韓炯銳

摘要：電纜分為高壓電網(wǎng)和低壓電網(wǎng)。一般來說，高壓電網(wǎng)因為電壓高，危險性較大，被盜的可能性不大。由于電壓低，線材普遍為銅芯線，早已成為不法之徒的盜竊目標。因此，電力線的防盜問題主要是針對低壓配電電纜。

關鍵詞：電力載波；擴頻通信

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：B 文章編號：1674-3954（2013）21-0291-02

1 前言

電力載波技術是在電力系統(tǒng)中特有的通信技術。研究和應用目標是將來自多信息源的數(shù)據(jù)和信息加以智能化的合成，產(chǎn)生比單一傳感器更精確、更完整、更可靠的描述和判決，它在軍事和民用方面有著極為廣泛的應用背景，是目前科技界的一個熱門研究領域。電纜被盜是電力系統(tǒng)中最嚴重的災害之一。最近幾年電纜被盜事故發(fā)生頻繁，給國家造成了重大的經(jīng)濟損失和安全隱患。為此提高低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)的可靠性和及時性就非常重要?；诘蛪弘娏d波通信的電力電纜防盜系統(tǒng)雖然具有物理鏈路、易維護、易推廣、易使用、低成本等優(yōu)點，但是電力載波系統(tǒng)的通信受線路影響非常嚴重，導致其誤報率非常大，嚴重地影響了報警系統(tǒng)價值的發(fā)揮?；诙鄠鞲衅魅诤霞夹g在信息處理中的優(yōu)勢，將其應用到電纜防盜報警系統(tǒng)中，為低壓電力電纜的安全運行、提高電纜報警系統(tǒng)的可靠性和可維護性開辟一條新的途徑。防盜報警系統(tǒng)由報警主站和線路探測終端組成。本文詳細論述了系統(tǒng)設計思想、總體方案以及軟硬件的實現(xiàn)，并提出了一些實際可行的抗干擾措施，進行了測試與分析。最后，對全文進行了總結和展望，提出了有待于進一步研究的方向。

2 目前常用的電纜防盜方法

2.1 電流檢測型的電纜防盜方案

通過檢測電纜回路中是否有電流的存在來判斷電力線纜的完整性。如果檢測到電纜回路中有電流，則說明電纜完整；如果檢測到電纜回路中的電流為零，則說明某段電纜發(fā)生故障或者被盜。該防盜防警系統(tǒng)不適用于電力系統(tǒng)，如：公路隧道鼓風機和遠程遙控電力設備等的電力電纜。另外值得我們關注的是，在電力主電纜上一般都會并接有多路分支，只有當所有分支電纜全部都被盜剪時，電纜回路的電流才會為零，如果是局部電纜被盜剪，電纜回路的電流依然不為零，所以該防盜報警方案存在著嚴重的漏報現(xiàn)象。

2.2 電容探測法

該防盜系統(tǒng)的原理是利用一對空置的電纜，將其終端短接，始終與報警器的多諧振蕩保持連接，當電纜回路正常的情況下，振蕩器沒有信號輸出，報警器不會發(fā)生報警。當電纜被盜時，空置電纜就成了一個電容，而且容量的大小與空置電纜被剪的位置有關。因此電纜被盜的位置不同，振蕩器所輸出的信號的頻率也不相同，對輸出的方波脈沖進行計算就可以確定被盜的位置。

2.3 電力載波通訊法

電力載波通訊是在電力線纜上加載載波信號，一旦電纜被盜，信弓的傳輸就會中斷，探測終端接收不信號，報警主機就會發(fā)出報警信號。因為該方案是在電力線纜上傳輸載波信號，所以不需要另外架設專線。與其他線路檢測技術相比，電力載波具有安裝簡便、偵測方法隱蔽、不受電纜是否帶電以及不受外界環(huán)境影響等特點。

3 關鍵技術及其方案

3.1 提高報警的準確性

（1）為了提高系統(tǒng)的容錯性能，把報警定時器的定時時間設定為發(fā)完3次載波的時間，這樣盡管是某一次通信失敗，只要不是3次通信連續(xù)失敗，都不會產(chǎn)生誤報。

（2）優(yōu)化載波發(fā)送和接收終端的供電方案

為了避免由于停電而造成防盜報警系統(tǒng)的錯報和漏報現(xiàn)象，發(fā)送和接收終端都應接上備用電源，在正常情況下以電力線進行供電，一旦停電，供電線路自動切換到備用電源。

3.2 對報警地點進行定位

對接收終端進行編碼，賦予每個接收終端一個地址，如第1個終端到第n個終端處于正常狀態(tài)，而第n+1個及以后的終端都于處于不正常狀態(tài)下，則可以推斷出報警地點在n～n+1之間。在實際應用中，兩個終端之間的距離一般設為1000m，對于對供電要求不高的線路，這個斷點誤差范圍還是可以接受的。

3.3 對干擾的克服

低壓電力線的設計并不是為了用作通信的信道，只有在正確了解電力線載波信道的特性的基礎上，與通信技術進行比較，并分析電力線防盜系統(tǒng)對通信技術的需求特點，這樣才能找到一種適合用于讓載波信號在電力電纜上進行傳輸?shù)恼{制方式。低壓電力線傳輸特性中的重要參數(shù)是輸入阻抗，對輸入阻抗進行研究，對于增強網(wǎng)絡的輸入功率以及提高發(fā)送機的效率都具有重大意義。低壓電力電纜的輸入阻抗與傳輸信號的頻率有著密切的關系。當電力線上沒有荷載時，電力線就相當于一根傳輸線，在分布電容和分布電感的影響下，輸入阻抗會隨著傳輸信號的頻率的增大而減小，這樣顯然不符合實際的需求。

干擾是利用電力電纜進行通信的主要障礙，干擾可以分為人為干擾和非人為干擾。人為的干擾是由接在電力電纜上的用電設備所產(chǎn)生的，這種干擾對利用電力線進行通信的影響非常嚴重。非人為干擾是指一些自然現(xiàn)象（如：雷電）對電力線產(chǎn)生的干擾。所以，電力電纜上干擾并不是簡單的可加性高期性白噪聲。

為了研究低壓電力電纜的干擾特性，要在不同的地域進行大量的實驗，如：工業(yè)區(qū)、城市以及鄉(xiāng)村?，F(xiàn)在把干擾噪聲的主要來源歸為四大類：①電源電路和可控硅電路產(chǎn)生的50Hz或60Hz倍頻諧波；②由于負載與電網(wǎng)不同步而產(chǎn)生的一種具有平滑功率譜的干擾，如：電動機所產(chǎn)生的干擾；③電器開啟或關閉時所產(chǎn)生的單脈沖噪聲干擾；④非同步周期的噪聲干擾，如：電視機的行掃頻率。脈沖干擾對通信系統(tǒng)的影響非常重大，脈沖噪聲產(chǎn)生突發(fā)性干擾會引起瞬間的高誤碼率。

為了克服以上干擾，保證載波信號傳輸?shù)臏蚀_性，可以采取以下措施：

3.3.1 利用擴頻技術

電力載波通信的實現(xiàn)方式主要有三種：窄帶通信、幅度調制以及擴頻通信。幅度調制技術是最早使用的數(shù)字通信技術，這種技術是通過對載波的幅度進行調制來傳輸信號，這種通信方式最不可靠，特別是在四周充滿了噪聲的低壓電力電纜上，很難保證通信高速和可靠地進行，所以很少在實際中應用。

擴頻通信技術是利用與傳輸數(shù)據(jù)的無關碼來擴展被傳輸信號的頻譜，使所占有的帶寬遠遠超過傳送數(shù)據(jù)所需要的最小帶寬，在接收終端利用相同的無關碼對接收信號進行同步處理，以恢復數(shù)據(jù)。擴頻通信的優(yōu)點是：可抗頻率選擇性衰落、抗干擾能力強以及頻譜利用率高、容量大。

3.3.2 提高接收的門坎

在保證降低傳輸衰落和提高信號幅度的基礎上，適當調低接收的靈敏度。

4 防盜系統(tǒng)的基本結構

4.1 載波的發(fā)送、中繼以及接收電路

電力載波技術是在電力電纜上利用1.6～30MHz的頻帶范圍進行信號的傳輸。在發(fā)射端對信號進行調制和線路耦合，然后在電力電纜上進行傳輸。而在接收終端就先進行耦合和濾波，將電力線上調制信號濾出來，再進行解調，把調制信號還原成原信號，然后送至單片對其進行處理。同時，通過中斷模塊把調制信號發(fā)送至下一個接收模塊。載波發(fā)送與接收的結構原理圖如圖2所示。

4.2 報警器部分

在電力線的末端定時向報警主機發(fā)送載波信號，主機的單穩(wěn)態(tài)定時電路定時接收信號，然后重新復位，不輸出高電平，系統(tǒng)據(jù)此判斷電力線完整，不會發(fā)出報警請求；如果在單穩(wěn)態(tài)定時電路在翻轉時沒有接收到信號，則輸出高電平，報警主機發(fā)出報警信號。

當被監(jiān)測的電力線被盜時，報警主機便通過數(shù)據(jù)線向雙音多頻撥號器傳送同步脈沖信號，此時雙音多頻撥號器便輸出雙音多頻信號，該撥脈沖就是工作員預先設置的電話號碼。同時在報警主機內接上GSM模塊便可以傳送無線電信號將警情以電話或短信的方式傳送至相關工作人員的手機上。

5 結束語

隨著電力載波技術的迅速發(fā)展，基于此技術開發(fā)電力線防盜系統(tǒng)可以大大降低電力線的防盜費用，所以基于電力載波的電力線纜防盜報警系統(tǒng)具有很大發(fā)展前景，電力載波技術的電力線防盜報警系統(tǒng)會為電力系統(tǒng)管理部門提供更為高效的防盜手段。

參考文獻

[1]葉遠國，廖國武，低壓配電電纜防盜問題的研究[J]，華南師范大學學報（自然科學版），2002（2）：34～38

[2]張明新，馬宏鋒，張英輝，等低壓電力線載波通信中信號傳輸特性的研究[J]，測控技術，2001，10：61～63