未投運電力電纜防盜報警裝置

王松波,朱詩慧,周亞峰

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司寧東供電公司，寧夏 銀川 750411)

電力電纜是傳輸電能的特殊導線，在電力系統(tǒng)中用以傳輸和分配大功率電能。在城鎮(zhèn)居民密集的地方，如大型工廠、發(fā)電廠、電網(wǎng)交叉區(qū)等，由于地面位置的限制，不允許架設桿塔和導線時，就需要鋪設電力電纜，因此在電力線路中，電纜所占比重正逐漸增加[1-2]，但是偷盜電纜現(xiàn)象時有發(fā)生，電纜被盜不僅對電力用戶帶來經(jīng)濟損失，還會對電網(wǎng)運行帶來安全隱患，除直接經(jīng)濟損失外，還間接造成電網(wǎng)線路投產(chǎn)延期、影響生產(chǎn)等。

1 現(xiàn)狀及問題分析

對于未投運的電力電纜，雖然鋪設完畢，但距離正式投入運行需較長時間，在此期間采取的電纜防盜手段為人工巡檢，在實踐中存在以下突出問題：第一，人工巡檢不能全時間覆蓋，部分時間段如深夜的盜竊未能被及時發(fā)現(xiàn)；第二，部分未投運電纜存在鋪設距離過長、走廊環(huán)境惡劣等問題，人工巡檢難以對每段電纜狀況都進行查驗；第三，地埋電纜被盜后經(jīng)盜竊者偽造現(xiàn)場，在部分情況下難以辨認。電纜鋪設點多、面廣，其盜竊事件多是發(fā)生在偏僻地帶，發(fā)現(xiàn)和查找線索困難。由于追回經(jīng)濟損失訴訟成本高，從偵查到審查起訴期間，審判周期長，耗費人力資源且難以追回損失等原因，電力用戶通常選擇不了了之，因此電纜盜竊事件屢見不鮮。

根據(jù)供電企業(yè)業(yè)擴報裝的統(tǒng)計來看，電網(wǎng)每年需要新接入的電纜數(shù)量巨大，人工巡檢目前已不能適應防盜監(jiān)測的形勢需求。

2 未投運電力電纜防盜報警裝置研制

2.1 未投運電力電纜防盜報警裝置設計

為了解決人工巡檢電纜的弊端，本文從檢測可靠、使用簡單等角度出發(fā)，設計了一款未投運電力電纜防盜報警裝置。裝置實現(xiàn)裝設在電纜一端即可檢測到電纜被盜信號，利用無線傳輸技術(shù)使裝置與手機終端連接，當電纜發(fā)生被盜時，裝置自動向電纜巡檢人員、用戶等人員發(fā)送告警信息，實現(xiàn)實時監(jiān)測，如圖1所示。

圖1 未投運電力電纜防盜報警裝置連接

裝置通過短路檢測、微振動檢測和電纜容值檢測3種非同樣檢測原理冗余的方式進行電纜盜竊檢測。3種檢測信息呈“或”的方式發(fā)送至主控模塊，主控模塊只要檢測到1種信息，就可以檢測出電纜是否被偷盜，此裝置采用多手段、多途徑、多方式來檢測，補充了單一式檢測方式的缺陷，如圖2所示。

圖2 未投運電力電纜防盜單端監(jiān)控裝置的功能模塊

2.1.1 硬件設計

(1)微振動檢測模塊

電纜導體是銅芯，屬金屬材質(zhì)，金屬對聲波的傳輸速度最快，對聲波衰減最小，所以將微振動檢測模塊貼合導體設置，以對短距離電纜進行微振動檢測。

微振動檢測模塊選用微振動檢測傳感器，使用內(nèi)置鍍金滾珠和鋼帽的傳感器，全方位震動感知、傾斜感知，靈敏度高。將多個傳感器依附于線纜表面，形成多個測量點，可極大提高傳感器靈敏度[3]。

(2)短路檢測模塊

當盜竊使用的工具為金屬鋼鋸時，電纜銅屏蔽層和導體的端口與鋼鋸連接，形成短路，此時短路檢測傳感器可檢測到。短路檢測采用光耦實現(xiàn)，短路檢測模塊電路見圖3。光耦的原邊連接在電纜導體處和銅屏蔽層，在電纜被偷盜時，銅屏蔽層和導體的斷口被鋼鋸連接，形成二者的短路通路，從而使得光耦導通，輸出低電平，把變量信息送給主控模塊，實現(xiàn)短路檢測[4]。

圖3 短路檢測模塊電路

(3)電容檢測模塊

當電纜被切斷時，容值會隨著長度的變化而變化，此時通過檢測電纜容值即可判斷電纜是否被盜，并可定位被盜點[5]。

電纜是容性設備，導體和銅屏蔽層構(gòu)成電容的2個極板，根據(jù)電容的計算公式：C=εS/4πkd，電容C的容量大小與2個極板之間的正對面積S成線性正比，與2個極板之間的距離d成線性反比。對電纜而言，d是固定不變的常數(shù)，當電纜因鋸斷而斷裂時，斷口處造成電纜的正對面積S發(fā)生變化，容量C也隨之變化，從而實現(xiàn)了電纜被盜的檢測。同時，該檢測方法具有定位偷盜點的作用，當電纜被盜時，造成電纜的長度變短，對應的剩余電纜的長度也變化，根據(jù)電容量的變化就可以對偷盜點進行定位[6]。

假設原電纜的長度為L，導體外壁與銅屏蔽層內(nèi)壁之間的距離為d，導體直徑為R，則該電纜的原有電容為C1=εS1/4 πkd，其中，S1=L×πR，d為常數(shù)，當電纜被盜后，假設被盜斷口距離變電站的距離為1/3L，則被盜后剩余的電纜的電容C2=εS2/4πkd，其中，S2=1/3L×πR，可見，C2=1/3×C1。由此可得，當電容檢測模塊檢測到的電纜的電容量有變化時，表明電纜中間有部分長度被盜，電纜出現(xiàn)斷口，依據(jù)電容檢測模塊檢測到的電容量與原電纜的電容量的比值可以推算出斷口的位置，即可以通過電容量的變化率對被盜點進行定位。

(4)人機交互模塊

裝置設計人機交互模塊，包括主控模塊、通信模塊和移動終端，通信模塊與主控模塊連接，主控模塊通過通信模塊將所述電纜偷盜信息發(fā)送至用戶手機等移動終端[7]。為了杜絕人為故意盜竊的情況，本裝置開關(guān)機時會自動向移動終端發(fā)送開關(guān)機信息，可以避免人為將裝置斷電的現(xiàn)象，起到電纜看管人員、用戶等相互監(jiān)督的作用，同時實現(xiàn)電纜被盜情況、裝置開關(guān)機情況的信息共享[8]。裝置每天定時向電纜看管人員發(fā)送運行正常信息，便于巡檢人員判斷裝置是否存在故障或損壞情況。

圖4 裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1.2 軟件設計

裝置的軟件運算流程見圖5。

圖5 軟件流程

2.2 現(xiàn)場應用

使用該裝置時，將短路檢測線夾與三相電纜的任意一項相連；微振動檢測傳感器分別置于三相電纜的絕緣層與導體之間，并使傳感器緊貼于每相電纜的導體表面；電容檢測傳感裝置分別連接在除已連接短路檢測外的剩余兩相電纜上，以避免短路檢測、電容檢測相互干擾。

通過現(xiàn)場實際使用，裝置可以通過微振動聲波檢測、短路檢測和電纜容值變化檢測實現(xiàn)實時監(jiān)測電纜情況，通過三重判斷準確檢測出電纜是否被盜，并能夠及時將報警信息傳達至電纜巡檢人員，提高電纜防盜水平。

3 成效評價

(1)通過未投運電纜→防盜報警裝置→手機終端的信息感知互聯(lián)，讓泛在電力物聯(lián)在電纜防盜技術(shù)方面落地實現(xiàn)，通過技術(shù)革新使電纜防盜方式發(fā)生了根本性變化，電纜防盜變得可視、可防、可控。

(2)該裝置的使用可以有效幫助電力客戶降低電纜資產(chǎn)被盜風險，降低人力資源成本，降低投產(chǎn)延期概率以及由此引起的交付違約損失、訴訟費用、重新施工費用等。

(3)該裝置的應用可有效降低業(yè)擴報裝環(huán)節(jié)客戶投訴風險，根據(jù)該裝置可增加供電企業(yè)服務手段，針對需求不同的用戶，提供裝置出售、租賃、和服務租賃的商業(yè)模式，提升供電企業(yè)在優(yōu)質(zhì)服務和優(yōu)化營商環(huán)境方面的技術(shù)手段和技術(shù)服務能力，提升客戶獲得電力滿意度，用新技術(shù)驅(qū)動服務創(chuàng)新、推動客戶辦電更省錢、推動客戶辦電服務更優(yōu)質(zhì)，生產(chǎn)廠家、供電企業(yè)、電力客戶全產(chǎn)業(yè)鏈互動。

4 結(jié) 論

該裝置的使用具有安裝簡便、檢測可靠等特點，利用未投運電纜防盜報警裝置替代人工巡檢電纜防盜模式可節(jié)省人力巡檢成本，裝置通過三重檢測模式實現(xiàn)24 h自動防盜監(jiān)測和告警短信多端實時傳輸，可定位被盜點并短信告知電力用戶，大幅提升電纜防盜水平。使用新技術(shù)驅(qū)動服務創(chuàng)新，幫助電力用戶降低未投運電力電纜資產(chǎn)被盜風險，同時使泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電纜防盜領(lǐng)域具體落地實現(xiàn)。