舊城改造過程中的線路防外破檢測(cè)方法研究

摘要：根據(jù)舊城改造項(xiàng)目低壓配電線路運(yùn)行狀態(tài)與負(fù)載的特點(diǎn)，對(duì)線路防外破的檢測(cè)方法進(jìn)行研究，結(jié)合線路負(fù)荷端電氣量在故障狀態(tài)下與正常運(yùn)行狀態(tài)下的區(qū)別，對(duì)低壓配電線路被盜時(shí)所產(chǎn)生的故障類型進(jìn)行判斷。該方法具有簡(jiǎn)單、可靠、高效等特點(diǎn)，能及時(shí)有效制止低壓架空線路盜竊行為，為電網(wǎng)挽回大量經(jīng)濟(jì)損失。

關(guān)鍵詞：低壓配電線路；舊城改造；防外破；防盜

中圖分類號(hào)：TM726.2 " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " "文章編號(hào)：1671-0797（2023）02-0086-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.02.024

0 " "引言

近年來，深圳經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，引來大批開發(fā)商投資，深圳的舊城區(qū)不可避免地向現(xiàn)代化城市靠攏，在這個(gè)過程中，必然會(huì)涉及很多舊城改造項(xiàng)目。舊城改造會(huì)涉及住戶的搬遷，從而出現(xiàn)很多無人居住的房子，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)偷盜低壓架空線路的盜竊分子。巡邏隊(duì)在白天巡邏，所以盜竊者往往選擇在夜間行竊，城區(qū)內(nèi)存在很多監(jiān)控死角，因此盜竊架空線路的行為具有操作簡(jiǎn)單、難發(fā)現(xiàn)、難追查、難治理、隨機(jī)性、突發(fā)性等特點(diǎn)，不僅給電網(wǎng)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也給電網(wǎng)工作人員和社會(huì)治安人員帶來了不小的麻煩。

除盜竊因素外，一些施工操作不規(guī)范而破壞線路的人為因素也是導(dǎo)致線路破壞的主要原因之一，并且還會(huì)威脅施工人員的生命安全[1]。

針對(duì)上述問題，本文根據(jù)舊城改造項(xiàng)目低壓配電線路運(yùn)行狀態(tài)與負(fù)載的特點(diǎn)，對(duì)線路防外破的檢測(cè)方法進(jìn)行研究。

1 " "現(xiàn)狀分析

1.1 " "線路防外破檢測(cè)方案研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的線路防外破檢測(cè)主要依靠人工巡檢，通常有以下幾種方式：（1）定期巡檢，由工作人員定期到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行查看；（2）故障后檢修，即線路故障后，檢修人員到事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查；（3）固定視頻監(jiān)控，在關(guān)鍵固定位置安裝監(jiān)控，由值守人員通過屏幕遠(yuǎn)程觀看現(xiàn)場(chǎng)情況[2-5]。

目前主流的線路防外破檢測(cè)方案為可視化巡視方案，即在輸電線路桿塔上安裝視頻監(jiān)控拍攝裝置，利用人工智能領(lǐng)域的圖像識(shí)別技術(shù)識(shí)別出線路通道內(nèi)的故障隱患，再通過無線3G/4G的通信方式獲取信息，最后將線路故障的預(yù)警信息通過推送技術(shù)上傳至巡視人員的手機(jī)App[6]。

在識(shí)別故障信息時(shí)所用到的核心技術(shù)可分為以下三個(gè)類別：傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、超聲波回聲測(cè)距技術(shù)[7]。

1.2 " "現(xiàn)有技術(shù)存在的問題

現(xiàn)有巡視方式在解決舊城改造過程中的線路盜竊問題時(shí)主要存在下列幾個(gè)問題：

（1）硬件設(shè)施投資較大，監(jiān)控設(shè)備使用的流量成本較高。

（2）設(shè)備維護(hù)所需的人力、物力和成本較高。

（3）設(shè)備成像結(jié)果受天氣因素影響較大，在惡劣天氣下結(jié)果較差。

（4）AI算法還有很大的改善空間，目前有較高的誤報(bào)率。

2 " "斷電檢測(cè)法

2.1 " "舊城改造線路特點(diǎn)分析

為了防止盜竊行為的發(fā)生，往往需要用到更加簡(jiǎn)單、可靠、高效的方案，而不需要投入過多的人力、物力和硬件設(shè)施，所以本文通過分析舊城改造過程中線路的特點(diǎn)來制定邏輯簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠的電力線路防外破檢測(cè)方法。

在舊城改造過程中，用戶搬遷致使配網(wǎng)的末端無負(fù)載，也導(dǎo)致線路被盜時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)由于10 kV及以上線路外破告警裝置配備齊全，所以被盜的往往是線電壓為380 V的低壓架空線路。

根據(jù)以上特點(diǎn)，制定了一套通過斷電后的測(cè)量裝置的測(cè)量結(jié)果來判斷線路被盜后線路所發(fā)生的故障類型的方法，本文將其稱為“斷電檢測(cè)法”。在檢測(cè)裝置檢測(cè)出故障類型后，通過硬件裝置可與電網(wǎng)運(yùn)維等相關(guān)工作人員進(jìn)行通信，發(fā)出故障信息、地點(diǎn)信息和警告信息，便于工作人員了解具體情況，最終及時(shí)制止偷盜分子的盜竊行為。

2.2 " "方法原理

如圖1所示，在配網(wǎng)線路的負(fù)荷側(cè)安裝呈三相星型連接的3個(gè)電壓測(cè)量裝置，將電壓測(cè)量裝置用電壓表來代替，同時(shí)前文已提到舊城改造過程中配網(wǎng)末端處于空載狀態(tài)。圖中MCU表示微控制單元。

線路盜竊者造成的故障為從配電變壓器二次側(cè)出線到用戶電表箱之間線路的斷線故障，通常將這一段線路稱為表前線。當(dāng)盜竊分子造成不同類型的線路故障時(shí)，電壓表的測(cè)量數(shù)值會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，假設(shè)v1、v2、v3為電壓表V1、V2、V3的測(cè)量電壓值，下面根據(jù)圖1來討論以下幾種故障情況：

（1）正常運(yùn)行狀態(tài)：v1、v2、v3均為220 V。

（2）當(dāng)發(fā)生單相斷路故障時(shí)，例如當(dāng)A相表前線斷線時(shí)，電壓表v1為0 V，其余兩表均為220 V，B相和C相斷線則同理。

（3）當(dāng)發(fā)生兩相斷路故障時(shí)，例如當(dāng)A、B兩相表前線斷線時(shí)，v1、v3為0 V，v2為220 V。

（4）當(dāng)發(fā)生三相斷路故障時(shí)，無論開關(guān)K1是否閉合，v1、v2、v3的值均為0 V。開關(guān)K1用來與中性線斷線情況相區(qū)分，詳見下文。

2.3 " "方法改進(jìn)

在實(shí)際情況中，經(jīng)常出現(xiàn)偷盜分子盜取中性線的現(xiàn)象，所以對(duì)上述方法進(jìn)行進(jìn)一步的討論和改進(jìn)，考慮中性線斷線情況。

（1）只有中性線斷線：此時(shí)只通過3個(gè)電壓表的測(cè)量結(jié)果無法與其他斷線故障做出區(qū)分，需要借助MCU編程控制或硬件設(shè)計(jì)等輔助手段將其中一個(gè)電壓表人為斷開，假設(shè)將電壓表V1斷開，則此時(shí)v2+v3=380 V。根據(jù)此特征可以將中性線斷線與其他故障區(qū)分開來。

（2）中性線斷線+單相斷線：此時(shí)無論哪一相線路發(fā)生單相斷線，都有v1+v2+v3=380 V。

（3）中性線斷線+兩相斷線：假設(shè)斷線相為A、B，該故障情況同樣需要借助MCU的程序控制，當(dāng)v1、v2、v3的值均為0 V的結(jié)果傳給MCU時(shí)，MCU控制開關(guān)K1由斷開轉(zhuǎn)為閉合，此時(shí)v2由0 V轉(zhuǎn)變?yōu)?20 V。注意：只有滿足v1=v2=v3=0 V時(shí)，才可讓K1閉合。

結(jié)果總結(jié)如表1所示。

3 " "硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)前文所述的斷電檢測(cè)法可對(duì)MCU進(jìn)行編程，最終以MCU為核心、與其他關(guān)鍵硬件電路所組成的硬件邏輯簡(jiǎn)圖如圖2所示。圖2是圖1的后續(xù)部分，其左側(cè)的配電線路表前線即代表了圖1所示的內(nèi)容。前文已提及V1、V2、V3為電壓測(cè)量裝置，在實(shí)際應(yīng)用中使用電壓互感器進(jìn)行電壓測(cè)量，以便將220 V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成MCU可讀取的小于5 V的電壓信號(hào)。MCU對(duì)整流后的電壓信號(hào)進(jìn)行故障檢測(cè)，接收到故障信號(hào)后發(fā)送信號(hào)給NB-Iot模塊，最后由NB-Iot將告警短信發(fā)送至手機(jī)。

基于防盜竊目的，本硬件裝置的使用場(chǎng)景需要其24 h不間斷工作，所以供電電源應(yīng)由電表箱中的220 V交流電經(jīng)變壓器后再進(jìn)行整流濾波供電。另一方面，由于在偷盜行為發(fā)生時(shí)會(huì)發(fā)生斷電，所以裝置需要在斷電期間由其他供電方式獲取能量完成告警信息的發(fā)送。

斷電期間的供電可采用以下兩種方案：

（1）采用外部鋰電池供電；

（2）在電路的電源位置并聯(lián)一個(gè)大電容。

裝置外殼采用導(dǎo)軌式塑料外殼，現(xiàn)場(chǎng)安裝位置為電表箱內(nèi)的導(dǎo)軌上。與此同時(shí)，為精確定位故障位置，應(yīng)在室外的配電線路上每隔一段距離安裝一臺(tái)斷電檢測(cè)裝置。安裝方式如下：首先對(duì)線路外絕緣剝皮，然后將裝置的電壓互感器測(cè)量端子通過線夾夾在線路上，最后做好絕緣防護(hù)工作。另一方面，由于220 V的配電線路不可避免地會(huì)對(duì)裝置產(chǎn)生電磁干擾，所以裝置應(yīng)充分考慮抗電磁干擾性能。

提高裝置的抗電磁干擾性能，有以下幾種方式：

（1）選用頻率較低的MCU；

（2）在電源處設(shè)計(jì)減小電源噪聲的電路；

（3）合理分布元件，盡量避免電路信號(hào)線間的交叉干擾。

由于裝置安裝地點(diǎn)為室外，應(yīng)進(jìn)一步考慮裝置的防水與散熱性能，在設(shè)計(jì)電路時(shí)通過對(duì)器件進(jìn)行合理排布增強(qiáng)散熱性能，選擇外殼時(shí)，應(yīng)選擇有散熱孔的散熱性能良好的外殼。防水方面，應(yīng)在塑料外殼的最外層加上一層金屬外殼。

考慮到金屬外殼對(duì)天線信號(hào)具有屏蔽作用，NB-Iot模塊所連接的天線應(yīng)放置在金屬外殼外部。通過對(duì)金屬外殼進(jìn)行打孔并在孔位處安裝防水接頭充分提升防水性能。

4 " "結(jié)語(yǔ)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年深圳僅一條街道內(nèi)丟失的低壓架空線路就長(zhǎng)達(dá)千米，整個(gè)深圳因盜竊架空線路而造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)數(shù)十萬(wàn)元。

為制止低壓架空線路的偷盜現(xiàn)象，本文提出了斷電檢測(cè)法，該方法具有簡(jiǎn)單、可靠、高效的優(yōu)點(diǎn)，且所搭配的硬件成本低、壽命長(zhǎng)、抵抗自然環(huán)境能力強(qiáng)，完全適用于防盜的應(yīng)用場(chǎng)景。裝置可在識(shí)別出線路故障后將故障發(fā)生地點(diǎn)和故障類型第一時(shí)間以告警短信的方式發(fā)送給相關(guān)工作人員，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并追回被盜的線路，將犯罪分子繩之以法，以防類似事件的發(fā)生，對(duì)減小電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)損失和提升社會(huì)治安水平具有重要意義。

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收稿日期：2022-09-15

作者簡(jiǎn)介：鄭佳宜（1994—），女，廣東汕頭人，助理工程師，研究方向：設(shè)備管理。