低压配电电缆防盗报警系统设计与实现

杜建国，杨 忠

(贵州电网公司兴义供电局，贵州 兴义 562400)

低压配电电缆防盗报警系统设计与实现

杜建国，杨 忠

(贵州电网公司兴义供电局，贵州 兴义 562400)

随着电力输送覆盖面不断增大，低压配电电缆被盗频频发生。传统低压配电电缆防盗报警系统存在载波信号传输距离受限、报警信号延迟、抗外界因素干扰弱、后期维护人工开销大等缺点。针对上述问题，提出光缆数字身份载传低压配电电缆防盗报警系统，简称CIVD电缆防盗报警系统。通过光纤增强信号传输力，采用数字身份载波技术，第一时间准确定位被盗位置坐标，后台自动报警，有效防止电缆被盗事件的发生。通过仿真实验，对低压配电电缆防盗报警系统进行测试，测试结果表明，低压配电电缆防盗报警系统设计方法有效可行，满足低压配电电缆防盗报警要求。

光缆；数字身份载波；低压电缆；定位

[1] 邱成悌，赵悙殳，蒋全兴.电子设备结构设计原理[M].南京：东南大学出版社，2005.

[2]王建石.电子机械工程设计手册[M].北京：中国标准出版社， 2006.

[3]季馨编.无谐振峰隔振缓冲系统简介[M].南京：南京捷诺环境技术有限公司，2002.

(本文编辑：赵艳粉)

随着风能、核能等轻型环保能源在发电领域的应用，我国近五年发电量增长15%，南北电网覆盖面积剧增。低压配电电缆被盗现象频发，给国家造成巨大的经济损失，加大了电力部门维修人员开销。传统低压配电电缆防盗报警系统[1-2]，采用载波信号传送方式，存在传送距离有限、响应时间慢、受外界干扰大等问题[3，4]。因此，提出光缆数字身份载传低压配电电缆防盗系统，简称CIVD电缆防盗报警系统。依托互联网传输技术，采用光缆作为信号传输媒介，提高传输速率，解决传统电缆信号传输速率低的弊端。

数字身份载波技术利用数字信号抗干扰特性，将地理坐标信息写入信号生成控制器，对每一段低压配电电缆进行精确坐标标识，电缆坐标标识在电缆被盗状态下瞬间激活，经光缆高速传达到中央报警系统，后台连接到公安报警系统，自动报警显示坐标。第一时间减小经济损失，打击盗窃犯罪，起到低压配电电缆防盗报警作用。通过对CIVD电缆防盗报警系统模拟应用测试，体现CIVD电缆防盗报警系统的高防盗系数、报警响应时间 、坐标定位准确等特点，为低压配电电缆防盗领域提供新的设计思路。

1 低压配电电缆防盗报警系统设计

1.1 光缆传输媒介设计

光纤作为新型信号传输介质，普遍应用于通讯信号传输领域。光纤具有体积小、数据传输率高、抗干扰等优良特质。利用光纤优良特质，设计一种专用低压配电的光电信号传输电缆。光缆集成在电缆中心，光缆内部由100组10 nm口径光纤丝组成，保证信号传输的高速与准确，减小数据信号衰减与传输介质的阻抗影响。信号传输方式运用数据耦合传输方式，传输式如下：

(1)

(2)

(3)

式中V′——信号耦合数；v——光输耦合系数；T——传输数率；d——外界干扰系数；m——信号衰减系数；t——传输动态峰值。

根据上述传输式可以得出，在V′达到最大峰值时，V′vt条件下，数据传输速度与准确度成正比，与干扰系数呈正弦曲线分布型态，具有良好的抗干扰能力。信号正弦曲线分布如图1所示。

图1 信号正弦曲线分布图

1.2 数字身份载波技术设计

数字身份载波技术是光缆数字身份载传低压配电电缆防盗报警系统的核心。提出采用二进制算法的数字信号代替传统模拟信号。将低压配电电缆信息转换成数字信号，与电缆所在区域地理坐标数字信息一同写入数字防盗信号发送器中央处理芯片RDJ-3578K中，保证坐标数据调取响应速度。为保证坐标信息的准确性，数字防盗信号发送器内部集成有22纳米工艺制造的RDSS北斗定位芯片，RDSS北斗卫星定位芯片24 h不间断动态实时调整坐标参数，保证坐标参数数字信号数据信息的正确。工作原理如图2所示。

图2 数字防盗信号发送器工作原理

传统电力防盗传输载波方式分为窄带与扩频两种方式，其中扩频方式较为多见。设计采用数字扩频传输方式，按照光电扩频编码方式将待传数字信号排列转换，数字信号光电扩频转换后进行输出。接收端中央控制报警器采用数字光电扩频逆解方式，进行数字信号解读恢复。恢复数字信号中位置坐标信息。数字光电扩频通信技术信号频宽较传统频宽范围大，带宽占用小，由数字光电扩频转换器转换输出，表达式为

G=Wlog2(1+S/E)

(4)

式中G——光纤传输信道容量；W——数字光电频带系数；S/E——数字信号与信号阻抗的速率比。

从式(4)可知，光纤传输介质信道容量为定值状态下，W和S/E为传输介质空间内动态值。将W系数增大到峰值，S/E取值系数减小，与光纤传输介质信号所在数据信息容量对等。在干扰波动噪声峰值抑制下，数字光电扩频传输信号依然可以保证信号频率稳定、数据传输质量。

采用式(4)算法的传统扩频转换器与设计的数字光电扩频转换器具有明显不同的内部结构。设计的数字光电扩频转换模块，利用二进制编码形式的数字信号，解决频率域窄造成抗干扰性弱的弊端。抗干扰传输速率对比曲线如图3所示。

图3 抗干扰传输速率对比曲线

1.3 中央控制报警器模块

CIVD电缆防盗报警系统中，中央控制报警模块是整套低压配电电缆防盗报警系统的设计核心，中央控制报警模块内部装有智能CPU单机片，并且集成PKJ-5123M独立芯，保障CIVD电缆防盗报警系统任意环境下正常运行。中央控制报警器模块结构如图4所示。

图4 中央控制报警模块

中央控制报警模块芯片PKJ-5123M采用光电扩频调制解调技术、与现代信号DSP处理技术[5]、CSMDA(Car-rierSenseDirtyMultipleAccess)，载波多通道监听访问技术以及标准的CIEBus协议，采用 22纳米工艺制造M97HB14A 7高集成化芯片，该芯片是功能比较强大的32位单通道单机片，具有SPGI接口，CPU作为中央控制报警模块的核心部分，负责信号接收采集与信号报警分析，信号逆解架构独立完成接收信号好逆解恢复过程，成功后迅速锁定位置坐标区域，发出电缆被盗报警高音音频。同时自动接入本地公安机关后台报警系统进行报警。报警信息主要包括被盗电缆位置坐标和电缆被盗具体时间信息数据，报警模块采用外接RDSS接收终端?用RDSS终端进行数据传输具有全天候在线、定位精准、抗干扰性强、开销小等优点?RDSS通信不收任何费用，特别适用于全天候的、突发性的数字定位信息传输。RDSS模块终端把报警信息以图形数据组合形式展示给相关工作人员。

中央控制报警模块采用自动化无人值守编程模式。解决传统报警系统需要人员看守的弊端，节省了人力资源。另外，在低压配电电缆防盗报警系统的发送端与接收端添加了聚合物蓄电池(聚合物电池比传统蓄电池储电量高、体积小、质量轻)，保证电网断电状态下正常工作运行。在电网带电工作中充电速度比传统蓄电池缩短1.5 h。通信模块中的CPU和PKJ-5123M共有6条连接线，分别是数字信号初始线(RGST)、时间校准线(STCLK)、数字信号输入线(SZDI)、数字信号输出线(SDCO)、备用信号线(CIS)、应急请求信号线(INGT)，时钟校准信号由CPU定时发出?当CIS口处于高电频状态，PKJ-5123M与CPU进行数字信号通信，在二者通信过程中，时间校准线上保留CPU数据空间，将数据空间比为1：2的光电数字扩频信号传送到PKJ-5123M芯片。

2 实验与结论

为保证提出的设计方案可行性，仿真现实环境下对CIVD电缆防盗报警系统进行模拟应用测试。测试条件设置如下：将CIVD电缆防盗系统与传统防盗系统分别装入低压配电电缆箱，电缆总长度2 km，中间设置5个低压配电箱。测试地点选在地形复杂的上坡河流相间的河谷地带，以便测试系统的抗干扰性。计时20 min对比被盗电缆长度。实验分为两部分，第一部分输送380V电压，进行盗剪报警测试；第二部分进行输压后断电状态下盗剪报警测试并对自带电源剩余电量进行统计对比。具体数据如表1、表2所示。

表1 380 V低压配电电缆盗剪测试

表2 断电低压配电电缆盗剪测试

将表1、表2的数据对比，可以看出传统低压配电电缆防盗系统防盗效果差，报警反应速度慢，使后期采取抓捕行动滞后。CIVD电缆防盗报警系统采用设计的数字光电传输电缆，利用光纤传输介质进行数字信号传输，传输速度提升明显。传统低压配电电缆报警系统报警坐标误差大，不能精确缩小坐标范围，给后期的搜寻带来难度。CIVD电缆防盗报警系统采用RDSS北斗定位终端，24小时全天候工作，利用北斗卫星精确定位，校准自身位置坐标数据，缩小搜寻范围，为后续抢修抓捕行动争取宝贵时间。

整体分析发现，CIVD电缆防盗报警系统弥补了传统低压配电电缆防盗系统抗干扰性弱、定位精准度差、信号传输慢的弊端。在复杂地貌环境下，防盗性能表现出色，具有良好的可操作性。自身集成的聚合物电池能够满足断电状态下，低压配电电缆防盗系统的正常稳定工作。

3 结语

针对传统低压配电电缆防盗系统存在的问题，提出CIVD电缆防盗报警系统的设计方案。数字光电传输电缆、数字防盗信号发送器、光电扩频转换器转的设计为整套低压配电电缆防盗系统提供了技术保障，采用RDSS北斗卫星定位芯片，解决低压电缆被盗定位后期搜索区域大、人力资源开销大的问题，为后期抢修抓捕争取宝贵时间，第一时间减小国家经济损失。

通过仿真实验验证CIVD电缆防盗报警系统防盗的整体性能，两项实验项目测试，分别对CIVD电缆防盗报警系统的设计方案的可行性与有效性进行论证。实验结果充分证明方案设计的可实施性与易用性。将光信传输、卫星定位等技术整合优化开发设计，为低压配电电缆防盗系统开发领域提出新的设计思路。

参考文献：

[1] 李国文,姚 建,王 彦,等.基于动态阻容网络监测技术的配网电缆防盗定位系统研究[J].中国科技成果,2016,17(2):23-25.

[2]陶 涛.高速公路供电电缆防盗报警系统设计[J].中国交通信息化,2014(10):122-123.

[3]史 鑫,李志祥.无线网络时代的电缆防盗报警系统设计研究[J].大观周刊,2012(46):219-219.

[4]吕 斌,贺海靖,曲君乐,等.基于电力载波的路灯电缆防盗报警器设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2014,14(2):69-72.

LV Bin, HE Hai-jing, QU Jun-le, et al. Burglar alarm for street lamp electric cable based on power line communication[J].Microcontrollers & Embedded Systems,2014(2):69-72.

[5]王新平,党建军,李 识.基于无线网络的电缆防盗报警系统设计[J].机械与电子,2011(10):41-43.

WANG Xin-ping, DANG Jian-jun, LI Shi. Design of cable anti-theft alarm system based on wireless network[J]. Machinery & Electronics,2011(10):41-43.

收稿日期：2016-10-25

(本文编辑：严 加)

Anti-Theft Alarm System Design and Implementation for Low Voltage Distribution Cable

DU Jian-guo, YANG Zhong

(Xingyi Power Supply Bureau, Guizhou Power Grid Corporation, Xingyi 562400, China)

With the power transmission coverage increase, the thefts of low-voltage distribution cables are more frequent. The traditional LV distribution cable anti-theft alarm system has some defects, such as carrier signal limited transmission distance, alarm signal delay, weak resistance of environment factors, the high maintenance manual spending. Therefore, this paper puts forward the LV distribution cable anti-theft alarm system based on optical cable digital identity carrier (hereinafter referred to as CIVD cable anti-theft alarm system). Through optical fiber enhanced signal transmission, the digital identity carrier technology is applied for the immediate accurate locating of theft coordinates and automatic alarming, effectively preventing cable theft events. The results of the simulation experiment show that the LV distribution cable anti-theft alarm system design method is effective and feasible, and cam meet the requirements of LV power distribution cable anti-theft alarm.

optical cable; digital identity carrier; low voltage cable; positioning

10.11973/dlyny201606032

杜建国(1970)，男，高级技师，研究方向为配电线路。

TP277；TN 913.6

A

2095-1256(2016)06-0804-04

2016-09-17