信標(biāo)傳送時(shí)間和重 復(fù)率。最好是幾年的電池壽命；但是電池可以具有任何合適的預(yù)期或 實(shí)際壽命。這個(gè)實(shí)施例的設(shè)備最好抽取極少的功率，直到導(dǎo)體變成開 路(例如，如副邊導(dǎo)體監(jiān)視器確定的那樣)或聲明任何其他合適的警 告條件。然后，信標(biāo)消耗相對大量的功率。微處理器最好被編程或配 置以使信標(biāo)能夠定期傳送足夠長時(shí)間供電站來檢測信標(biāo)。例如，如果 電站每個(gè)月針對信標(biāo)檢視網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格一次，則電池最好給信標(biāo)發(fā)射器供 電至少一個(gè)月，以確保電站在電池用盡之前將檢測到信標(biāo)。 一旦電站 檢測到信標(biāo)，則開路的導(dǎo)體被替換，或其他警告條件被檢查，并且設(shè) 備電池可被替換或重新充電。如果電池被密封在該單元中，則可以替 換整個(gè)套件。應(yīng)當(dāng)注意，電池可以具有比電站試圖檢測信標(biāo)之間的預(yù) 期或?qū)嶋H間隔更長的壽命，以提供更大的確定性，即意外的短壽命電 池或信標(biāo)檢查之間的意外長間隙不會(huì)導(dǎo)致漏掉信標(biāo)。
在各種實(shí)施例中，除了線電壓源以外，或者代替線電壓源，可以 使用從副邊導(dǎo)體的外磁場抽取功率的電源。由于運(yùn)行設(shè)備的平均功率 最好非常低(通常低于一瓦——但是，設(shè)備可能要求任何合適的功率 量)，可以利用拾取線圏(pickup coil)從外磁場分流足夠的功率來 提供設(shè)備功率。拾取線圏可以被集成到電流 變換器中，在這種情況下， 可以使用鐵芯變換器替代Rogowski線圏；但是，可以以任何合適的 方式實(shí)施這樣的基于感應(yīng)的或者其他利用電磁力的功率源。
或者，如果在進(jìn)人孔中或者任何其他合適的位置可獲取外部AC 或DC源，則可以從外部AC或DC源給該單元供電。在各種實(shí)施例 中，整個(gè)設(shè)備的一個(gè)或更多個(gè)電源部件可以與來自可選部件的電源共 享(例如電力質(zhì)量監(jiān)視器可以包括能夠給整個(gè)設(shè)備供電的線電壓電源)。
各種實(shí)施例具有各種電源配置，并且在各種實(shí)施例中，只有當(dāng)存 在某些功率模式時(shí)，各種特征和/或部件才可用。例如，在一個(gè)實(shí)施例
中，只有當(dāng)基于線電壓功率工作時(shí)，RF鏈路才可以工作。在另一個(gè) 實(shí)施例中，信標(biāo)發(fā)射器可以依賴于可用功率源而不同地工作(例如不 同的功率水平、調(diào)制技術(shù)，等等)。
在一個(gè)實(shí)施例中，電源可以包括儲(chǔ)能構(gòu)造。例如，如果功率源是 AC導(dǎo)體電流，則電源可能不能連續(xù)地給VLF信標(biāo)發(fā)射器供電，在這 種情況下，它可以把能量存儲(chǔ)在電容器或者電池中。然后，當(dāng)存在足 夠能量時(shí)，微處理器可以發(fā)送突發(fā)傳輸。然后，電源對能量存儲(chǔ)設(shè)備 重新充電。
在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)使用低成本Rogowski線圏變換器。這些 設(shè)備容易安裝在現(xiàn)有變壓器室中。例如，如果設(shè)備被從線電流供電， 則也可以再使用或者替代使用分裂芯CT。在一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè) 被監(jiān)視的導(dǎo)體需要變換器。變換器將提供適于由微處理器和電力質(zhì)量 監(jiān)視器監(jiān)視的電壓輸出。Rogowski線圏變換器通常被集成，因?yàn)樵?始輸出和電流的微分成比例，但是，在某些實(shí)施例中，可能不期望這 樣(例如不具有電力質(zhì)量監(jiān)視器的某些實(shí)施例)。 一個(gè)實(shí)施例包括放 大、整流和低通濾波。
在一個(gè)實(shí)施例中，其中存在電力質(zhì)量監(jiān)視器，電流變換器被用于 副邊導(dǎo)體電流監(jiān)視和限流器操作。
在各種實(shí)施例中，電壓變換器涉及與低壓(600V及以下)副邊
導(dǎo)體的直接連接。最好使用功率電阻器把電壓降低到小信號(hào)水平；但 是，這些電阻器不是必需的，或者可以具有任何合適的目的。
在各種實(shí)施例中，電壓變換器不存在，或者被集成到可選的部件， 例如電力質(zhì)量監(jiān)視器中。
在 一 個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射器信標(biāo)使得電站能夠與其他信令方法相比 相對容易地發(fā)現(xiàn)開路的導(dǎo)體，或者任何其他合適的警告條件(例如由 微處理器或者其他連接的裝備所聲明，或者通過收發(fā)器中繼)，其他信令方法例如閃光燈(要求有人在晚上俯視進(jìn)人孔)、本地顯示(要
求有人在進(jìn)人孔中)，或者其他RF手段(要求在進(jìn)人孔附近安裝天 線用于RF傳播)；但是，發(fā)射器信標(biāo)不是必需的，并且能夠以任何 合適的難度提供任何合適的功能。
在一個(gè)實(shí)施例中，信標(biāo)被設(shè)計(jì)成使得其信號(hào)能夠穿透巖石、水或 任何其他合適的目標(biāo)，以使其能夠在地面以上和車輛中被接收；但是， 信標(biāo)可以具有任何合適的設(shè)計(jì)，并且信號(hào)可以具有任何合適的穿透和 /或傳輸性質(zhì)。范圍最好是穿過至少20英尺固態(tài)土壤；但是，范圍可 以是穿過任何合適對象的任何合適的距離，在一個(gè)實(shí)施例中，信標(biāo)定 期(例如每隔幾秒鐘一次或者任何其他合適的計(jì)劃)傳送突發(fā)消息， 所述突發(fā)消息至少由設(shè)備的標(biāo)識(shí)或者任何其他合適的信息組成。作為 選擇，可以再傳送或者替代地傳送開路導(dǎo)體的數(shù)量或其他警告狀態(tài)細(xì)
節(jié)。在一個(gè)實(shí)施例中，信標(biāo)操作和使用VLF無線電穿過雪發(fā)射的雪 崩定位設(shè)備類似。
發(fā)射器信標(biāo)最好穿過很多英尺的巖石、土壤、水、金屬、混凝土 或任何其他合適的物質(zhì)發(fā)射信號(hào)；但是，發(fā)射器信標(biāo)可以以任何合適 的方式將信號(hào)傳送任何合適的距離。如果期望，具有足夠功率的系統(tǒng) 可以使用VLF范圍(3KHz 30KHz)或者甚至可能是ULF范圍
(300Hz ~ 3KHz )或LF范圍(30KHz ~ 300KHz )中的發(fā)射器。在各 種實(shí)施例中，可以使用任何其他合適的方案，例如在VLF頻帶中使 用的FSK或MSK方案。
系統(tǒng)最好使用環(huán)形天線；但是，系統(tǒng)可以使用鐵氧體線團(tuán)天線或 者任何其他合適的設(shè)備。地傳導(dǎo)天線被用于另一個(gè)實(shí)施例。在一個(gè)實(shí) 施例中，使用簡單調(diào)制方案來發(fā)送短比特序列，至少包含設(shè)備的唯一 ID或任何其他合適的信息；但是，可以使用任何合適的調(diào)制方案。也 可以再發(fā)送或者替代地發(fā)送開路導(dǎo)體的數(shù)量或者微處理器或者任何 其他合適的設(shè)備所確定的任何其他合適的警告狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中 使用的一個(gè)調(diào)制技術(shù)是使用現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)器方案(例如Bell 103
(300波特率)、Bell212A、 V.21、 V.22等等。V.29、半雙工方案、FSK或MSK方案，或者任何其他合適的方案)。保持頻鐠低于9KHz 是令人期望的，因?yàn)闆]有FCC規(guī)定適用于該頻率以下；但是，系統(tǒng) 可以利用任何合適的頻鐠。
由于一個(gè)實(shí)施例的傳播特性所致，天線可以位于地下變壓器室中 的任何地方(具有因變壓器室中的大型金屬目標(biāo)所致的可能限制)， 并且無需到接收器的視線。在使用任何其他合適的RF技術(shù)(藍(lán)牙等) 的各種其他實(shí)施例中，到接收器的開放路徑是期望的，這可能因期望 使天線接近進(jìn)人孔(或至少具有到進(jìn)人孔中的孔的視線)而使安裝變 得復(fù)雜。在一個(gè)實(shí)施例中，與收發(fā)器共享天線。
在各種實(shí)施例中，使用多個(gè)天線來提供基本上全方向的傳輸。在 一個(gè)包括收發(fā)器的實(shí)施例中，選擇性地使用定向天線以便優(yōu)化VLF 網(wǎng)絡(luò)路由。
在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括VLF發(fā)射器和接收器，所述發(fā)射器 具有和在上面的各種實(shí)施例中描述的發(fā)射器信標(biāo)類似或相同的設(shè)計(jì)， 所述接收器具有和在下面的各種實(shí)施例中描述的VLF無線電類似或 相同的設(shè)計(jì)；但是，不要求系統(tǒng)包括VLF發(fā)射器或者VLF無線電， 并且這兩個(gè)設(shè)備(如果存在的話)可以具有任何合適的設(shè)計(jì)。
在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備的微處理器接收并解碼消息。如果設(shè)備并 非預(yù)期的接收設(shè)備，則消息被該設(shè)備重新廣播，以使附近的其他接收 器能夠接收到它。在一個(gè)實(shí)施例中使用的協(xié)議形成了貫穿部分或整個(gè) 地下網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格的VLF網(wǎng)孔網(wǎng)絡(luò)(mesh network)。消息被傳遞到接 收者接收到它為止。協(xié)議可以包括防止反饋傳播的機(jī)制，例如防止設(shè) 備廣播其在特定時(shí)間幀內(nèi)已經(jīng)廣播過一次的消息，維持網(wǎng)絡(luò)的虛擬地 圖，并且不廣播從更靠近預(yù)期接收設(shè)備的另 一個(gè)設(shè)備接收到的消息， 或者任何其他合適的防止消息在網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)或更多個(gè)設(shè)備之間重 復(fù)地傳播的機(jī)制或方案。在各種實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)路由信息被發(fā)送到微 處理器以改善路由。優(yōu)選地，節(jié)點(diǎn)一般基本上永久安裝，但是最好存 在某些自組織能力(ad-hoc capability )以l更處理例如具有PDA的用 戶的端點(diǎn)的不同RF特性和隨機(jī)性，或任何其他合適的因素；但是，可以以任何合適的方式配置或者重新配置節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)。
在各種實(shí)施例中，在一個(gè)或更多個(gè)地下位置中使用兩個(gè)或更多個(gè)
VLF環(huán)形或者鐵氧體天線或者任何其他合適的天線。對于具有定向性 質(zhì)的天線，具有兩個(gè)或更多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)了多樣化接收效果，并且也使 設(shè)備選擇性地沿某些方向發(fā)射，如果微處理器知曉哪個(gè)方向?qū)τ诘诌_(dá) 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或中間節(jié)點(diǎn)是最優(yōu)的，則改善了路由。
在一個(gè)實(shí)施例中，接收器包括單獨(dú)的拾取線圏或變換器，用于接 收60Hz和/或諧波噪聲。這個(gè)信號(hào)可以被用于60Hz同步、例如梳狀 濾波的抵消算法，從接連的周期中"移位并減去，，一個(gè)60Hz周期(以 改善同步噪聲)，或者任何其他合適的算法以降低VLF接收器中的 噪聲或用于任何其他合適的目的，或者利用模擬電路，或者是數(shù)字方 式，或者利用任何其他合適的機(jī)制。在各種實(shí)施例中，單獨(dú)的DSP 或者其他處理器而非微處理器執(zhí)行接收器解碼功能。
在一個(gè)實(shí)施例中，由于低比特率和/或低SNR所致，期望編碼算 法和誤差校正/檢測算法以及使高優(yōu)先權(quán)警告能夠在低優(yōu)先權(quán)業(yè)務(wù)之 前通過VLF網(wǎng)絡(luò)傳播的協(xié)議；但是，這些算法和這些協(xié)議都不是必 需的。
在一個(gè)實(shí)施例中，消息被在兩個(gè)地下節(jié)點(diǎn)之間發(fā)送(例如從變壓 器室中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器到遠(yuǎn)程變壓器室中的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器)，或 者從一個(gè)地下節(jié)點(diǎn)到地面以上的端點(diǎn)(例如具有PDA的用戶，或者 VLF-WAN橋接器)。在各種實(shí)施例中，當(dāng)?shù)诌_(dá)目的地時(shí)，除非消息 類型是廣播消息，否則消息路由結(jié)束；但是，可以以任何合適的方式 進(jìn)行消息路由。在各種實(shí)施例中，分組是"不可靠的，，(例如沒有確認(rèn))， 或者是"可靠的"，并且實(shí)施無連接或有連接類型模式中的任意一種， 或者兩者都實(shí)施。
在一個(gè)實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)成代替較慢、較不可靠的Hazeltine 和其他電力線載波方法；但是，網(wǎng)絡(luò)不必代替這些方法，并且網(wǎng)絡(luò)可 以被以任何合適的方式設(shè)計(jì)。對于某些應(yīng)用，電力線路寬帶 (Broadband-over-powerline， BPL)是不夠的，并且對于某些應(yīng)用來說安裝光纖或以太網(wǎng)太昂貴了。這個(gè)實(shí)施例的RF性質(zhì)使得安裝不 貴，并且ULF/VLF/LF頻帶的傳播特性提供了可靠性。
在一個(gè)實(shí)施例中，其中在系統(tǒng)中存在VLF接收器和天線，系統(tǒng) 也包括調(diào)諧電路和解碼器以接收60KHz的WWVB時(shí)間信號(hào)，或者包 括任何其他合適的設(shè)備以接收處于任何合適的頻率的任何合適的信 號(hào)。優(yōu)選地，這使得設(shè)備能夠保持正確時(shí)間；但是，任何設(shè)備保持正 確的時(shí)間不是必須的。
接觸電壓(有時(shí)候稱為寄生電壓)是棵露的導(dǎo)體上的不期望有的 電壓。當(dāng)進(jìn)人孔蓋或者金屬柵格由于或者直接地(由于失效的電線絕 緣所致)，或者通過水、雪或任何其他合適的導(dǎo)電機(jī)制間接地與通電 導(dǎo)線接觸所致而變得帶電時(shí)，經(jīng)常導(dǎo)致這種情況。因與這些帶電的金 屬物體接觸可能發(fā)生嚴(yán)重傷害或者死亡。由于在各種實(shí)施例中，系統(tǒng) 的一部分或者全部安裝在可能存在接觸電壓的環(huán)境中，所以可以將系 統(tǒng)與監(jiān)視、記錄和/或報(bào)告這種條件的變換器一起安裝。
在一個(gè)實(shí)施例中，變換器測量一個(gè)或更多個(gè)棵露導(dǎo)電物體(例如 進(jìn)人孔環(huán)、金屬柵格、接線箱蓋，等等)和系統(tǒng)中性線之間的電壓。 變換器通常在兩個(gè)測量點(diǎn)之間呈現(xiàn)高阻抗(例如超過1兆歐或任何其 他合適的值)以防止直接將金屬物體連接到中性線(如果金屬物體也 具有到地的路徑，則這導(dǎo)致地電流流動(dòng))。如果出現(xiàn)了電壓，則變換 器減小視在阻抗以便更接近地模仿人體阻抗，從而防止RF和其他非 60Hz噪聲錯(cuò)誤地指示。當(dāng)電壓上升時(shí)阻抗被動(dòng)態(tài)地調(diào)整，典型的是 最小500或1500歐姆；但是，可以以任何合適的方式調(diào)整阻抗。在 一個(gè)實(shí)施例中，最低阻抗(或低于某個(gè)參考阻抗)處的電壓被用來聲 明接觸電壓警告；但是，任何合適的電壓或其他值可被用來聲明接觸 電壓警告。為了防止地電流或者用于任何其他合適的目的，在一個(gè)實(shí) 施例中，變換器不長時(shí)間地保持低阻抗。變換器定期降低阻抗以檢查 接觸電壓。在各種實(shí)施例中，變換器能夠也使用或者替代地使用電壓 隨阻抗變化來估計(jì)源阻抗，并使用該信息來調(diào)整其自身的阻抗變化。 電壓、變換器和/或源阻抗最好被記錄供以后下載；但是，記錄不是必需的。在一個(gè)實(shí)施例中，變換器阻抗被固定在某個(gè)值，和/或阻抗隨電 壓和/或電流改變的曲線被電站或任何其他合適的實(shí)體選擇，依賴于本 地標(biāo)準(zhǔn)或者任何其他合適的標(biāo)準(zhǔn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，如果接觸電壓警告被觸發(fā)(例如使用由電站利 用任何合適的軟件編程的定位點(diǎn)或者使用任何其他合適的觸發(fā)機(jī)
制)，警告被利用VLF信標(biāo)發(fā)射或通過任何合適的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，或者 被以任何其他合適的方式傳遞和/或發(fā)射，例如可聞警告。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用低功率微處理器(例如PIC納瓦處理器 或者任何其他合適的處理器)。在各種實(shí)施例中，如果電壓足夠高， 則從接觸電壓本身抽取功率。例如，如果接觸電壓低于5伏，則該電 壓不被記錄(并且根據(jù)各種實(shí)施例，是安全的)，如果電壓上升到5V 以上，則設(shè)備上電并且開始以周期性間隔記錄電壓。當(dāng)電壓上升時(shí)， 該單元能夠從接觸電壓本身抽取更多的功率。如果電壓上升到可編程 或固定閾值以上，則依賴于可用功率，使能一個(gè)或更多個(gè)警告信標(biāo)。 例如，VLF信標(biāo)、可聞警報(bào)和/或任何其他合適的警報(bào)可以被使能。 在自供電模式中，如果電壓回到不足以給該單元供電的電平，則微處 理器返回休眠。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)電壓上升時(shí)(因而指示更危險(xiǎn)的 條件)，可用功率增加，使能愈加強(qiáng)大的警告發(fā)出。
在一個(gè)實(shí)施例中，其中電源從接觸電壓本身抽取功率，電源被集 成在電壓變換器電路中，電壓變換器電路也動(dòng)態(tài)地調(diào)整出現(xiàn)在接觸點(diǎn) 和中性線之間的阻抗。優(yōu)選地，設(shè)備所消耗的變化的功率不在實(shí)質(zhì)上 改變微處理器所選擇的阻抗；但是，變化的功耗可以具有任何合適的 效果。
在一個(gè)實(shí)施例中，電站可以利用便攜式讀取器來勘測系統(tǒng)。這個(gè) 讀取器形狀可以像金屬檢測器或者任何其他合適的設(shè)備，在桿端具有
線團(tuán)，或者任何其他結(jié)構(gòu)。該線團(tuán)以磁的方式把功率感應(yīng)到監(jiān)視設(shè)備 的接收器線圏中。在一個(gè)實(shí)施例中，接收器線圏既從便攜式讀取器接 收數(shù)據(jù)，也給設(shè)備供電。設(shè)備持續(xù)接收功率，直到存儲(chǔ)了足夠的能量 供該設(shè)備在記錄期間的任何時(shí)間發(fā)射回是否已經(jīng)達(dá)到警告條件。這和RFID自供電技術(shù)類似，但處于低頻，或者具有任何其他合適的修改 或根本沒有修改。在各種實(shí)施例中，設(shè)備能夠被穿過金屬外罩供電和 讀取，金屬外軍例如路燈、進(jìn)人孔蓋、金屬接線箱、開關(guān)盒或任何其 他合適的障礙。在一個(gè)實(shí)施例中，通信范圍是大約1到2英尺，即使 穿過l英寸厚的進(jìn)人孔蓋；但是，通信范圍可以是任何合適的距離。 便攜式讀取器可以持續(xù)針對被記錄的數(shù)據(jù)(例如直方圖、條形圖或其 他合適的數(shù)據(jù))查詢設(shè)備，所述數(shù)據(jù)在電壓高到足以給單元供電時(shí)或 者任何其他合適的時(shí)刻被記錄。
在一個(gè)實(shí)施例中，在正交三軸結(jié)構(gòu)或任何其他合適的結(jié)構(gòu)中，使 用多個(gè)鐵氧體芯線圏，以確保全向性或任何其他合適的目的。在一個(gè) 實(shí)施例中，通過使用來自線圏的感應(yīng)的、整流的電壓對電容器充電， 從接收到的RF能量給該單元供電。 一旦電容器被充了足以發(fā)射回消 息的能量，則微處理器蘇醒并把狀態(tài)消息發(fā)送回接收器。在一個(gè)實(shí)施 例中，這通過經(jīng)過與電容相反電抗性的電感對電容器充電來實(shí)現(xiàn)。在 其他實(shí)施例中，實(shí)施了其他開關(guān)電容器方法，例如使用靜態(tài)CTS或 Dickson電荷泵的電容器電荷泵設(shè)計(jì)或任何其他合適的充電機(jī)制。
在替換的實(shí)施例中，設(shè)備由一次電池供電，該電池具有至少5 到20年或任何其他合適長度的預(yù)期壽命。在另一個(gè)替換實(shí)施例中， 設(shè)備可以從由環(huán)境RF場(例如AM和FM廣播頻帶或其他合適的信 號(hào))收獲的能量給自己供電。在又一個(gè)實(shí)施例中，太陽能電池或任何 其他合適的功率源(例如風(fēng)、水電、燃料電池、潮沙、地?zé)岬?被用 于能量收獲。
在各種實(shí)施例中，電站人員定期(例如一年一次、 一季一次或任 何其他合適的時(shí)間周期)，或者在可能產(chǎn)生接觸電壓的事件(例如暴 風(fēng)雪、地震、洪水或任何其他合適的條件之后)之后勘查一個(gè)區(qū)域。 在各種實(shí)施例中，用戶通過帶著便攜式讀取器步行經(jīng)過每一個(gè)設(shè)備位 置，簡單地握住讀取器以使環(huán)形天線端靠近設(shè)備，能夠探測每一個(gè)設(shè) 備。在幾秒之后，讀取器能夠確定在該點(diǎn)是否已存在接觸電壓而無需 移去任何蓋子。至少因?yàn)樵O(shè)備存在并記錄電壓是否在可編程電平以上，所以電站能夠檢測間歇的接觸電壓。
在一個(gè)實(shí)施例中，其中存在可聞警告，公眾能夠聽到警報(bào)并呼叫
電站。在存在VLF網(wǎng)絡(luò)的各種其他實(shí)施例中，VLF信標(biāo)警報(bào)能夠被 通過VLF網(wǎng)絡(luò)重新廣播到橋接器或具有PDA的用戶，如果它們存在 于系統(tǒng)中其他地方。
在各種實(shí)施例中，設(shè)備監(jiān)視一個(gè)或更多個(gè)其他傳感器。在一個(gè)實(shí) 施例中，接觸或環(huán)境溫度被監(jiān)視，以便檢測蒸汽泄漏或過熱進(jìn)人孔蓋 或任何其他合適的條件。在一個(gè)實(shí)施例中，通過使用無源溫度傳感器 或任何其他合適的設(shè)備，即使在自供電時(shí)不存在接觸電壓，也保證了 基本上連續(xù)的監(jiān)視，無源溫度傳感器例如是速動(dòng)開關(guān)恒溫器，它在一 定溫度機(jī)械地開路或者閉合。在一個(gè)實(shí)施例中，其中該設(shè)備從讀取器 遠(yuǎn)程供電，微處理器可以確定恒溫器的狀態(tài)。在某些實(shí)施例中，這個(gè) 傳感器不可由用戶復(fù)位。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，在開關(guān)被觸發(fā)之后， 整個(gè)設(shè)備(或至少是該設(shè)備的恒溫器)被替換。這種替換的花費(fèi)與解 決導(dǎo)致過高溫度的問題的花費(fèi)相比往往比較小。
在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)視設(shè)備小到足以固定在路燈、接線箱內(nèi)部， 金屬被暴露給公眾的任何地方或者任何其他合適的位置。在一個(gè)實(shí)施 例中，其中監(jiān)視設(shè)備被放置在進(jìn)人孔內(nèi)，設(shè)備被固定到環(huán)座(ring insert)的側(cè)面，恰在進(jìn)人孔下面；但是，設(shè)備可以被固定在任何合 適的位置。電站可以標(biāo)記外軍的外部而設(shè)備的位置在內(nèi)部，以便在查 詢期間可以最優(yōu)地放置讀取器天線；但是，這種標(biāo)記不是必需的。
在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括一個(gè)電力質(zhì)量監(jiān)視器，所述監(jiān)視器 具有在2004年10月6日遞交的名為"SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING REMOTE MONITORING OF VOLTAGE POWER TRANSMISSION AND DISTRIBUTION DEVICES"的 No. 10/958,685號(hào)美國專利申請中描述的任何特征，或者包括任何其他合 適的特征，通過引用將上述美國專利申請全部包含于此。在另一實(shí)施 例中，該系統(tǒng)包括無線網(wǎng)絡(luò)，具有在2004年8月18日遞交的名為 "SYSTEMANDMETHODFORPROVIDING REMOTEMONITORING OF VOLTAGE POWER TRANSMISSION AND DISTRIBUTION DEVICES，，的No. 10/920,460號(hào)美國專利申請中描 述的任何特征，或者包括任何其他合適的特征，通過引用將上述美國 專利申請全部包含于此。在各種實(shí)施例中，電力質(zhì)量監(jiān)視器的部件被 與整個(gè)系統(tǒng)的其他部件(例如電源、電壓和電流變換器、微處理器， RF鏈路或任何其他合適的部件)共享。
在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括使得電站或任何其他合適的實(shí)體能 夠檢測副邊導(dǎo)體故障和/或監(jiān)視流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格的電流和功率的機(jī)制或 設(shè)備。在此實(shí)施例中，變換器測量電流水平并且信息由微處理器處理。
在這個(gè)實(shí)施例中，開路限制器基本上防止任何通過故障導(dǎo)體的電
流。優(yōu)選地，在這樣的狀況下變換器測量出零；但是，變換器在任何
合適的條件下可以測量出任何合適的值。在一個(gè)涉及真實(shí)系統(tǒng)的實(shí)施 例中，噪音拾取和從鄰近導(dǎo)體拾取可能導(dǎo)致變換器讀出雖小但非零的 值。這種條件可能會(huì)或可能不會(huì)阻止微處理器聲明開路的導(dǎo)體。但是， 由于一個(gè)相的導(dǎo)體平行布線，或因?yàn)槿魏纹渌线m的理由，在至少一 個(gè)實(shí)施例中，通過每一個(gè)導(dǎo)體的電流應(yīng)該良好地匹配。在一個(gè)實(shí)施例 中，針對給定相，微處理器可以測量每一個(gè)導(dǎo)體中的電流。最大電流 或任何其他合適的值被用作基準(zhǔn)線，并且通過每一個(gè)其他的導(dǎo)體的電 流被與該值進(jìn)行對比。如果導(dǎo)體電流低于某個(gè)閾值(例如最大電流的
讀數(shù)的5%或任何其他合適的值)，則盡管測量非零，仍聲明"開路"。 在各種實(shí)施例中，為了檢測其他導(dǎo)體問題或者因?yàn)槿魏纹渌线m的原 因，電站可以把閾值設(shè)置得更高(例如75%或任何其他合適的值)， 除了開路限制器或者徹底的電纜故障以外，所述其他導(dǎo)體問題還將導(dǎo) 致電流失配(例如，壞電纜接頭或其他合適的條件)。
在一個(gè)實(shí)施例中，其中系統(tǒng)的某些部分每相只包括一個(gè)導(dǎo)體，則 可能期望或不期望上面的算法，因?yàn)殡娏鞅仨殢囊幌嗯c另一相比較， 并且真實(shí)相電流可能不平衡。
在各種實(shí)施例中， 一個(gè)變換器被用于電壓測量。假設(shè)其他電壓相 與被測相間隔120度(或額定相角)，或具有與被測相的其他合適的關(guān)系。如果測量了電壓大小，則假設(shè)其他電壓相與被測相相等，或者 具有與被測相的其他合適的關(guān)系，除非相反地有其他信息可用。
在一個(gè)實(shí)施例中，微處理器并行地釆用多個(gè)算法來聲明"開路"
導(dǎo)體。在各種其他的實(shí)施例中，微處理器使用比較器而非A-D轉(zhuǎn)換器 來確定電流是否低于閾值。
在各種實(shí)施例中，不測量實(shí)際線電壓，而是使用電壓相基準(zhǔn)來計(jì) 算功率流方向，在這樣的實(shí)施例中，使用單個(gè)電場傳感器來取得相角 基準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中電壓大小不利用這個(gè)技術(shù)測量，但是相基準(zhǔn)被 確定，這使得電力質(zhì)量監(jiān)視器能夠確定功率流的方向、位移功率因子 或任何其他合適的值。功率流方向在網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格監(jiān)視中可能是有用的信 每
在各種實(shí)施例中， 一個(gè)變換器被用于上面的測量。假設(shè)其他電壓
相與^皮測相間隔120度。
在各種實(shí)施例中，安裝了高速RF鏈路。它可能是藍(lán)牙、ZigBee 或WiFi鏈路，或者到用戶設(shè)備的任何其他合適的鏈路，用戶設(shè)備例 如是使用軟件的PDA或者使用軟件的膝上型電腦或者任何其他合適 的設(shè)備。
在各種實(shí)施例中，用戶使用這個(gè)鏈路下載記錄的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù) 由微處理器記錄。由于數(shù)據(jù)可能是幾兆字節(jié)，在各種實(shí)施例中期望高 速(超過每秒28800比特)。優(yōu)選RF鏈路，因?yàn)樗苊饬艘院芨叱?本進(jìn)入地下變壓器室；但是，可以使用任何合適的鏈路。 一旦用戶檢 索到數(shù)據(jù)、檢查到任何期望的實(shí)時(shí)讀數(shù)，并且作為選擇，把新的定位 點(diǎn)發(fā)送到設(shè)備，則用戶將從設(shè)備斷開連接。
在一個(gè)實(shí)施例中，由于所使用的高速率RF鏈路的傳播特性所致， 期望有從RF收發(fā)器到用戶收發(fā)器的視線。RF收發(fā)器(或天線)位于 進(jìn)人孔蓋或金屬柵格正下方。這將允許RF通過進(jìn)人孔蓋中的孔或者 金屬柵格中的縫隙傳播。用戶的收發(fā)器位于設(shè)備天線的正上方?；蛘?， 用戶可以把天線或收發(fā)器降低到地下變壓器室中。例如，具有USB 藍(lán)牙適配器的膝上型電腦用戶可以使用長USB電纜把藍(lán)牙模塊通過進(jìn)人孔蓋中的孔(或者金屬柵格中的縫隙)向下吊到變壓器室中而無 需移走進(jìn)人孔蓋或者柵格。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用支持網(wǎng)孔網(wǎng)絡(luò)的RF協(xié)議(例如ZigBee 或任何其他合適的協(xié)議)。在這個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備可以起到網(wǎng)孔節(jié)點(diǎn) 的作用，把業(yè)務(wù)傳遞到RF范圍內(nèi)的其他設(shè)備。在各種實(shí)施例中，RF 鏈路接收器是單獨(dú)的模塊，或者與例如電力質(zhì)量監(jiān)視器的另一部件集 成在一起。在各種實(shí)施例中，當(dāng)用于RF-WAN橋接器時(shí)，RF鏈路可 被用在永久連接模式中。利用這種連接，可以不存在本地用戶。
在各種實(shí)施例中，設(shè)備具有一個(gè)或更多個(gè)到附近其他裝備的數(shù)字 接口。鏈路可以是RS-232、 USB、 RS-458、紅外或者任何其他合適的 短程本地鏈路。在網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器中，系統(tǒng)也可以包括數(shù)字中繼器。微處 理器可以定期輪詢中繼器并接收中繼器警告。微處理器可以記錄該數(shù) 據(jù)供以后檢索。作為選擇，裝備警告可以被通過VLF信標(biāo)和/或其他 合適的通信路徑發(fā)送。在一個(gè)實(shí)施例中，微處理器通過任何合適的路 徑作為其他裝備和其他軟件之間的橋接器工作。
在各種實(shí)施例中，例如如果在同 一位置安裝了多于一個(gè)相同類型 的設(shè)備，則設(shè)備具有到另一個(gè)設(shè)備的數(shù)字接口。這使得如果期望的話 多個(gè)設(shè)備能夠共享任何合適的通信鏈路。
一個(gè)實(shí)施例的微處理器被連接到模擬傳感器和變換器。它們可以 監(jiān)視例如溫度、水位、油位、濕度和/或任何其他合適的值的環(huán)境參數(shù)。 在其他裝備中可以安裝其他傳感器，以允許微處理器監(jiān)視裝備參數(shù)。 例如，可以針對油壓、溫度或任何其他合適的值監(jiān)視地下變壓器。模 擬值被A/D電路數(shù)字化，并被微處理器記錄。讀數(shù)可以被利用軟件實(shí) 時(shí)觀看，并且記錄的數(shù)據(jù)可以被分析。如果另一部件(例如電力質(zhì)量 監(jiān)視器)實(shí)際上數(shù)字化原始信號(hào)，或者在任何其他合適的條件下，這 些傳感器可以被微處理器間接地記錄。
在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括VLF-WAN橋接器，所述VLF-WAN 橋接器使得VLF收發(fā)器或者VLF信標(biāo)能夠通過例如WiFi WiMax、 數(shù)字蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)或任何其他合適的網(wǎng)絡(luò)的WAN系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)速率可能嚴(yán)重地受VLF收發(fā)器限制。橋接器設(shè)備可以安 裝在地面以上，接近便捷的WAN連接點(diǎn)或處于任何其他合適的位置。 VLF信號(hào)的傳播允許從地下位置到地面以上橋接器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。在各 種實(shí)施例中，很多地下設(shè)備可以共享同一橋接器。對于這樣的共享， 沖突算法(例如CSMA/CA)可能是期望的。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)與 從變壓器室到變壓器室的VLF消息傳遞結(jié)合使用時(shí)，橋接器為整個(gè) VLF網(wǎng)孔網(wǎng)絡(luò)工作。在戰(zhàn)略性位置安裝更多個(gè)的橋接器能夠提高 VLF-WAN鏈路的凈吞吐率，因?yàn)楦嗟腣LF收發(fā)器將能夠并行運(yùn) 行(而不要求VLF消息傳遞)。
在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括高速RF-WAN橋接器，所述RF-WAN 橋接器鏈接高速RF收發(fā)器和WAN (通常為以太網(wǎng)、WiMax、數(shù)字 蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)或任何其他合適的網(wǎng)絡(luò))。在各種實(shí)施例中，由于受限 傳播所致，盡管在條件許可時(shí)允許，但多個(gè)設(shè)備共享同一橋接器可能 很困難。 一個(gè)實(shí)施例包括固定于建筑物的橋接器，具有指向下的定向 天線。如果天線足夠高，則可以到達(dá)多個(gè)地下變壓器室。
在各種實(shí)施例中，橋接器允許到使用PC軟件的微處理器的遠(yuǎn)程 高速通信。不要求本地用戶，并且利用PC軟件的自動(dòng)狀態(tài)檢查和數(shù) 據(jù)下載是可能的。遠(yuǎn)程用戶也可以手動(dòng)開始數(shù)據(jù)下載，或者在實(shí)時(shí)讀 數(shù)和波形可用時(shí)觀看它們。
在一個(gè)實(shí)施例中，其中，安裝了 VLF收發(fā)器，橋接器也可被用 來把信息從其他的地下位置傳遞到連接到該橋接器的位置。盡管是以 VLF收發(fā)器的數(shù)據(jù)速率，但是這容許其他地下系統(tǒng)共享該橋接器。這 使得期望將數(shù)據(jù)限于警告或狀態(tài)條件。
在一個(gè)實(shí)施例中，橋接器對警告做出響應(yīng)，并針對狀態(tài)條件輪詢 設(shè)備。橋接器可以通過發(fā)送穿過WAN的消息(例如給最終用戶發(fā)電 子郵件，或者發(fā)送消息到PC軟件，或任何其他合適的行動(dòng))，根據(jù) 接收到的警報(bào)采取行動(dòng)。
在各種實(shí)施例中，或者通過經(jīng)橋接器的本地連接，或者遠(yuǎn)程地利 用橋接器，使用PC軟件與設(shè)備通信。在各種實(shí)施例中，連接到PC的VLF收發(fā)器也是可能的。PC軟件容許用戶觀看實(shí)時(shí)讀數(shù)和波形(當(dāng) 可用時(shí))，發(fā)送和檢索定位點(diǎn)和記錄參數(shù)，下載數(shù)據(jù)，設(shè)置設(shè)備時(shí)鐘， 并更新設(shè)備固件或者執(zhí)行任何其他合適的任務(wù)。
在各種實(shí)施例中，PC軟件提供數(shù)據(jù)圖形和報(bào)告產(chǎn)生、數(shù)據(jù)管理 和存儲(chǔ)，以及數(shù)據(jù)分析功能。軟件的通信部分可以被實(shí)施為單獨(dú)的軟 件系統(tǒng)(例如單獨(dú)的Windows NT服務(wù))，并且不一定非要和數(shù)據(jù)觀 看部分運(yùn)行在同一PC上。
PC軟件可以包括調(diào)度程序，它可以在調(diào)度的基礎(chǔ)上開始與遠(yuǎn)程 設(shè)備的所有通信行動(dòng)，用于自動(dòng)數(shù)據(jù)下載或者任何其他合適的行動(dòng)。 在各種實(shí)施例中，軟件也可以對接收到的設(shè)備警告做出響應(yīng)，并且能 夠通過電子郵件或者其他網(wǎng)絡(luò)手段把警告中繼到最終用戶或者其他 系統(tǒng)。
在各種實(shí)施例中，PC軟件可以駐留在用戶PC上，或者利用第 三方托管的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用交付，或者能夠駐留在任何合適的位置。
在各種實(shí)施例中，PDA軟件提供上述PC軟件的一些或全部可應(yīng) 用功能，但是在PDA上，通常是掌上電腦或基于口袋型PC的PDA 或智能電話、黑莓或任何其他合適的設(shè)備。 一個(gè)實(shí)施例包括所有的通 信功能、實(shí)時(shí)讀數(shù)和波形觀看，以及數(shù)據(jù)下載和設(shè)備初始化。
PDA可以被連接到具有便攜式VLF接收器，或者具有藍(lán)牙、 ZigBee或其他高速RF鏈路的設(shè)備，或者任何其他合適的通信設(shè)備。 在一個(gè)實(shí)施例中，具有PDA的用戶必須在物理上靠近地下位置；但 是，在其他的實(shí)施例中這種靠近不是必需的。
在一個(gè)實(shí)施例中，電站使用VLF接收器來發(fā)現(xiàn)開路的導(dǎo)體或者 其他警告條件。電站可以定期地勘查整個(gè)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格(例如一個(gè)月一次， 一年一次等)。由于發(fā)射的RF的傳播，當(dāng)電站的工人和接收器在車 輛中，接近地下位置時(shí)，可以接收到信號(hào)。電站工人不需要進(jìn)入地下 變壓器室，移走進(jìn)人孔蓋，甚至不需要停下來向進(jìn)人孔里看。這使得 電站能夠迅速地勘查網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格而無需中斷交通或者導(dǎo)致其他的問題。
在這個(gè)實(shí)施例中，無線電接收器天線可以是環(huán)形或者鐵氧體線圏。 一個(gè)實(shí)施例采用連接到PDA或手持計(jì)算機(jī)的無線電前端?？梢?使用降低噪聲拾取的技術(shù)來降低副邊網(wǎng)格導(dǎo)體引起的60Hz和諧波噪 聲或任何其他噪聲。
如果檢測到信標(biāo)，則電站可以決定是否通過進(jìn)入進(jìn)人孔進(jìn)一步調(diào) 查。如果警告是針對開路的導(dǎo)體，則電站可以選擇修復(fù)該導(dǎo)體，或者 保持該導(dǎo)體開路，并且將設(shè)備編程以便停止發(fā)送針對該開路導(dǎo)體的信 標(biāo)。如果以后新導(dǎo)體變成開路，則設(shè)備將再次開始發(fā)射。電站可以類 似地處理其他警告條件。
如果不需要其他功能，則可以在一個(gè)沒有PDA的實(shí)施例中提供 VLF警告接收器功能。
在一個(gè)實(shí)施例中，無線電接收器將記錄所有接收到的信標(biāo)，并且 所記錄的數(shù)據(jù)可以被收集并存儲(chǔ)在PC數(shù)據(jù)庫中，并利用定制PC軟 件訪問，供以后分析。
在一個(gè)實(shí)施例中，其中，存在橋接器，PDA可以通過其他手段 連接到同一 WAN,因而連接到遠(yuǎn)程設(shè)備。例如，如果橋接器把地下 設(shè)備連接到國際互聯(lián)網(wǎng)，則具有軟件的PDA可以通過其他手段(例 如蜂窩電話網(wǎng)絡(luò))連接到國際互聯(lián)網(wǎng)，并且通過該連接與地下設(shè)備通 信。
在一個(gè)實(shí)施例中，PDA軟件的典型應(yīng)用是用于探訪現(xiàn)場和下載 記錄的數(shù)據(jù)以及檢查警告的電站工作。如果檢測到警告，則電站可以 決定進(jìn)入地下位置并調(diào)查。如果沒有檢測到警告，則用戶可以下載任 何記錄的數(shù)據(jù)(不必移走進(jìn)人孔蓋或柵格，或者進(jìn)入拱頂)，并且繼 續(xù)到下一個(gè)現(xiàn)場。當(dāng)回到辦公室時(shí)，PDA用戶可以把任何被下載的數(shù) 據(jù)、警告日志、連接日志等與PC軟件系統(tǒng)同步。
在一個(gè)實(shí)施例中，PDA軟件可以起到自組織橋接器的作用。如 果用戶把PDA連接到使用鏈路的地下設(shè)備，并且PDA也具有到WAN 的單獨(dú)連接(例如通過WiFi或者蜂窩電話鏈路)，則PDA軟件可以 提供和橋接器相同的功能。
在各種實(shí)施例中，PDA軟件可以駐留在用戶PDA上，或者可以利用由第三方托管的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用交付，或者能夠駐留在任何其他合 適的位置中。
在一個(gè)實(shí)施例中，安裝了 PLC鏈路。該鏈路可以使用INSTEON、 HomePlug、 DS-2、 Yitran、 CE-Bus或任何其他合適的電力線通信協(xié) 議。該鏈路使得設(shè)備能夠加入PLC網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)送消息到遠(yuǎn)程PC或任 何其他合適的設(shè)備。也可能使用支持網(wǎng)孔網(wǎng)絡(luò)或路由功能的PLC協(xié) 議進(jìn)行消息傳遞。在一個(gè)實(shí)施例中可以使用遠(yuǎn)程PLC-LAN/WAN橋 接器把設(shè)備連接到中央PC或監(jiān)視站。警告可以被通過PLC網(wǎng)絡(luò)傳播 到遠(yuǎn)程站。在另一個(gè)實(shí)施例中，如果對于期望的下載速率，網(wǎng)絡(luò)帶寬 足夠高，則可以通過PLC網(wǎng)絡(luò)下載數(shù)據(jù)。對于不同的任務(wù)，可以釆 用多個(gè)PLC協(xié)議。例如，如INSTEON的低比特率、高可靠性的協(xié) 議可以被用于警告、警報(bào)和狀態(tài)條件，而如HomePlug AV的高速率 協(xié)議則用于數(shù)據(jù)下載。
在各種實(shí)施例中，可以利用單獨(dú)的PLC模塊實(shí)施PLC鏈路，或 者處理可以由設(shè)備微處理器或電力質(zhì)量監(jiān)視器或任何其他合適的設(shè) 備執(zhí)行。模擬前端可以被部分地或完全地與電力質(zhì)量監(jiān)視器或任何其 他合適的測量子系統(tǒng)共享。
應(yīng)該理解，監(jiān)視可以包括狀態(tài)監(jiān)視、任何合適的值的測量和/或 記錄、條件數(shù)據(jù)或值的任何合適的組合。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員 將會(huì)清楚對這里所描述的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的各種變化和修改。不偏離 當(dāng)前主題的范圍和精神，并且不減小其預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)，可以做出這些變 化和修改。因此預(yù)期這些變化和修改將被所附權(quán)利要求覆蓋。
權(quán)利要求
1. 一種地下監(jiān)視系統(tǒng)，包含一個(gè)或更多個(gè)傳感器，被配置成監(jiān)視地下電氣系統(tǒng)；和處理器，被配置成監(jiān)視所述一個(gè)或更多個(gè)傳感器。
2. 如權(quán)利要求1所述的地下監(jiān)視系統(tǒng)，還包含 警告設(shè)備，被配置成當(dāng)處理器檢測到一種條件時(shí)發(fā)送警告。
3. 如權(quán)利要求2所述的地下監(jiān)視系統(tǒng)，其中，所述條件是電纜故障
4.如權(quán)利要求2所迷的地下監(jiān)視系統(tǒng)信標(biāo)<信標(biāo)。
5.如權(quán)利要求4所述的地下監(jiān)視系統(tǒng)其中， 其中， 其中， 其中， 其中， 還包含所述警告設(shè)備是 所述信標(biāo)是VLF 所述警告設(shè)備通 所述警告設(shè)備通 所述警告設(shè)備通
6. 如權(quán)利要求2所述的地下監(jiān)視系統(tǒng)， 過電力線通信鏈路發(fā)送警告。
7. 如權(quán)利要求2所述的地下監(jiān)視系統(tǒng)， 過WAN鏈路發(fā)送警告。
8. 如權(quán)利要求2所述的地下監(jiān)視系統(tǒng)， 過RF通信鏈路發(fā)送警告。
9. 如權(quán)利要求1所述的地下監(jiān)視系統(tǒng)， 接收單元，被配置成接收警告；和 發(fā)送單元，被配置成中繼所述警告。
10. 如權(quán)利要求1所述的地下監(jiān)視系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或更多 個(gè)傳感器中的至少一個(gè)感測環(huán)境條件。
11. 如權(quán)利要求1所述的地下監(jiān)視系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或更多 個(gè)被配置用于監(jiān)視的傳感器中的至少一個(gè)還被配置成監(jiān)視狀態(tài)、測量 或記錄。
12. 如權(quán)利要求1所述的地下監(jiān)視系統(tǒng)，其中，所述警告設(shè)備被 配置成以可聽或可視方式發(fā)送警告。
13. —種監(jiān)視地下電氣系統(tǒng)的方法，包含步驟 提供一個(gè)或更多個(gè)被配置成監(jiān)視地下電氣系統(tǒng)的傳感器；和 提供被配置成監(jiān)視所述一個(gè)或更多個(gè)傳感器的處理器。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包含步驟 提供被配置成當(dāng)所述處理器檢測到一種條件時(shí)發(fā)送警告的警告設(shè)備。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述條件是電纜故障。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述警告設(shè)備是信標(biāo)。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述信標(biāo)是VLF信標(biāo)。
18. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述警告設(shè)備通過電力 線通信鏈路發(fā)送警告。
19. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述警告設(shè)備通過WAN 鏈路發(fā)送警告。
20. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述警告設(shè)備通過RF 通信鏈路發(fā)送警告。
21. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包含步驟 提供被配置成接收警告的接收單元；和 提供被配置成中繼所述警告的發(fā)送單元。
22. 如權(quán)利要求13所迷的方法，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)傳感 器中的至少 一個(gè)感測環(huán)境條件。
23. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述警告設(shè)備被配置成 以可聽或可視方式發(fā)送警告。
24. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)被配 置用于監(jiān)視的傳感器中的至少一個(gè)還被配置成監(jiān)視狀態(tài)、測量或記 錄。
全文摘要
一種地下監(jiān)視系統(tǒng)，包括一個(gè)或更多個(gè)被配置成監(jiān)視地下電氣系統(tǒng)的傳感器、被配置成監(jiān)視所述一個(gè)或更多個(gè)傳感器的處理器，以及被配置成當(dāng)所述處理器檢測到一種條件時(shí)發(fā)送警告的警告設(shè)備。
文檔編號(hào)G05B23/02GK101449223SQ200780015356
公開日2009年6月3日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月16日
發(fā)明者克里斯托佛·馬林斯, 格倫·肖莫, 沃爾特·柯特 申請人:功率監(jiān)視器公司