基于電力線載波通信技術的電力休止電纜防盜在線監測技術研究①

陳堅等

摘 要：電力休止電纜應處于無電休止狀態，故常發生被盜事件。對電力系統造成嚴重的安全威脅和財產損失，因此，采用技術措施，對處于休止待用狀態電力電纜進行防盜在線監測成為電力系統安全生產的必要手段。電力線載波通信是指在電力電纜線上加載載波信號，當休止電纜被盜剪時信號傳輸中斷，報警器接收不到信號就會報警，從而實現對電力電纜的在線監測。該文研究了電力線載波通信技術在電力休止電纜防盜入侵中的應用。

關鍵詞：電力休止電纜 電力線載波 防盜入侵

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0025-02

隨著全球經濟的不斷發展，各行各業對電力的需求量越來越大，對供電部門提供電力供應的質量（穩定性、不間斷性及伴隨服務）要求也越來越高。近年來隨著金屬材料的上漲，為獲取非法利益，不法分子開始盯上關乎人民生活用電的相關設備。變配電站、路燈箱式變壓器、分支箱、電纜井道內的供電設備如電纜等都是保證配電網安全運行的重要電力設施，且價值昂貴。但由于這些量大面廣的電力設施均為無人值守狀態。一旦發生非法入侵和盜竊破壞，就會給電網的安全運行帶來危害，給國家財產帶來損失。特別是處于休止待用狀態的電力電纜，更是成為偷盜的首選對象。目前，電力部門的電纜大都采取排管方式，通過入井進行日常維護，但這無法避免井蓋被撬開，導致電纜被盜。城區面積擴大，井蓋的分布范圍廣、數量大，監管難度非常大，通過井蓋入井盜竊電纜的犯罪行為越來越猖獗，影響了電力設施的正常運行。為此，采取技術手段，對包括電力休止電纜在內的電力設施防盜在線監測對電力系統安全生產具有重要的意義。

1 電力線載波通信技術

根據目前電力電纜的應用現場條件，采用電力線載波的監測技術手段是最合適的技術方案。利用被監測的休止電纜本身作為監測信號的載體，采用電力線載波通信網絡終端的方式，通過電力SCADA通信系統的IV區，或通過電力通信增值網，就可把感知探測信息傳送到監測平臺遠程在線監測。

1.1 電力線載波的優勢特點

目前，在電力系統中大多數的報警系統都是基于電力線載波或者公用電話網的通信方式。比較這兩種方式，電力線載波的優點在于：系統所有設備可就近、就地接入，無須重新布線破壞建筑結構及裝潢，整體成本最低。但缺點是監控范圍一般限制在單個配變臺區、單條線路，抗電磁干擾能力弱，超出部分設計復雜，不利于遠端報警和誤報率高。而公共電話網的優點在于能可靠的遠距離傳輸。但缺點是價格昂貴和不利用巡檢終端。

1.2 電力線載波通信技術

電力線載波通信是利用電力線作為傳輸通道的載波通信，是電力系統特有的一種通信方式。在電力系統中，電力電纜無處不在，因此利用電力線作為信息傳送信道就具有其它信道無法比擬的優越性。隨著社會的需求和電力線載波技術的不斷發展，低壓電力載波通信的技術開發及應用也將越來越受到人們的重視。

而采用電力線載波監測技術就是在被監測的電纜上加載特定的載波調制弱電信號，并在休止電纜末端加裝信號反射器。一旦所監測的休止電纜被盜剪斷，休止電纜末端反射信號傳輸中斷，探測主機接受不到載波調制信號就會報警。由于在已有的電力線上傳輸載波信號，因此，此方法不需要另外鋪設專線。相對于其他線路檢測技術，具有安裝簡便隨意，偵測方法隱蔽，不受外界環境因素影響，不論電纜是否帶電均能監測電力線路等特點。

1.2.1 電力電纜載波防盜監測系統基本結構

電力電纜載波在線防盜監測技術，是利用被監測的電力電纜作為載波信號載體，在無電休止待用電纜（或傳送50Hz工頻電能的在用電纜）上傳送1.6～30MHz頻帶范圍的調制監測信號。電力電纜載波監測系統的原理結構如圖1所示。

其中，由信號發射部分、信號接收電路部分、載波信號調制解調部分、單片機控制部分、數字信號接口部分、端部電力耦合部分以及語音報警模塊組成了“電力電纜載波在線監測探測主機（簡稱：探測主機）”。由信號發生部分、載波信號調制部分、信號放大部分以及末端電力耦合部分組成了“電力電纜載波信號末端反射器（簡稱：反射器）”。因此，整個電力電纜載波監測系統就由探測主機、被測電纜、以及放射器三部分組成。如圖2所示。

系統工作時，在發送端，探測主機對信號進行調制，線路耦合，然后在電力線上進行載波傳輸，在反射器端，先經過耦合、濾波，將調制信號從電力電路上濾出，再經過解調，還原成原信號，進行信號真實性鑒別后編碼反饋回送給探測主機。為了克服電纜接地、絕緣、阻抗（容性/感性/阻性變化）等故障干擾引起的詢問載波信號異常而造成的斷纜誤報問題，該項目在研究中設計出了低頻/低壓專門特征的詢問載波編碼信號。

1.2.2 系統報警

電纜末端反射器按調制編碼規律向探測主機定時反饋發送載波信號，探測主機檢測端檢測信號，定時發送到主機的單穩態定時電路。該電路在定時時間內收到信號，重新復位，不輸出高電平，系統判定電纜完整，不發出報警請求。如果單穩態定時電路開始翻轉時還沒收到信號，則輸出高電平。

當被監測的電纜因盜割等因素出現斷線情況時，探測主機不能按時收到被測電纜末端反射器發回的調制編碼信號，探測主機報警器的單片機系統就會通過電力SCADA通信系統的IV區，或通過電力通信增值網，就可把感知探測信息傳送到監測平臺遠程在線監測?；蛟跓o電力系統內網條件時，將報警器連接現有移動3G的GSM模塊，以無線通信方式，撥出的電話或手機號傳送信息至監控平臺。

2 電力線載波通信在電力設施防盜入侵在線監測中的應用

由于我們考慮的是電力電纜的防盜，因此電力線路本身就是電力系統的資源，是信號的良好載體，我們采用的主要方法就是利用電力電纜，在傳送電力的同時，又可傳送載波調制弱電信號，這樣就不需要再鋪設信號電纜了。而且探測主機是處于變電站內單獨供電，電纜末端的反射器無需單獨供電，并在每條監測的電纜末端單設一個反射器，所以電力線上的雜波或干擾比較少，因此電力載波是一種可行、可靠而又經濟的方法。技術上我們使用高靈敏度電力線載波通訊技術。

所監測的電力電纜等電力設施分布情況如圖3所示。

監測的對象主要是電纜溝內的休止電纜，量大而面積廣。休止電纜，電纜處于不帶電狀態，工作人員很難發現休止電纜的被盜情況。針對上述這些情況。將探測主機放置在變電站內，以方便取電和報警信號的傳送。信號反射器放在用戶監測尾端。探測主機在電纜后的首端每隔5s發一組載波信號，當有人盜割時，探測主機就無法按時收到尾端反射器的反饋信號，探測主機就發出報警。下面幾種情況用A表示探測主機發送端，B表示電纜末端反射器。

（1）針對圖3中的第1類正常供電狀態下的電纜。發送端A在帶電電纜上加載發出載波探測調制信號，同時檢測接收端B返回信號。接收端B收到載波信號，經鑒別并且發出正常回答信號，不發出報警信號，表明線路正常工作，相反則發出報警信號，電纜被盜割。

（2）針對圖3中的第2類單端懸空休止狀態下的電纜，發送端A在不帶電電纜上加載發出載波探測調制信號，同時檢測接收端B返回信號。接收端B收到載波信號，經鑒別并且發出正?；卮鹦盘?，不發出報警信號，表明線路正常工作，相反則發出報警信號，電纜被盜割。

（3）針對圖3中的第3類雙端懸空休止待用狀態下的電纜，探測主機通過一條傳導線路連接變電站附近的電纜一端，發送端A在不帶電電纜上加載發出載波探測調制信號，同時檢測接收端B返回信號。接收端B收到載波信號，經鑒別并且發出正常回答信號，不發出報警信號，表明線路正常工作，相反則發出報警信號，電纜被盜割。

該項目所研究的技術經現場實施驗證達到了預期效果，如圖4所示。

3 結語

（1）變配電站、路燈箱式變壓器、分支箱、電纜井道內的休止電纜均處于無人值守狀態，這些設施一旦出現被盜情況，將會給電網安全帶來巨大的財產損失，因此對這些電力設施的在線監測研究都是至關重要的。

（2）電力線載波在線監測技術，是充分利用了電力系統的電力電纜資源，在被測電纜上加載載波信號，一旦電纜被盜竊破壞，信號傳輸中斷，報警器接受不到信號就會報警，并通過距離監測，確定被盜的準確地理位置。電力線載波的優點在于：結構簡單、整個系統就是由1臺探測主機、1個反射器、以及一條被測光纜組成。且末端反射器無需現場供電，施工方便，采用電力載波通信技術，利用已經敷設好的電纜進行信號的傳送，大大減少了施工成本。

（3）工作環境：由于電纜等電力設備的運行長期處于非常惡劣的環境如高溫、潮濕甚至在水中，因此，本項目的電力末端反射器將長期處于水浸狀態，采用了較高等級的防水耐候性好材料，以及無需現場供電的特點，有效確保設施的正常運行。

參考文獻

[1] 崔愛霞.基于PL3200的電力線載波通信系統研究[D].青島：山東科技大學，2005.

[2] 張平澤，趙振勇.基于低壓電線載波通信方法的比較[J].電子設計工程，2010（2）：26-28.