关于电力线载波低压电缆的防盗运行分析

摘要：电缆分为高压电网和低压电网。一般来说，高压电网因为电压高，危险性较大，被盗的可能性不大。由于电压低，线材普遍为铜芯线，早已成为不法之徒的盗窃目标。因此，电力线的防盗问题主要是针对低压配电电缆。

关键词：电力载波；扩频通信

中图分类号：TM732 文献标识码：B 文章编号：1674-3954（2013）21-0291-02

1 前言

电力载波技术是在电力系统有的通信技术。研究和应用目标是将来自多信息源的数据和信息加以智能化的合成，产生比单一传感器更精确、更完整、更可靠的描述和判决，它在军事和民用方面有着极为广泛的应用背景，是目前科技界的一个热门研究领域。电缆被盗是电力系统中最严重的灾害之一。最近几年电缆被盗事故发生频繁，给国家造成了重大的经济损失和安全隐患。为此提高低压配电电缆防盗报警系统的可靠性和及时性就非常重要。基于低压电力载波通信的电力电缆防盗系统虽然具有物理链路、易维护、易推广、易使用、低成本等优点，但是电力载波系统的通信受线路影响非常严重，导致其误报率非常大，严重地影响了报警系统价值的发挥。基于多传感器融合技术在信息处理中的优势，将其应用到电缆防盗报警系统中，为低压电力电缆的安全运行、提高电缆报警系统的可靠性和可维护性开辟一条新的途径。防盗报警系统由报警主站和线路探测终端组成。本文详细论述了系统设计思想、总体方案以及软硬件的实现，并提出了一些实际可行的抗干扰措施，进行了测试与分析。最后，对全文进行了总结和展望，提出了有待于进一步研究的方向。

2 目前常用的电缆防盗方法

2.1 电流检测型的电缆防盗方案

通过检测电缆回路中是否有电流的存在来判断电力线缆的完整性。如果检测到电缆回路中有电流，则说明电缆完整；如果检测到电缆回路中的电流为零，则说明某段电缆发生故障或者被盗。该防盗防警系统不适用于电力系统，如：公路隧道鼓风机和远程遥控电力设备等的电力电缆。另外值得我们关注的是，在电力主电缆上一般都会并接有多路分支，只有当所有分支电缆全部都被盗剪时，电缆回路的电流才会为零，如果是局部电缆被盗剪，电缆回路的电流依然不为零，所以该防盗报警方案存在着严重的漏报现象。

2.2 电容探测法

该防盗系统的原理是利用一对空置的电缆，将其终端短接，始终与报警器的多谐振荡保持连接，当电缆回路正常的情况下，振荡器没有信号输出，报警器不会发生报警。当电缆被盗时，空置电缆就成了一个电容，而且容量的大小与空置电缆被剪的位置有关。因此电缆被盗的位置不同，振荡器所输出的信号的频率也不相同，对输出的方波脉冲进行计算就可以确定被盗的位置。

2.3 电力载波通讯法

电力载波通讯是在电力线缆上加载载波信号，一旦电缆被盗，信弓的传输就会中断，探测终端接收不信号，报警主机就会发出报警信号。因为该方案是在电力线缆上传输载波信号，所以不需要另外架设专线。与其他线路检测技术相比，电力载波具有安装简便、侦测方法隐蔽、不受电缆是否带电以及不受外界环境影响等特点。

3 关键技术及其方案

3.1 提高报警的准确性

（1）为了提高系统的容错性能，把报警定时器的定时时间设定为发完3次载波的时间，这样尽管是某一次通信失败，只要不是3次通信连续失败，都不会产生误报。

（2）优化载波发送和接收终端的供电方案

为了避免由于停电而造成防盗报警系统的错报和漏报现象，发送和接收终端都应接上备用电源，在正常情况下以电力线进行供电，一旦停电，供电线路自动切换到备用电源。

3.2 对报警地点进行定位

对接收终端进行编码，赋予每个接收终端一个地址，如第1个终端到第n个终端处于正常状态，而第n+1个及以后的终端都于处于不正常状态下，则可以推断出报警地点在n～n+1之间。在实际应用中，两个终端之间的距离一般设为1000m，对于对供电要求不高的线路，这个断点误差范围还是可以接受的。

3.3 对干扰的克服

低压电力线的设计并不是为了用作通信的信道，只有在正确了解电力线载波信道的特性的基础上，与通信技术进行比较，并分析电力线防盗系统对通信技术的需求特点，这样才能找到一种适合用于让载波信号在电力电缆上进行传输的调制方式。低压电力线传输特性中的重要参数是输入阻抗，对输入阻抗进行研究，对于增强网络的输入功率以及提高发送机的效率都具有重大意义。低压电力电缆的输入阻抗与传输信号的频率有着密切的关系。当电力线上没有荷载时，电力线就相当于一根传输线，在分布电容和分布电感的影响下，输入阻抗会随着传输信号的频率的增大而减小，这样显然不符合实际的需求。

干扰是利用电力电缆进行通信的主要障碍，干扰可以分为人为干扰和非人为干扰。人为的干扰是由接在电力电缆上的用电设备所产生的，这种干扰对利用电力线进行通信的影响非常严重。非人为干扰是指一些自然现象（如：雷电）对电力线产生的干扰。所以，电力电缆上干扰并不是简单的可加性高期性白噪声。

为了研究低压电力电缆的干扰特性，要在不同的地域进行大量的实验，如：工业区、城市以及乡村。现在把干扰噪声的主要来源归为四大类：①电源电路和可控硅电路产生的50Hz或60Hz倍频谐波；②由于负载与电网不同步而产生的一种具有平滑功率谱的干扰，如：电动机所产生的干扰；③电器开启或关闭时所产生的单脉冲噪声干扰；④非同步周期的噪声干扰，如：电视机的行扫频率。脉冲干扰对通信系统的影响非常重大，脉冲噪声产生突发性干扰会引起瞬间的高误码率。

为了克服以上干扰，保证载波信号传输的准确性，可以采取以下措施：

3.3.1 利用扩频技术

电力载波通信的实现方式主要有三种：窄带通信、幅度调制以及扩频通信。幅度调制技术是最早使用的数字通信技术，这种技术是通过对载波的幅度进行调制来传输信号，这种通信方式最不可靠，特别是在四周充满了噪声的低压电力电缆上，很难保证通信高速和可靠地进行，所以很少在实际中应用。

扩频通信技术是利用与传输数据的无关码来扩展被传输信号的频谱，使所占有的带宽远远超过传送数据所需要的最小带宽，在接收终端利用相同的无关码对接收信号进行同步处理，以恢复数据。扩频通信的优点是：可抗频率选择性衰落、抗干扰能力强以及频谱利用率高、容量大。

3.3.2 提高接收的门坎

在保证降低传输衰落和提高信号幅度的基础上，适当调低接收的灵敏度。

4 防盗系统的基本结构

4.1 载波的发送、中继以及接收电路

电力载波技术是在电力电缆上利用1.6～30MHz的频带范围进行信号的传输。在发射端对信号进行调制和线路耦合，然后在电力电缆上进行传输。而在接收终端就先进行耦合和滤波，将电力线上调制信号滤出来，再进行解调，把调制信号还原成原信号，然后送至单片对其进行处理。同时，通过中断模块把调制信号发送至下一个接收模块。载波发送与接收的结构原理图如图2所示。

4.2 报警器部分

在电力线的末端定时向报警主机发送载波信号，主机的单稳态定时电路定时接收信号，然后重新复位，不输出高电平，系统据此判断电力线完整，不会发出报警请求；如果在单稳态定时电路在翻转时没有接收到信号，则输出高电平，报警主机发出报警信号。

当被监测的电力线被盗时，报警主机便通过数据线向双音多频拨号器传送同步脉冲信号，此时双音多频拨号器便输出双音多频信号，该拨脉冲就是工作员预先设置的电话号码。同时在报警主机内接上GSM模块便可以传送无线电信号将警情以电话或短信的方式传送至相关工作人员的手机上。

5 结束语

随着电力载波技术的迅速发展，基于此技术开发电力线防盗系统可以大大降低电力线的防盗费用，所以基于电力载波的电力线缆防盗报警系统具有很大发展前景，电力载波技术的电力线防盗报警系统会为电力系统管理部门提供更为高效的防盗手段。

参考文献

[1]叶远国，廖国武，低压配电电缆防盗问题的研究[J]，华南师范大学学报（自然科学版），2002（2）：34～38

[2]张明新，马宏锋，张英辉，等低压电力线载波通信中信号传输特性的研究[J]，测控技术，2001，10：61～63