基站防窃电技术的分析与研究
2023-01-31王翔
王 翔
（中国移动通信集团 河南有限公司网络部，河南 郑州 450000）
0 引 言
基站是网络时代必不可缺的基础设施，为网络的通畅与稳定运行提供了强有力的支撑，同时其电量需求非常大，对供电的稳定性要求较高。由于基站位置的特殊性，在线路中出现了窃电行为，查起来不仅费事费力，还无法彻底解决，资产流失的同时给基站的稳定运行造成了影响，并且窃电本身也存在极大的安全隐患。基于人员安全、设备的稳定运行、资产保护这3个方面的考虑，研发新型防窃电监控系统，将用电信息的采集和对窃电行为的管控相结合，可以远程控制，更加高效地解决基站的窃电问题[1]。
1 方案的分析与实现
对于通信机房动力电的窃电行为，一般分为三相电源全部相线窃电、单根相线窃电、两根相线窃电3种方式(单根相线窃电接一根地线可照明等，两根相线可用来电加热）。现有目前现有技术一般分为以下几种，包括变压器防窃电、智能电表防窃电、智能电表+智能网关联网配合后台防窃电。
1.1 变压器防窃电
变压器防窃电首先在国网变压器后端先隔离保障国网电压稳定，其次通过增加变压器进行降压或者升压，最后到用户端再通过变压器进行补偿或者稳压的方法来进行达到防止窃电的目的，如图1所示。
图1 变压器防窃电示意图
该方式弊端是变压器安装不便、无法联机、无后台管理、操作不方便以及无法智能化的管理现场情况。
1.2 智能电表防窃电
智能电表是目前防窃电使用较多的设备，具有远程采集用电数据、方便远程维护监控及减少人为抄表操作等优点。智能电表防窃电如图2所示。
图2 智能电表防窃电示意
该方式的弊端是针对基站用电，电表安装在远端，无法有效地防止电表下端到机房端输送线路的窃电。
1.3 智能电表+智能网关联网配合后台防窃电
智能电表配合控制分合闸和智能网关的方式，主要是通过数据采集解析，比对筛选出异常的数据，然后控制分合闸对机房端进行断电来达到防止窃电的目的。智能电表 + 智能网关联网配合后台防窃电如图3所示。
图3 智能电表+智能网关联网配合后台防窃电示意
该方式的弊端是无法单独控制某一相的通断，只能三相同时控制；无法完全保障机房的安全，断电之后无法有效检测机房端的电源信息；万一出现掉站的情况，无法及时保障机房的供电，造成不可避免的损失[2]。
2 新型防窃电方案
2.1 研究背景
在深入调研市场需求后，发现目前市场的产品都存在一定的问题。例如：发现窃电现象的时间晚并且周期长；处理时间长、无法有效打击窃电行为。现有技术中，存在一定的缺点：一般都需要人工干预；需要人工统计窃电报表；面对窃电行为，处理滞后；处理结果零散，无法自动收集。
2.2 技术手段
一旦发生被窃电行为，一方面会给用电方带来一定的经济损失，另一方面会造成一定安全隐患，本解决方案的具体内容为：本方案由硬件部分和软件部分组成。硬件分为主机和从机两套设备，从机实时检测三相四线电源A、B、C三相的电流、电压和功率数据，并将各种数据由电力载波方式回传至通信机房内的主机检测设备，通信机房内的主机检测设备通过自身内部电路进行对比分析，判断到用电方A、B、C三相电路中是否有一相、两相或三相存在被窃电行为，如果得出的结论显示存在一相或多相窃电情况时，通信机房内的主机检测设备会自动通过4G无线信号传送给用电方手机端微信或PC端告知存在被窃电行为，同时通知从机检测设备执行自动切断异常电路，从而达到有效防窃电行为，减少了用电方的经济损失。并且所有的实时状态也会通过4G传输模块长传至主站[3]。
2.3 技术方案
方案包括硬件设备和后台管理系统两大部分，单独硬件不联网可单独使用。软硬件配套情况下，可联网后台，支持远程管理、数据导出等功能，详细方案如下。
2.3.1 硬件方案
硬件设备主要包括主机检测设备、从机检测设备，系统参考图4所示。主机检测设备包括电源模块、载波模块、计量模块、4G数据传输模块以及液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）触显模块。从机检测设备包括电源模块、载波模块、计量模块、分相断/合闸执行机构以及发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）显示模块。
图4 硬件设备
主机检测设备安装在基站内，由基站内直流48 V电源供电，可通过触摸屏进行主站信息的设置以及从机设备的控制。能显示主设备、总设备实时在线状态及实时电量信息，并能实时上传所有状态及电能量相关信息。
从机检测设备安装在国网表近端，由三相四线3×220/380 V（三相，电表额定工作电压为 220 V，电表能承受的最大电压为380 V）供电，通过载波模块可以实时主动上报所采集的电能信息给主机设备，并能根据主机设备下发的命令进行及时的拉合闸，快速反馈实时状态，从机设备负载的控制能力根据现场实际用电负荷进行匹配。
主机和从机设备中央处理器（Central Processing Unit，CPU）均采用工业级ARM芯片，用电信息采集采用国内一流的三相专用计量芯片具有5 000∶1的采样范围，精度可达到±0.1%，均可采集三相四线交流电能量、电压、电流、功率等信息。
主机设备和从机设备通过远距离载波模块进行通信，主机设备通过采集从机设备所采集的电能信息，来判断输电线路的电流、电压、电能损耗等，通过判断A、B、C三相电源中是否损耗过大，还能判断出A、B、C三相电源中是否有一相、两相或三相同时存在被窃电，通知从机设备断闸来干扰异常用电的行为，同时并能将判别结果经4G数据传输模块给用电方手机推送短信告知存在被窃电行为，用户通过手机短信功能接收到短信后能实时掌握被窃电情况[4,5]。
经过上述，系统能有效达到防窃电功能，并能及时告知管理者，减少了用电方的经济损失。
2.3.2 软件方案
具体实现流程如图5所示。
图5 软件方案具体实现流程
获取当前系统环境信息；
获取基站列表；
软件批量处理；
收集基站上报信息。
优选地，所述获取当前设备采集基站信息包括三相交流电压、三相交流电流、机房环境温度、直流电压：
获取当前系统的阈值设置信息；
获取当前系统的架构信息；
根据所述系统版本信息和所述架构信息准备测试环境。
把上报信息存储到数据库中,与前值做比较。
优选地，所述获取基站信息包括主从机电量：
更换外网源为内网源，生成本架构软件包目录索引文件；
判断所述基站是否在线正常工作；
若是，根据设备id新增设备在本系统上的状态,新增状态信息保存到数据库；
若否，记录设备状态，保存日志；
判断是否符合窃电行为；
若是，上报前端进行告警警示；
若否，记录正常设备日志。
由前端发起设备告警信息：
根据设备id号,寻找设备地址并发送指令；
判断设备是否依照指令完成动作；
若是，获取设备信息,返回设备正常工作值；
若否，返回设备返回信息。
优选地，所述收集设备结果包括步骤：
生成设备报告；
收集设备日志。
该操作系统的软件操作方法解决了窃电处理不及时的问题，在受到窃电行为时，提前给出全面的信息展示，很大程度上节约了人力成本，大大提高了效率。
本设备已在一些基站进行试点安装，根据查询到的清单，2022年2月份电量为8 145 kW·h（电费5 777.81元），2022年3月份电量为3 661 kW·h（电费2 571.63元）。自2022年3月15号安装完毕后，对比2月电费，3月中半月时间已节省电量4 484 kW·h，节省电费3 206.18 元。
3 结 论
新型基站防窃电方案不仅解决了基站发现窃电现象时间晚、处理周期长的问题，还有效打击了窃电行为。该方案通过远程监控，并实时进行控制，既减少了大量的人工成本，也减少了大量经济损失，还保证了基站的稳定用电。同时，根据报表可以统计分析哪些地方容易出现用电异常，可以及早的排除隐患。新型的基站防窃电方案，不仅可以解决基站的窃电问题，也为基站的整体运营管理提供了方便，这种系统的解决方案思路应该可以应用到各个领域，在这个经济高速发展的时代，低成本、高效率是尤为重要的。
