基于北斗的10kV電纜施工階段防盜裝置研究

王凱，王驍

國網浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江寧波，315000

0 引言

在城市電網中，10kV電力電纜供電負荷重，供電用戶多，用電量大，電纜本身價值也高。一旦發生被盜被破壞案件，不僅造成直接重大經濟損失，而且嚴重影響城市經貿和人民生活安寧和諧。城市電網結構復雜，電纜敷設以電纜溝居多，根據對大量涉電案件剖析、多種技防措施比較，并通過實際安裝試驗證明，對于電纜溝中10kV電纜的防盜防破保護，直接有效的技防手段是監控電纜溝的井蓋[1]。當犯罪分子打開電纜溝井蓋時，在未進入電纜溝實施破壞電纜之前進行預警/報警。但是，電纜溝工作環境條件十分惡劣，如平時陰暗潮濕，雨水季節又可能成為水渠，電纜溝與大道距離較近，車輛川流不息，噪音和機械振動極大。這些都為監控裝置施工安裝和可靠運行帶來很多不利因素。

要解決這些問題，除了加強管理外，還需要技術方法的創新，因此本文將北斗技術、物聯網智能技術應用到井蓋監控器上，研究制作一款基于北斗定位的防盜裝置，將智能手機與井蓋傳感器聯系起來。該裝置和同類防盜報警設備相比，具有簡單可靠、性價比高優點，尤其是提前預警/報警，有效阻止犯罪，防止發生重大經濟案件，避免重大經濟損失。

1 裝置概述

1.1 項目背景

目前，全國各地區城市配電網系統供電線路中交聯聚乙烯電纜應用越來越廣泛，由于電纜芯線大都是純度極高的金屬，具有極高的利用價值，常常成為偷盜者覬覦的對象，很多犯罪分子因此不惜鋌而走險，防盜形勢十分嚴峻。從以前偵破的案例來看，很多偷盜者是本身從事電力行業的施工外施人員，熟悉電纜是否帶電狀態、掌握割接方法等，因此電纜偷盜案例時有發生。研究10kV電纜施工階段防盜裝置和電纜施工線路監控的實現方法，在配網電力電纜防盜工作上提供一套行之有效的合理方案，從而保障供電線路安全、可靠運行，其經濟效益、社會效益必將十分顯著。

1.2 項目技術

該系統需要具備以下特點：第一，北斗系統在空間上有多類衛星組成的，與其他的衛星定位系統相比，它的高空衛星更多，抵御云朵遮攔的能力強，特別是低緯度地方，他的功能方面更加的顯著。第二，北斗系統給予了很多個交錯處的定位信號，能夠通過交錯信息交融的組合采納等方法提供更好的服務享受。第三，北斗系統的創新點處在于交匯了定位與實時發送信息的功能，具有及時定位、更快讀取信息、精準提供時間、定位信息報告和部分內容服務五個功能。

本監控裝置利用物聯網技術、北斗定位技術，成本低廉，信號覆蓋面廣，依托北斗衛星定位技術以及壓力傳感器，一旦蓋板非法開啟，將位置信息與開啟信息實時傳輸至 APP和手機短信，并啟動報警機制，做到對井蓋位置的實時監控。

1.3 項目建設思路

北斗智能井蓋采用北斗高精度定位技術，通過裝載北斗監控設備，實現井蓋的實時監控、遠程查詢、遠程管理，其操作簡單、管理方便，可實現超大范圍報警、高效出警、精確打擊、性能穩定、防水防腐等功能，并具備低成本、高效率和高可靠性的特點幫助管理者提高井蓋管理的信息化和智能化水平[2]。智能井蓋監控管理平臺包括北斗智能井蓋、維修工作組、總控制中心以及北斗衛星導航系統四部分。通過北斗衛星實時獲取井蓋所在位置，當井蓋發生異動時，啟動井蓋自動報警系統，由北斗衛星傳輸到總控制中心，隨后總控制中心根據井蓋異動情況發送下行信號通知相關人員進行處理。

2 項目需求分析

2.1 需求分析

本項目研制一套基于北斗定位的10kV電纜施工階段防盜裝置，利用電纜偷盜需開啟電纜井蓋板這一特點，在電纜井裝設該裝置，能夠在不法分子開啟電纜井的第一時間，觸發警報，通過北斗定位實時定位，短信第一時間通知相關人員，同時通過“警企聯動”，將偷盜行為扼殺在搖籃里。需求分析如圖1所示。

2.2 設計分析

本項目完成后，可大大提高電纜施工階段防盜的可靠性，其主要表現在：①基于北斗定位的10kV電纜施工階段的智能井蓋監測終端，實現了國家北斗地基增強系統在電纜井定位領域的成功應用。②采用模塊化，可以針對不同的電纜井或溝進行配置，方便組網。③適應惡劣環境，具有較高的防護等級和防誤能力。④定位精準，極大便利了電纜井蓋的定位查找和后續的維護工作。⑤實現“警企聯動”，增加防偷盜的威懾力。

2.3 成果應用和推廣途徑

項目將選用一條待施工的電纜路徑進行建設配電電纜智慧智能井蓋監測系統示范工程，研究成果可廣泛應用于國網公司系統、水務、燃氣、通信等行業。示范工程成功應用后，可依托項目成果，逐漸拓展至電纜運維線路，相關成果爭取入選市公司科技成果推廣目錄，逐步在省公司系統、水務、燃氣、電信等其他行業推廣應用。

2.4 推廣價值分析

項目推廣應用后，可顯著提升電纜防偷盜的防治效果和效率，大幅降低電纜偷盜等惡性事件的發生。以寧波甬城配網公司為例，僅2020年，公司共敷設電纜825千米，回收電纜約24.45千米（廢舊電纜招標價：2020年29.93元每公斤。拍賣廢舊電纜732萬元）。通過對閑置賬內、賬外物資再利用、回收、盤活閑置庫存資產，2020年實現廢舊物資收入1005萬元。電纜施工和回收管控緊迫性很大。應用本項目技術成果后，按照每年可節省敷設新電纜24千米，可多回收電纜20千米估算，按當前新電纜價格約800元/米，廢舊電纜430元/米進行計算。則每年可減少損失：（8w×24+4.3w×20）=278萬元。智能井蓋監測終端成功組網后，每個終端價格僅約400元(大面積采購價格)，且為一次性投入。

同時，項目技術可大幅降低施工人員巡線看守勞動強度，降低人力成本，當有人為觸碰電纜情況發生時，通過北斗定位實時定位，短信第一時間通知相關人員，同時通過“警企聯動”，將偷盜行為扼殺在搖籃里。項目通過“科技研發-示范工程”的技術路線，該智能井蓋監測終端的成功應用，突破了以往電纜井蓋定位范圍過大的弊端，可大幅提高電纜井蓋維護管理的效率，定位精度可達實時分米級，定位速度也更快，極大地便利了電纜井蓋的定位查找和后續的維護管理，有效提升配電網安全運行水平。成果的推廣應用將為寧波公司防控電纜偷盜和對電纜進行資產化管控運維提供重要的技術支撐和便利，進一步提高電網安全運行水平。

3 未投運電纜防盜報警裝置研究

3.1 原理設計

北斗智能井蓋采用北斗高精度定位技術，通過裝載北斗監控設備，實現井蓋的實時監控、遠程查詢、遠程管理，其操作簡單、管理方便，可實現超大范圍報警、高效出警、精確打擊、性能穩定、防水防腐等功能，并具備低成本、高效率和高可靠性的特點幫助管理者提高井蓋管理的信息化和智能化水平。智能井蓋監控管理平臺包括北斗智能井蓋、維修工作組、總控制中心以及北斗衛星導航系統四部分。通過北斗衛星實時獲取井蓋所在位置，當井蓋發生異動時，啟動井蓋自動報警系統，由北斗衛星傳輸到總控制中心，隨后總控制中心根據井蓋異動情況發送下行信號通知相關人員進行處理。

3.2 硬件設計

井蓋報警器包含微機Arduino控制器、蜂鳴器，以及壓力的傳感器，井蓋監控報警系統工作原理如圖2所示。該自動報警模塊采用蜂鳴器和高閃爍LED燈組成，當出現井蓋被非正常開啟的情況后，通過自動報警模塊產生高分貝的報警聲響和不斷閃爍的高強光，實現對偷盜者的警示和震懾并達到提醒行人注意危險的作用。井蓋被不法分子啟動后，經過壓力傳感器傳導，北斗衛星系統模塊將通過物聯網，將井蓋的相關位置、時間等具體信息上傳并進行報警。通過一系列的傳感器檢測實現對井蓋及其周邊安全狀況上的檢查。

3.3 軟件設計

依靠北斗衛星技術建立井蓋安全監測系統[3-4]，比一般技術方法應用面更廣；北斗衛星設置的方格網更具精確性、誤差小，既能夠適應標準規定，又具備較強的精度儲備；借助北斗衛星技術設置大地控制網系統，圖形精確指數高，可全面提升點位趨近速率，網形優化更快捷；與一般測量法比較而言，借助北斗衛星技術設置方格網，速度可增強一倍以上，并在一定程度上減小施工人員的勞動負擔，井蓋監控報警系統工作示意圖如圖3所示。北斗衛星的精度要求大大滿足了對井蓋地址信息定位的準度，也為對井蓋“身份編碼”信息提供了有力的技術支持。

3.4 項目研究的關鍵和難點

通過監測井蓋的壓力傳導值來判斷井蓋是否為異常打開，一旦判斷壓力異常，馬上發送告警信息到后臺，并立馬精準定位。低功耗設計，正常工作情況下定時向后臺發送狀態信息（剩余電壓、信號強度等），不更換電池的情況下，工作時間不少于1月。外觀密封，耐腐蝕，耐磨，耐壓，抗震，防水等級IP68。解決金屬井蓋對無線報警信號傳輸的屏蔽問題，結構簡單。

4 現場應用

4.1 應用思路

本項目將深入研究基于北斗定位的10kV電纜施工階段防盜裝置的應用，研究10kV中壓電纜施工階段電纜井蓋狀態監測[5]，采用北斗技術實現井蓋智能化，實現高精度定位，通過裝載北斗監控設備，實現井蓋的實時監控、超大范圍報警、防水防腐等功能，將偷盜行為第一時間扼殺在搖籃。為實現配電電纜沿路井蓋管理的信息化和智能化水平，提供堅強的技術保障。本項目的主要研究內容如下：①適用于10kV中壓電纜施工階段電纜井蓋實時監測報警技術的響應，觸發模塊、電源模塊、信號傳輸模塊、外觀防護的實驗研究。②適用于10kV中壓電纜施工階段電纜井蓋的信息資產管理與井蓋GIS一張圖監控平臺的研究。③適用于10kV中壓電纜施工階段井蓋定位監控和報警信息推送的實驗研究。

4.2 實施方案

配網工程施工中10kV電纜敷設工作點多面廣，施工周期較長，電纜在未投運之前，電纜井內的電纜存在較大的被偷割、偷盜的風險。目前普遍的做法是派人看守，但是因為電纜路徑較長，無法做到全程監控，存在監控漏洞。

本項目針對這一漏洞，研制一套基于北斗定位的10kV電纜施工階段防盜裝置，利用電纜偷盜需開啟電纜井蓋板這一特點，在電纜井裝設該裝置，能夠在不法分子開啟電纜井的第一時間，觸發警報，通過北斗定位實施定位，短信第一時間通知相關人員，同時通過“警企聯動”，將偷盜行為扼殺在搖籃里，電纜防盜報警器工作流程圖如圖4所示。主要思路如下：

①完成觸發感應模塊的傳感器的選擇，安裝位置的確定、防水防火防爆等級確定，供電方式的確定，信號模塊、定位模塊及發送方式的確定，產品最終定型。②完成功能需求調研，完成井蓋狀態監測儀的安裝，實現查詢、報警和定位發送功能。搭建10kV中壓電纜施工階段電纜井蓋的信息資產管理與井蓋GIS一張圖監控平臺的建設。③做好信息圖形的軟硬件配置，研究應用于電力設施防盜監控及管理的數字物聯網平臺。④實時監測定時傳輸信息，可對井蓋位置狀態變化做出實時響應并傳輸報警信息，比如井蓋傾斜、井蓋開啟等，同時對電池電壓進行采集，并實現低電壓報警。⑤進行井蓋定位監控和報警信息推送的實驗研究，當案發時能及時準確定位報警，迅速啟動“警企聯動聯防”機制。設備每天定時上報設備狀態信息，包括電池電壓、井蓋狀態等信息，即使不出現報警事件的情況下也能每天掌握設備運行狀態。⑥報警事件過濾測試。設備內部具備多級報警事件過濾功能，避免車輛過往及振動導致的誤報事件發生，應達到過濾誤報警事件的能力。

4.3 實施成效

項目選用一條待施工的電纜路徑進行建設配電電纜智慧智能井蓋監測系統示范工程[6]，基于北斗技術，將高精度定位、超大范圍報警、快速響應等功能集成在電纜井蓋板中，研制出一套基于北斗定位的10kV電纜施工階段防盜裝置，該裝置具有定位精度準確、誤報率低、安裝方便的優點。APP讀取報警信息示意圖如圖5所示。

4.4 成果特色

該裝置為電力行業量身定做，符合電力企業管理特點，滿足電力行業不同需求。當案發時能及時準確定位報警，迅速啟動“警電聯動聯防”機制，有效打擊任何手段盜竊和破壞電力設施的犯罪分子，不僅節省人力、物力、財力和警力，還大大提高涉電破案率。該裝置已在寧波杭灣電網施工階段進行應用，成效顯著。

5 結語

本項目研制一套基于北斗定位的10kV電纜施工階段防盜裝置，利用電纜偷盜需開啟電纜井蓋板這一特點，在電纜井裝設該裝置，能夠在不法分子開啟電纜井的第一時間，引發壓力感應變化觸發警報，通過北斗定位實時定位，短信和手機APP推送第一時間通知相關人員，同時通過“警企聯動”，將偷盜行為扼殺在搖籃里。實驗結果顯示，該系統功能完善，能夠通過手機APP對井蓋的狀態進行實時監測，使井蓋具有智能化防盜能力，精準判斷，節省人力物力，從而有效防范施工階段的電纜偷盜問題，在井蓋防盜領域具有廣闊的應用前景。