基于電力線載波通信技術(shù)的電力休止電纜防盜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究①

陳堅(jiān)等

摘 要：電力休止電纜應(yīng)處于無電休止?fàn)顟B(tài)，故常發(fā)生被盜事件。對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的安全威脅和財(cái)產(chǎn)損失，因此，采用技術(shù)措施，對(duì)處于休止待用狀態(tài)電力電纜進(jìn)行防盜在線監(jiān)測(cè)成為電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)的必要手段。電力線載波通信是指在電力電纜線上加載載波信號(hào)，當(dāng)休止電纜被盜剪時(shí)信號(hào)傳輸中斷，報(bào)警器接收不到信號(hào)就會(huì)報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電纜的在線監(jiān)測(cè)。該文研究了電力線載波通信技術(shù)在電力休止電纜防盜入侵中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電力休止電纜 電力線載波 防盜入侵

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（b）-0025-02

隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電力的需求量越來越大，對(duì)供電部門提供電力供應(yīng)的質(zhì)量（穩(wěn)定性、不間斷性及伴隨服務(wù)）要求也越來越高。近年來隨著金屬材料的上漲，為獲取非法利益，不法分子開始盯上關(guān)乎人民生活用電的相關(guān)設(shè)備。變配電站、路燈箱式變壓器、分支箱、電纜井道內(nèi)的供電設(shè)備如電纜等都是保證配電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要電力設(shè)施，且價(jià)值昂貴。但由于這些量大面廣的電力設(shè)施均為無人值守狀態(tài)。一旦發(fā)生非法入侵和盜竊破壞，就會(huì)給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來危害，給國家財(cái)產(chǎn)帶來損失。特別是處于休止待用狀態(tài)的電力電纜，更是成為偷盜的首選對(duì)象。目前，電力部門的電纜大都采取排管方式，通過入井進(jìn)行日常維護(hù)，但這無法避免井蓋被撬開，導(dǎo)致電纜被盜。城區(qū)面積擴(kuò)大，井蓋的分布范圍廣、數(shù)量大，監(jiān)管難度非常大，通過井蓋入井盜竊電纜的犯罪行為越來越猖獗，影響了電力設(shè)施的正常運(yùn)行。為此，采取技術(shù)手段，對(duì)包括電力休止電纜在內(nèi)的電力設(shè)施防盜在線監(jiān)測(cè)對(duì)電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)具有重要的意義。

1 電力線載波通信技術(shù)

根據(jù)目前電力電纜的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)條件，采用電力線載波的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段是最合適的技術(shù)方案。利用被監(jiān)測(cè)的休止電纜本身作為監(jiān)測(cè)信號(hào)的載體，采用電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)終端的方式，通過電力SCADA通信系統(tǒng)的IV區(qū)，或通過電力通信增值網(wǎng)，就可把感知探測(cè)信息傳送到監(jiān)測(cè)平臺(tái)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。

1.1 電力線載波的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

目前，在電力系統(tǒng)中大多數(shù)的報(bào)警系統(tǒng)都是基于電力線載波或者公用電話網(wǎng)的通信方式。比較這兩種方式，電力線載波的優(yōu)點(diǎn)在于：系統(tǒng)所有設(shè)備可就近、就地接入，無須重新布線破壞建筑結(jié)構(gòu)及裝潢，整體成本最低。但缺點(diǎn)是監(jiān)控范圍一般限制在單個(gè)配變臺(tái)區(qū)、單條線路，抗電磁干擾能力弱，超出部分設(shè)計(jì)復(fù)雜，不利于遠(yuǎn)端報(bào)警和誤報(bào)率高。而公共電話網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)在于能可靠的遠(yuǎn)距離傳輸。但缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴和不利用巡檢終端。

1.2 電力線載波通信技術(shù)

電力線載波通信是利用電力線作為傳輸通道的載波通信，是電力系統(tǒng)特有的一種通信方式。在電力系統(tǒng)中，電力電纜無處不在，因此利用電力線作為信息傳送信道就具有其它信道無法比擬的優(yōu)越性。隨著社會(huì)的需求和電力線載波技術(shù)的不斷發(fā)展，低壓電力載波通信的技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用也將越來越受到人們的重視。

而采用電力線載波監(jiān)測(cè)技術(shù)就是在被監(jiān)測(cè)的電纜上加載特定的載波調(diào)制弱電信號(hào)，并在休止電纜末端加裝信號(hào)反射器。一旦所監(jiān)測(cè)的休止電纜被盜剪斷，休止電纜末端反射信號(hào)傳輸中斷，探測(cè)主機(jī)接受不到載波調(diào)制信號(hào)就會(huì)報(bào)警。由于在已有的電力線上傳輸載波信號(hào)，因此，此方法不需要另外鋪設(shè)專線。相對(duì)于其他線路檢測(cè)技術(shù)，具有安裝簡便隨意，偵測(cè)方法隱蔽，不受外界環(huán)境因素影響，不論電纜是否帶電均能監(jiān)測(cè)電力線路等特點(diǎn)。

1.2.1 電力電纜載波防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

電力電纜載波在線防盜監(jiān)測(cè)技術(shù)，是利用被監(jiān)測(cè)的電力電纜作為載波信號(hào)載體，在無電休止待用電纜（或傳送50Hz工頻電能的在用電纜）上傳送1.6～30MHz頻帶范圍的調(diào)制監(jiān)測(cè)信號(hào)。電力電纜載波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中，由信號(hào)發(fā)射部分、信號(hào)接收電路部分、載波信號(hào)調(diào)制解調(diào)部分、單片機(jī)控制部分、數(shù)字信號(hào)接口部分、端部電力耦合部分以及語音報(bào)警模塊組成了“電力電纜載波在線監(jiān)測(cè)探測(cè)主機(jī)（簡稱：探測(cè)主機(jī)）”。由信號(hào)發(fā)生部分、載波信號(hào)調(diào)制部分、信號(hào)放大部分以及末端電力耦合部分組成了“電力電纜載波信號(hào)末端反射器（簡稱：反射器）”。因此，整個(gè)電力電纜載波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就由探測(cè)主機(jī)、被測(cè)電纜、以及放射器三部分組成。如圖2所示。

系統(tǒng)工作時(shí)，在發(fā)送端，探測(cè)主機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，線路耦合，然后在電力線上進(jìn)行載波傳輸，在反射器端，先經(jīng)過耦合、濾波，將調(diào)制信號(hào)從電力電路上濾出，再經(jīng)過解調(diào)，還原成原信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)真實(shí)性鑒別后編碼反饋回送給探測(cè)主機(jī)。為了克服電纜接地、絕緣、阻抗（容性/感性/阻性變化）等故障干擾引起的詢問載波信號(hào)異常而造成的斷纜誤報(bào)問題，該項(xiàng)目在研究中設(shè)計(jì)出了低頻/低壓專門特征的詢問載波編碼信號(hào)。

1.2.2 系統(tǒng)報(bào)警

電纜末端反射器按調(diào)制編碼規(guī)律向探測(cè)主機(jī)定時(shí)反饋發(fā)送載波信號(hào)，探測(cè)主機(jī)檢測(cè)端檢測(cè)信號(hào)，定時(shí)發(fā)送到主機(jī)的單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路。該電路在定時(shí)時(shí)間內(nèi)收到信號(hào)，重新復(fù)位，不輸出高電平，系統(tǒng)判定電纜完整，不發(fā)出報(bào)警請(qǐng)求。如果單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路開始翻轉(zhuǎn)時(shí)還沒收到信號(hào)，則輸出高電平。

當(dāng)被監(jiān)測(cè)的電纜因盜割等因素出現(xiàn)斷線情況時(shí)，探測(cè)主機(jī)不能按時(shí)收到被測(cè)電纜末端反射器發(fā)回的調(diào)制編碼信號(hào)，探測(cè)主機(jī)報(bào)警器的單片機(jī)系統(tǒng)就會(huì)通過電力SCADA通信系統(tǒng)的IV區(qū)，或通過電力通信增值網(wǎng)，就可把感知探測(cè)信息傳送到監(jiān)測(cè)平臺(tái)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)?；蛟跓o電力系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)條件時(shí)，將報(bào)警器連接現(xiàn)有移動(dòng)3G的GSM模塊，以無線通信方式，撥出的電話或手機(jī)號(hào)傳送信息至監(jiān)控平臺(tái)。

2 電力線載波通信在電力設(shè)施防盜入侵在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

由于我們考慮的是電力電纜的防盜，因此電力線路本身就是電力系統(tǒng)的資源，是信號(hào)的良好載體，我們采用的主要方法就是利用電力電纜，在傳送電力的同時(shí)，又可傳送載波調(diào)制弱電信號(hào)，這樣就不需要再鋪設(shè)信號(hào)電纜了。而且探測(cè)主機(jī)是處于變電站內(nèi)單獨(dú)供電，電纜末端的反射器無需單獨(dú)供電，并在每條監(jiān)測(cè)的電纜末端單設(shè)一個(gè)反射器，所以電力線上的雜波或干擾比較少，因此電力載波是一種可行、可靠而又經(jīng)濟(jì)的方法。技術(shù)上我們使用高靈敏度電力線載波通訊技術(shù)。

所監(jiān)測(cè)的電力電纜等電力設(shè)施分布情況如圖3所示。

監(jiān)測(cè)的對(duì)象主要是電纜溝內(nèi)的休止電纜，量大而面積廣。休止電纜，電纜處于不帶電狀態(tài)，工作人員很難發(fā)現(xiàn)休止電纜的被盜情況。針對(duì)上述這些情況。將探測(cè)主機(jī)放置在變電站內(nèi)，以方便取電和報(bào)警信號(hào)的傳送。信號(hào)反射器放在用戶監(jiān)測(cè)尾端。探測(cè)主機(jī)在電纜后的首端每隔5s發(fā)一組載波信號(hào)，當(dāng)有人盜割時(shí)，探測(cè)主機(jī)就無法按時(shí)收到尾端反射器的反饋信號(hào)，探測(cè)主機(jī)就發(fā)出報(bào)警。下面幾種情況用A表示探測(cè)主機(jī)發(fā)送端，B表示電纜末端反射器。

（1）針對(duì)圖3中的第1類正常供電狀態(tài)下的電纜。發(fā)送端A在帶電電纜上加載發(fā)出載波探測(cè)調(diào)制信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)接收端B返回信號(hào)。接收端B收到載波信號(hào)，經(jīng)鑒別并且發(fā)出正?；卮鹦盘?hào)，不發(fā)出報(bào)警信號(hào)，表明線路正常工作，相反則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，電纜被盜割。

（2）針對(duì)圖3中的第2類單端懸空休止?fàn)顟B(tài)下的電纜，發(fā)送端A在不帶電電纜上加載發(fā)出載波探測(cè)調(diào)制信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)接收端B返回信號(hào)。接收端B收到載波信號(hào)，經(jīng)鑒別并且發(fā)出正?；卮鹦盘?hào)，不發(fā)出報(bào)警信號(hào)，表明線路正常工作，相反則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，電纜被盜割。

（3）針對(duì)圖3中的第3類雙端懸空休止待用狀態(tài)下的電纜，探測(cè)主機(jī)通過一條傳導(dǎo)線路連接變電站附近的電纜一端，發(fā)送端A在不帶電電纜上加載發(fā)出載波探測(cè)調(diào)制信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)接收端B返回信號(hào)。接收端B收到載波信號(hào)，經(jīng)鑒別并且發(fā)出正?；卮鹦盘?hào)，不發(fā)出報(bào)警信號(hào)，表明線路正常工作，相反則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，電纜被盜割。

該項(xiàng)目所研究的技術(shù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施驗(yàn)證達(dá)到了預(yù)期效果，如圖4所示。

3 結(jié)語

（1）變配電站、路燈箱式變壓器、分支箱、電纜井道內(nèi)的休止電纜均處于無人值守狀態(tài)，這些設(shè)施一旦出現(xiàn)被盜情況，將會(huì)給電網(wǎng)安全帶來巨大的財(cái)產(chǎn)損失，因此對(duì)這些電力設(shè)施的在線監(jiān)測(cè)研究都是至關(guān)重要的。

（2）電力線載波在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，是充分利用了電力系統(tǒng)的電力電纜資源，在被測(cè)電纜上加載載波信號(hào)，一旦電纜被盜竊破壞，信號(hào)傳輸中斷，報(bào)警器接受不到信號(hào)就會(huì)報(bào)警，并通過距離監(jiān)測(cè)，確定被盜的準(zhǔn)確地理位置。電力線載波的優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)簡單、整個(gè)系統(tǒng)就是由1臺(tái)探測(cè)主機(jī)、1個(gè)反射器、以及一條被測(cè)光纜組成。且末端反射器無需現(xiàn)場(chǎng)供電，施工方便，采用電力載波通信技術(shù)，利用已經(jīng)敷設(shè)好的電纜進(jìn)行信號(hào)的傳送，大大減少了施工成本。

（3）工作環(huán)境：由于電纜等電力設(shè)備的運(yùn)行長期處于非常惡劣的環(huán)境如高溫、潮濕甚至在水中，因此，本項(xiàng)目的電力末端反射器將長期處于水浸狀態(tài)，采用了較高等級(jí)的防水耐候性好材料，以及無需現(xiàn)場(chǎng)供電的特點(diǎn)，有效確保設(shè)施的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔愛霞.基于PL3200的電力線載波通信系統(tǒng)研究[D].青島：山東科技大學(xué)，2005.

[2] 張平澤，趙振勇.基于低壓電線載波通信方法的比較[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010（2）：26-28.