淺析電力線載波低壓電纜的防盜運(yùn)行

張春輝　王安江

摘 要：電纜分為高壓電網(wǎng)和低壓電網(wǎng)。一般來(lái)說(shuō)，高壓電網(wǎng)因?yàn)殡妷焊撸ｋU(xiǎn)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(wèn)題主要是針對(duì)低壓配電電纜。

關(guān)鍵詞：電力載波；擴(kuò)頻通信

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(lái)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(gè)熱門(mén)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。

基于多傳感器融合技術(shù)在信息處理中的優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用到電纜防盜報(bào)警系統(tǒng)中，為低壓電力電纜的安全運(yùn)行、提高電纜報(bào)警系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性開(kāi)辟一條新的途徑。防盜報(bào)警系統(tǒng)由報(bào)警主站和線路探測(cè)終端組成。

一、目前常用的電纜防盜方法

1.電流檢測(cè)型的電纜防盜方案。通過(guò)檢測(cè)電纜回路中是否有電流的存在來(lái)判斷電力線纜的完整性。如果檢測(cè)到電纜回路中有電流，則說(shuō)明電纜完整；如果檢測(cè)到電纜回路中的電流為零，則說(shuō)明某段電纜發(fā)生故障或者被盜。

2.電容探測(cè)法。該防盜系統(tǒng)的原理是利用一對(duì)空置的電纜，將其終端短接，始終與報(bào)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(méi)有信號(hào)輸出，報(bào)警器不會(huì)發(fā)生報(bào)警。當(dāng)電纜被盜時(shí)，空置電纜就成了一個(gè)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(hào)的頻率也不相同，對(duì)輸出的方波脈沖進(jìn)行計(jì)算就可以確定被盜的位置。

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(hào)，一旦電纜被盜，信弓的傳輸就會(huì)中斷，探測(cè)終端接收不信號(hào)，報(bào)警主機(jī)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。因?yàn)樵摲桨甘窃陔娏€纜上傳輸載波信號(hào)，所以不需要另外架設(shè)專線。與其他線路檢測(cè)技術(shù)相比，電力載波具有安裝簡(jiǎn)便、偵測(cè)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(diǎn)。

二、關(guān)鍵技術(shù)及其方案

1.提高報(bào)警的準(zhǔn)確性

（1）為了提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性能，把報(bào)警定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間設(shè)定為發(fā)完3次載波的時(shí)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(huì)產(chǎn)生誤報(bào)。

（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(bào)警系統(tǒng)的錯(cuò)報(bào)和漏報(bào)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(dòng)切換到備用電源。

2.對(duì)報(bào)警地點(diǎn)進(jìn)行定位。對(duì)接收終端進(jìn)行編碼，賦予每個(gè)接收終端一個(gè)地址，如第1個(gè)終端到第n個(gè)終端處于正常狀態(tài)，而第n+1個(gè)及以后的終端都于處于不正常狀態(tài)下，則可以推斷出報(bào)警地點(diǎn)在n～n+1之間。在實(shí)際應(yīng)用中，兩個(gè)終端之間的距離一般設(shè)為1000m，對(duì)于對(duì)供電要求不高的線路，這個(gè)斷點(diǎn)誤差范圍還是可以接受的。

3.對(duì)干擾的克服。低壓電力線的設(shè)計(jì)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(duì)通信技術(shù)的需求特點(diǎn)，這樣才能找到一種適合用于讓載波信號(hào)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(duì)輸入阻抗進(jìn)行研究，對(duì)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(hào)的頻率有著密切的關(guān)系。當(dāng)電力線上沒(méi)有荷載時(shí)，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(huì)隨著傳輸信號(hào)的頻率的增大而減小，這樣顯然不符合實(shí)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(duì)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(duì)電力線產(chǎn)生的干擾。所以，電力電纜上干擾并不是簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)，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(lái)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(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的干擾；③電器開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)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(duì)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(huì)引起瞬間的高誤碼率。

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

3.1 利用擴(kuò)頻技術(shù)，電力載波通信的實(shí)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(guò)對(duì)載波的幅度進(jìn)行調(diào)制來(lái)傳輸信號(hào)，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(shí)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(wú)關(guān)碼來(lái)擴(kuò)展被傳輸信號(hào)的頻譜，使所占有的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(wú)關(guān)碼對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行同步處理，以恢復(fù)數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)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。

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

三、防盜系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

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(hào)的傳輸。在發(fā)射端對(duì)信號(hào)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(hào)濾出來(lái)，再進(jìn)行解調(diào)，把調(diào)制信號(hào)還原成原信號(hào)，然后送至單片對(duì)其進(jìn)行處理。同時(shí)，通過(guò)中斷模塊把調(diào)制信號(hào)發(fā)送至下一個(gè)接收模塊。

2.報(bào)警器部分。在電力線的末端定時(shí)向報(bào)警主機(jī)發(fā)送載波信號(hào)，主機(jī)的單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路定時(shí)接收信號(hào)，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(huì)發(fā)出報(bào)警請(qǐng)求；如果在單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路在翻轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有接收到信號(hào)，則輸出高電平，報(bào)警主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

當(dāng)被監(jiān)測(cè)的電力線被盜時(shí)，報(bào)警主機(jī)便通過(guò)數(shù)據(jù)線向雙音多頻撥號(hào)器傳送同步脈沖信號(hào)，此時(shí)雙音多頻撥號(hào)器便輸出雙音多頻信號(hào)，該撥脈沖就是工作員預(yù)先設(shè)置的電話號(hào)碼。同時(shí)在報(bào)警主機(jī)內(nèi)接上GSM模塊便可以傳送無(wú)線電信號(hào)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。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著電力載波技術(shù)的迅速發(fā)展，基于此技術(shù)開(kāi)發(fā)電力線防盜系統(tǒng)可以大大降低電力線的防盜費(fèi)用，所以基于電力載波的電力線纜防盜報(bào)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(bào)警系統(tǒng)會(huì)為電力系統(tǒng)管理部門(mén)提供更為高效的防盜手段。