關(guān)于電力線載波低壓電纜的防盜運(yùn)行分析

韓炯銳

摘要：電纜分為高壓電網(wǎng)和低壓電網(wǎng)。一般來說，高壓電網(wǎng)因為電壓高，危險性較大，被盜的可能性不大。由于電壓低，線材普遍為銅芯線，早已成為不法之徒的盜竊目標(biāo)。因此，電力線的防盜問題主要是針對低壓配電電纜。

關(guān)鍵詞：電力載波；擴(kuò)頻通信

中圖分類號：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1674-3954（2013）21-0291-02

1 前言

電力載波技術(shù)是在電力系統(tǒng)中特有的通信技術(shù)。研究和應(yīng)用目標(biāo)是將來自多信息源的數(shù)據(jù)和信息加以智能化的合成，產(chǎn)生比單一傳感器更精確、更完整、更可靠的描述和判決，它在軍事和民用方面有著極為廣泛的應(yīng)用背景，是目前科技界的一個熱門研究領(lǐng)域。電纜被盜是電力系統(tǒng)中最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。最近幾年電纜被盜事故發(fā)生頻繁，給國家造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。為此提高低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)的可靠性和及時性就非常重要?；诘蛪弘娏d波通信的電力電纜防盜系統(tǒng)雖然具有物理鏈路、易維護(hù)、易推廣、易使用、低成本等優(yōu)點，但是電力載波系統(tǒng)的通信受線路影響非常嚴(yán)重，導(dǎo)致其誤報率非常大，嚴(yán)重地影響了報警系統(tǒng)價值的發(fā)揮?；诙鄠鞲衅魅诤霞夹g(shù)在信息處理中的優(yōu)勢，將其應(yīng)用到電纜防盜報警系統(tǒng)中，為低壓電力電纜的安全運(yùn)行、提高電纜報警系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性開辟一條新的途徑。防盜報警系統(tǒng)由報警主站和線路探測終端組成。本文詳細(xì)論述了系統(tǒng)設(shè)計思想、總體方案以及軟硬件的實現(xiàn)，并提出了一些實際可行的抗干擾措施，進(jìn)行了測試與分析。最后，對全文進(jìn)行了總結(jié)和展望，提出了有待于進(jìn)一步研究的方向。

2 目前常用的電纜防盜方法

2.1 電流檢測型的電纜防盜方案

通過檢測電纜回路中是否有電流的存在來判斷電力線纜的完整性。如果檢測到電纜回路中有電流，則說明電纜完整；如果檢測到電纜回路中的電流為零，則說明某段電纜發(fā)生故障或者被盜。該防盜防警系統(tǒng)不適用于電力系統(tǒng)，如：公路隧道鼓風(fēng)機(jī)和遠(yuǎn)程遙控電力設(shè)備等的電力電纜。另外值得我們關(guān)注的是，在電力主電纜上一般都會并接有多路分支，只有當(dāng)所有分支電纜全部都被盜剪時，電纜回路的電流才會為零，如果是局部電纜被盜剪，電纜回路的電流依然不為零，所以該防盜報警方案存在著嚴(yán)重的漏報現(xiàn)象。

2.2 電容探測法

該防盜系統(tǒng)的原理是利用一對空置的電纜，將其終端短接，始終與報警器的多諧振蕩保持連接，當(dāng)電纜回路正常的情況下，振蕩器沒有信號輸出，報警器不會發(fā)生報警。當(dāng)電纜被盜時，空置電纜就成了一個電容，而且容量的大小與空置電纜被剪的位置有關(guān)。因此電纜被盜的位置不同，振蕩器所輸出的信號的頻率也不相同，對輸出的方波脈沖進(jìn)行計算就可以確定被盜的位置。

2.3 電力載波通訊法

電力載波通訊是在電力線纜上加載載波信號，一旦電纜被盜，信弓的傳輸就會中斷，探測終端接收不信號，報警主機(jī)就會發(fā)出報警信號。因為該方案是在電力線纜上傳輸載波信號，所以不需要另外架設(shè)專線。與其他線路檢測技術(shù)相比，電力載波具有安裝簡便、偵測方法隱蔽、不受電纜是否帶電以及不受外界環(huán)境影響等特點。

3 關(guān)鍵技術(shù)及其方案

3.1 提高報警的準(zhǔn)確性

（1）為了提高系統(tǒng)的容錯性能，把報警定時器的定時時間設(shè)定為發(fā)完3次載波的時間，這樣盡管是某一次通信失敗，只要不是3次通信連續(xù)失敗，都不會產(chǎn)生誤報。

（2）優(yōu)化載波發(fā)送和接收終端的供電方案

為了避免由于停電而造成防盜報警系統(tǒng)的錯報和漏報現(xiàn)象，發(fā)送和接收終端都應(yīng)接上備用電源，在正常情況下以電力線進(jìn)行供電，一旦停電，供電線路自動切換到備用電源。

3.2 對報警地點進(jìn)行定位

對接收終端進(jìn)行編碼，賦予每個接收終端一個地址，如第1個終端到第n個終端處于正常狀態(tài)，而第n+1個及以后的終端都于處于不正常狀態(tài)下，則可以推斷出報警地點在n～n+1之間。在實際應(yīng)用中，兩個終端之間的距離一般設(shè)為1000m，對于對供電要求不高的線路，這個斷點誤差范圍還是可以接受的。

3.3 對干擾的克服

低壓電力線的設(shè)計并不是為了用作通信的信道，只有在正確了解電力線載波信道的特性的基礎(chǔ)上，與通信技術(shù)進(jìn)行比較，并分析電力線防盜系統(tǒng)對通信技術(shù)的需求特點，這樣才能找到一種適合用于讓載波信號在電力電纜上進(jìn)行傳輸?shù)恼{(diào)制方式。低壓電力線傳輸特性中的重要參數(shù)是輸入阻抗，對輸入阻抗進(jìn)行研究，對于增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的輸入功率以及提高發(fā)送機(jī)的效率都具有重大意義。低壓電力電纜的輸入阻抗與傳輸信號的頻率有著密切的關(guān)系。當(dāng)電力線上沒有荷載時，電力線就相當(dāng)于一根傳輸線，在分布電容和分布電感的影響下，輸入阻抗會隨著傳輸信號的頻率的增大而減小，這樣顯然不符合實際的需求。

干擾是利用電力電纜進(jìn)行通信的主要障礙，干擾可以分為人為干擾和非人為干擾。人為的干擾是由接在電力電纜上的用電設(shè)備所產(chǎn)生的，這種干擾對利用電力線進(jìn)行通信的影響非常嚴(yán)重。非人為干擾是指一些自然現(xiàn)象（如：雷電）對電力線產(chǎn)生的干擾。所以，電力電纜上干擾并不是簡單的可加性高期性白噪聲。

為了研究低壓電力電纜的干擾特性，要在不同的地域進(jìn)行大量的實驗，如：工業(yè)區(qū)、城市以及鄉(xiāng)村?，F(xiàn)在把干擾噪聲的主要來源歸為四大類：①電源電路和可控硅電路產(chǎn)生的50Hz或60Hz倍頻諧波；②由于負(fù)載與電網(wǎng)不同步而產(chǎn)生的一種具有平滑功率譜的干擾，如：電動機(jī)所產(chǎn)生的干擾；③電器開啟或關(guān)閉時所產(chǎn)生的單脈沖噪聲干擾；④非同步周期的噪聲干擾，如：電視機(jī)的行掃頻率。脈沖干擾對通信系統(tǒng)的影響非常重大，脈沖噪聲產(chǎn)生突發(fā)性干擾會引起瞬間的高誤碼率。

為了克服以上干擾，保證載波信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，可以采取以下措施：

3.3.1 利用擴(kuò)頻技術(shù)

電力載波通信的實現(xiàn)方式主要有三種：窄帶通信、幅度調(diào)制以及擴(kuò)頻通信。幅度調(diào)制技術(shù)是最早使用的數(shù)字通信技術(shù)，這種技術(shù)是通過對載波的幅度進(jìn)行調(diào)制來傳輸信號，這種通信方式最不可靠，特別是在四周充滿了噪聲的低壓電力電纜上，很難保證通信高速和可靠地進(jìn)行，所以很少在實際中應(yīng)用。

擴(kuò)頻通信技術(shù)是利用與傳輸數(shù)據(jù)的無關(guān)碼來擴(kuò)展被傳輸信號的頻譜，使所占有的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳送數(shù)據(jù)所需要的最小帶寬，在接收終端利用相同的無關(guān)碼對接收信號進(jìn)行同步處理，以恢復(fù)數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻通信的優(yōu)點是：可抗頻率選擇性衰落、抗干擾能力強(qiáng)以及頻譜利用率高、容量大。

3.3.2 提高接收的門坎

在保證降低傳輸衰落和提高信號幅度的基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)低接收的靈敏度。

4 防盜系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

4.1 載波的發(fā)送、中繼以及接收電路

電力載波技術(shù)是在電力電纜上利用1.6～30MHz的頻帶范圍進(jìn)行信號的傳輸。在發(fā)射端對信號進(jìn)行調(diào)制和線路耦合，然后在電力電纜上進(jìn)行傳輸。而在接收終端就先進(jìn)行耦合和濾波，將電力線上調(diào)制信號濾出來，再進(jìn)行解調(diào)，把調(diào)制信號還原成原信號，然后送至單片對其進(jìn)行處理。同時，通過中斷模塊把調(diào)制信號發(fā)送至下一個接收模塊。載波發(fā)送與接收的結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

4.2 報警器部分

在電力線的末端定時向報警主機(jī)發(fā)送載波信號，主機(jī)的單穩(wěn)態(tài)定時電路定時接收信號，然后重新復(fù)位，不輸出高電平，系統(tǒng)據(jù)此判斷電力線完整，不會發(fā)出報警請求；如果在單穩(wěn)態(tài)定時電路在翻轉(zhuǎn)時沒有接收到信號，則輸出高電平，報警主機(jī)發(fā)出報警信號。

當(dāng)被監(jiān)測的電力線被盜時，報警主機(jī)便通過數(shù)據(jù)線向雙音多頻撥號器傳送同步脈沖信號，此時雙音多頻撥號器便輸出雙音多頻信號，該撥脈沖就是工作員預(yù)先設(shè)置的電話號碼。同時在報警主機(jī)內(nèi)接上GSM模塊便可以傳送無線電信號將警情以電話或短信的方式傳送至相關(guān)工作人員的手機(jī)上。

5 結(jié)束語

隨著電力載波技術(shù)的迅速發(fā)展，基于此技術(shù)開發(fā)電力線防盜系統(tǒng)可以大大降低電力線的防盜費用，所以基于電力載波的電力線纜防盜報警系統(tǒng)具有很大發(fā)展前景，電力載波技術(shù)的電力線防盜報警系統(tǒng)會為電力系統(tǒng)管理部門提供更為高效的防盜手段。

參考文獻(xiàn)

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