基于电力线载波通信技术的电力休止电缆防盗在线监测技术研究①

陈坚等

摘 要：电力休止电缆应处于无电休止状态，故常发生被盗事件。对电力系统造成严重的安全威胁和财产损失，因此，采用技术措施，对处于休止待用状态电力电缆进行防盗在线监测成为电力系统安全生产的必要手段。电力线载波通信是指在电力电缆线上加载载波信号，当休止电缆被盗剪时信号传输中断，报警器接收不到信号就会报警，从而实现对电力电缆的在线监测。该文研究了电力线载波通信技术在电力休止电缆防盗入侵中的应用。

关键词：电力休止电缆 电力线载波 防盗入侵

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0025-02

随着全球经济的不断发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对供电部门提供电力供应的质量（稳定性、不间断性及伴随服务）要求也越来越高。近年来随着金属材料的上涨，为获取非法利益，不法分子开始盯上关乎人民生活用电的相关设备。变配电站、路灯箱式变压器、分支箱、电缆井道内的供电设备如电缆等都是保证配电网安全运行的重要电力设施，且价值昂贵。但由于这些量大面广的电力设施均为无人值守状态。一旦发生非法入侵和盗窃破坏，就会给电网的安全运行带来危害，给国家财产带来损失。特别是处于休止待用状态的电力电缆，更是成为偷盗的首选对象。目前，电力部门的电缆大都采取排管方式，通过入井进行日常维护，但这无法避免井盖被撬开，导致电缆被盗。城区面积扩大，井盖的分布范围广、数量大，监管难度非常大，通过井盖入井盗窃电缆的犯罪行为越来越猖獗，影响了电力设施的正常运行。为此，采取技术手段，对包括电力休止电缆在内的电力设施防盗在线监测对电力系统安全生产具有重要的意义。

1 电力线载波通信技术

根据目前电力电缆的应用现场条件，采用电力线载波的监测技术手段是最合适的技术方案。利用被监测的休止电缆本身作为监测信号的载体，采用电力线载波通信网络终端的方式，通过电力SCADA通信系统的IV区，或通过电力通信增值网，就可把感知探测信息传送到监测平台远程在线监测。

1.1 电力线载波的优势特点

目前，在电力系统中大多数的报警系统都是基于电力线载波或者公用电话网的通信方式。比较这两种方式，电力线载波的优点在于：系统所有设备可就近、就地接入，无须重新布线破坏建筑结构及装潢，整体成本最低。但缺点是监控范围一般限制在单个配变台区、单条线路，抗电磁干扰能力弱，超出部分设计复杂，不利于远端报警和误报率高。而公共电话网的优点在于能可靠的远距离传输。但缺点是价格昂贵和不利用巡检终端。

1.2 电力线载波通信技术

电力线载波通信是利用电力线作为传输通道的载波通信，是电力系统特有的一种通信方式。在电力系统中，电力电缆无处不在，因此利用电力线作为信息传送信道就具有其它信道无法比拟的优越性。随着社会的需求和电力线载波技术的不断发展，低压电力载波通信的技术开发及应用也将越来越受到人们的重视。

而采用电力线载波监测技术就是在被监测的电缆上加载特定的载波调制弱电信号，并在休止电缆末端加装信号反射器。一旦所监测的休止电缆被盗剪断，休止电缆末端反射信号传输中断，探测主机接受不到载波调制信号就会报警。由于在已有的电力线上传输载波信号，因此，此方法不需要另外铺设专线。相对于其他线路检测技术，具有安装简便随意，侦测方法隐蔽，不受外界环境因素影响，不论电缆是否带电均能监测电力线路等特点。

1.2.1 电力电缆载波防盗监测系统基本结构

电力电缆载波在线防盗监测技术，是利用被监测的电力电缆作为载波信号载体，在无电休止待用电缆（或传送50Hz工频电能的在用电缆）上传送1.6～30MHz频带范围的调制监测信号。电力电缆载波监测系统的原理结构如图1所示。

其中，由信号发射部分、信号接收电路部分、载波信号调制解调部分、单片机控制部分、数字信号接口部分、端部电力耦合部分以及语音报警模块组成了“电力电缆载波在线监测探测主机（简称：探测主机）”。由信号发生部分、载波信号调制部分、信号放大部分以及末端电力耦合部分组成了“电力电缆载波信号末端反射器（简称：反射器）”。因此，整个电力电缆载波监测系统就由探测主机、被测电缆、以及放射器三部分组成。如图2所示。

系统工作时，在发送端，探测主机对信号进行调制，线路耦合，然后在电力线上进行载波传输，在反射器端，先经过耦合、滤波，将调制信号从电力电路上滤出，再经过解调，还原成原信号，进行信号真实性鉴别后编码反馈回送给探测主机。为了克服电缆接地、绝缘、阻抗（容性/感性/阻性变化）等故障干扰引起的询问载波信号异常而造成的断缆误报问题，该项目在研究中设计出了低频/低压专门特征的询问载波编码信号。

1.2.2 系统报警

电缆末端反射器按调制编码规律向探测主机定时反馈发送载波信号，探测主机检测端检测信号，定时发送到主机的单稳态定时电路。该电路在定时时间内收到信号，重新复位，不输出高电平，系统判定电缆完整，不发出报警请求。如果单稳态定时电路开始翻转时还没收到信号，则输出高电平。

当被监测的电缆因盗割等因素出现断线情况时，探测主机不能按时收到被测电缆末端反射器发回的调制编码信号，探测主机报警器的单片机系统就会通过电力SCADA通信系统的IV区，或通过电力通信增值网，就可把感知探测信息传送到监测平台远程在线监测。或在无电力系统内网条件时，将报警器连接现有移动3G的GSM模块，以无线通信方式，拨出的电话或手机号传送信息至监控平台。

2 电力线载波通信在电力设施防盗入侵在线监测中的应用

由于我们考虑的是电力电缆的防盗，因此电力线路本身就是电力系统的资源，是信号的良好载体，我们采用的主要方法就是利用电力电缆，在传送电力的同时，又可传送载波调制弱电信号，这样就不需要再铺设信号电缆了。而且探测主机是处于变电站内单独供电，电缆末端的反射器无需单独供电，并在每条监测的电缆末端单设一个反射器，所以电力线上的杂波或干扰比较少，因此电力载波是一种可行、可靠而又经济的方法。技术上我们使用高灵敏度电力线载波通讯技术。

所监测的电力电缆等电力设施分布情况如图3所示。

监测的对象主要是电缆沟内的休止电缆，量大而面积广。休止电缆，电缆处于不带电状态，工作人员很难发现休止电缆的被盗情况。针对上述这些情况。将探测主机放置在变电站内，以方便取电和报警信号的传送。信号反射器放在用户监测尾端。探测主机在电缆后的首端每隔5s发一组载波信号，当有人盗割时，探测主机就无法按时收到尾端反射器的反馈信号，探测主机就发出报警。下面几种情况用A表示探测主机发送端，B表示电缆末端反射器。

（1）针对图3中的第1类正常供电状态下的电缆。发送端A在带电电缆上加载发出载波探测调制信号，同时检测接收端B返回信号。接收端B收到载波信号，经鉴别并且发出正常回答信号，不发出报警信号，表明线路正常工作，相反则发出报警信号，电缆被盗割。

（2）针对图3中的第2类单端悬空休止状态下的电缆，发送端A在不带电电缆上加载发出载波探测调制信号，同时检测接收端B返回信号。接收端B收到载波信号，经鉴别并且发出正常回答信号，不发出报警信号，表明线路正常工作，相反则发出报警信号，电缆被盗割。

（3）针对图3中的第3类双端悬空休止待用状态下的电缆，探测主机通过一条传导线路连接变电站附近的电缆一端，发送端A在不带电电缆上加载发出载波探测调制信号，同时检测接收端B返回信号。接收端B收到载波信号，经鉴别并且发出正常回答信号，不发出报警信号，表明线路正常工作，相反则发出报警信号，电缆被盗割。

该项目所研究的技术经现场实施验证达到了预期效果，如图4所示。

3 结语

（1）变配电站、路灯箱式变压器、分支箱、电缆井道内的休止电缆均处于无人值守状态，这些设施一旦出现被盗情况，将会给电网安全带来巨大的财产损失，因此对这些电力设施的在线监测研究都是至关重要的。

（2）电力线载波在线监测技术，是充分利用了电力系统的电力电缆资源，在被测电缆上加载载波信号，一旦电缆被盗窃破坏，信号传输中断，报警器接受不到信号就会报警，并通过距离监测，确定被盗的准确地理位置。电力线载波的优点在于：结构简单、整个系统就是由1台探测主机、1个反射器、以及一条被测光缆组成。且末端反射器无需现场供电，施工方便，采用电力载波通信技术，利用已经敷设好的电缆进行信号的传送，大大减少了施工成本。

（3）工作环境：由于电缆等电力设备的运行长期处于非常恶劣的环境如高温、潮湿甚至在水中，因此，本项目的电力末端反射器将长期处于水浸状态，采用了较高等级的防水耐候性好材料，以及无需现场供电的特点，有效确保设施的正常运行。

参考文献

[1] 崔爱霞.基于PL3200的电力线载波通信系统研究[D].青岛：山东科技大学，2005.

[2] 张平泽，赵振勇.基于低压电线载波通信方法的比较[J].电子设计工程，2010（2）：26-28.