高速公路電纜防盜傳感技術研究

摘 要：文章介紹了高速公路電纜敷設及電纜防盜的現狀，結合高速公路用電設施實際，分析了各種電纜監測技術的特點，并探討了高速電纜防盜系統的應用需求。

關鍵詞：高速公路；電纜防盜報警；電力載波

1 引言

高速公路機電系統是高速公路建設的重要組成部分，為保證高速公路正常運營提供了基礎平臺。機電系統在高速公路各點設置了多種設備，由各種設備組成的基層單元，通過通信設施互聯，并由電力電纜連接，實現了整個系統的各種功能。對于高速公路機電系統來說，保證穩定安全的電力供應，是實現系統設計功能的必需條件，但是近年來，高速公路電纜失竊現象日益嚴重，造成機電設備工作失靈，對整個高速公路的運營產生了較大影響。

對于高速公路的電纜防盜保護，在運營部門加強巡查巡檢的同時，在整個系統設計時也應進行充分考慮，在電纜埋設方式，監控設施布設、防盜報警裝置設置等方面采取一定措施，以減少電纜被盜可能，并利于失竊后的追查工作。

2 問題分析

高速公路的用電設備主要包括分布于高速公路路側或中央分隔帶內的監控設備，例如攝像機、門架情報板、F型情報板、流量監測、氣象檢測設備等，分布于隧道內的照明、監控、通風設備以及位于關鍵路段如中大型橋梁與互通區的照明、橋梁監測設備等，這些設備供電按照就近原則，由收費站配電房或隧道洞口配電室引電。根據不同路段特點，電纜敷設方式也不相同，如下圖所示。

分析不同路段電力電纜的敷設方式，可以發現，公路路側的電力電纜保護較薄弱，易被開挖偷盜。而電纜接線井處，因電纜在此分歧、接續，可由此抽拉電纜，也是電纜防盜保護的短板之一。

為了加強高速公路電力電纜的防盜保護，部分路段采用對電纜溝甚至是電纜井進行水泥封堵，雖然有一定效果，但是極大地增加了建設成本，而且一旦電力線路故障將無法進行快速檢修，也不符合電力電纜敷設設計規范的要求。

3 電纜防盜報警技術探討

隨著電子技術的進步，電纜狀態監測設備被應用于高速公路電力監控領域。電纜防盜報警裝置的技術核心是電纜狀態的監測。如何準確快速地判斷電纜被盜情況，過濾各種干擾因素，需要系統硬件的不斷改進與軟件算法的不斷優化。電纜狀態檢測的基本原理是在用電設備的前端（即電源端）至用電設備的末端構建一個與電力參數相關的持續性通信系統，若該系統不能完成有效通信，則判定為此段電纜有失竊現象。

關聯電力參數的選擇，現行設備主要采用如下幾種：

（1）電力載波

電力載波通訊是指利用電力線，通過載波方式將信號進行傳輸的技術。該技術在最近幾年有了較大發展，出現了一些比較可行的解決方案，電力載波擴頻調制的應用也提高了該方案的抗干擾能力。在遠程抄表、戶內電力貓組網等領域有了成功運用的范例。電力載波用于電纜防盜監測，采用在線路前端與末端安裝通訊裝置，若電纜被盜，則通訊失敗，前端促發報警。經過實際測試，電力載波技術受到線路噪聲干擾，長距離信號衰減等因素影響較大。為提高通信有效準確率，需要設備有較強的冗余設計，否則誤報機率會比較高。

（2）電能監測

電能監測在線路末端安裝通過線路電能供電的通信裝置，將線路電能設定為關聯監測信號。若電纜被盜，則遠端通信模塊中斷工作。前端可設定為固定時間間隔進行探測通信，若設定次數探測失敗，則判斷為電纜被盜，觸發報警。該方法需要考慮遠端模塊通信方式的設計，若采用有線方式，則加大線路敷設成本，若采用無線通信方式，則對無線鏈路的穩定性有較高要求，特別是高速公路偏僻路段，租用GSM網絡信號較差，采用長距離wifi無線通信對環境變化過于敏感，常導致通信失敗產生誤報警。且電能監測方式對線路通斷敏感，不能對照明電路白天關閉狀態的線路進行監測。

（3）頻率監測

頻率監測采用被監測電纜中的1對芯線構成監測回路，將該線遠端接地，線路正常工作時，監測口為低電平，若電纜被盜割，則監測口顯示高電平，且監測回路會對地形成一個電容C，該電容與監測端到電纜被盜割位置的距離成正比。在監測端使用諧振電路，例如555時基電路組成的振蕩器，可以測得回路振蕩頻率，進而通過計算機換算成盜割點與監測點的距離，觸發報警信號，并提供時間與地點的記錄。該方案由于需要增加一對監測線路，對電纜資源造成浪費。

（4）漏電監測

漏電監測使用互感器測得線路正常狀態的初始值，并使三相電的火線人為產生漏電，使互感器的測量值高于初始值。若電纜被盜割，則測量值回到初始值，監測電路據此產生報警信號。該方法的難點是初始值的設定，由于線路在使用過程中會不斷變化，引起電感值的改變，易誘發誤報警。

分析上述各監測手段，考慮建設經濟性及報警準確率，高速公路電纜防盜監測采用電力載波是比較合理的方案。由于高速公路的用電設備種類較為固定，且大多為專線供電，產生的雜波干擾多為固定頻段，而現有技術在設計高性能多頻段濾波器方向有了較大發展，對于固定設備用電線路的信號凈化有良好效果，極大地提高了電力載波通信的穩定性。

4 結束語

在高速公路電纜防盜領域實際應用中，電纜防盜報警裝置在電纜被盜時發出報警信號，可以促發現場警鈴，并將警報信號經過光纖等通信鏈路傳輸至監控中心，同時記錄盜竊行為發生的時間、地點，并聯動監控設備獲取盜竊者信息，以便管理人員快速到達事發現場，追回損失，盡快恢復設備電力供應，保障公路安全運營。

若電纜防盜系統使用電力載波技術，需要考慮到在線路關斷狀態下電纜監測功能的實現。一般采用的方法是在線路關斷狀態下繼續由監控主機向線路傳輸小功率的通信信號，并偵測回傳，從而保證監測系統的全天候工作。

為保證電纜監測報警系統的正常工作，可對系統增加必要的保護措施，如在線路前端及后端加裝防浪涌保護裝置，加裝UPS進行斷電保護等。

從節約系統成本考慮，可以采用多條線路由一個前端報警主機監測，由該主機完成本地與監控中心通信的功能。前端報警主機可以與現場配電箱合設，以合理利用空間。

隨著新技術的不斷引入，高速公路電纜防盜系統將朝著更智能，更準確，更低成本的方向不斷發展，保障高速公路機電系統的健康穩定運行。

參考文獻

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