杜建國，楊 忠

(貴州電網(wǎng)公司興義供電局，貴州 興義 562400)

低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

杜建國，楊 忠

(貴州電網(wǎng)公司興義供電局，貴州 興義 562400)

隨著電力輸送覆蓋面不斷增大，低壓配電電纜被盜頻頻發(fā)生。傳統(tǒng)低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)存在載波信號傳輸距離受限、報警信號延遲、抗外界因素干擾弱、后期維護人工開銷大等缺點。針對上述問題，提出光纜數(shù)字身份載傳低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)，簡稱CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)。通過光纖增強信號傳輸力，采用數(shù)字身份載波技術，第一時間準確定位被盜位置坐標，后臺自動報警，有效防止電纜被盜事件的發(fā)生。通過仿真實驗，對低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)進行測試，測試結果表明，低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)設計方法有效可行，滿足低壓配電電纜防盜報警要求。

光纜；數(shù)字身份載波；低壓電纜；定位

[1] 邱成悌，趙悙殳，蔣全興.電子設備結構設計原理[M].南京：東南大學出版社，2005.

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[3]季馨編.無諧振峰隔振緩沖系統(tǒng)簡介[M].南京：南京捷諾環(huán)境技術有限公司，2002.

(本文編輯：趙艷粉)

隨著風能、核能等輕型環(huán)保能源在發(fā)電領域的應用，我國近五年發(fā)電量增長15%，南北電網(wǎng)覆蓋面積劇增。低壓配電電纜被盜現(xiàn)象頻發(fā)，給國家造成巨大的經(jīng)濟損失，加大了電力部門維修人員開銷。傳統(tǒng)低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)[1-2]，采用載波信號傳送方式，存在傳送距離有限、響應時間慢、受外界干擾大等問題[3，4]。因此，提出光纜數(shù)字身份載傳低壓配電電纜防盜系統(tǒng)，簡稱CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)。依托互聯(lián)網(wǎng)傳輸技術，采用光纜作為信號傳輸媒介，提高傳輸速率，解決傳統(tǒng)電纜信號傳輸速率低的弊端。

數(shù)字身份載波技術利用數(shù)字信號抗干擾特性，將地理坐標信息寫入信號生成控制器，對每一段低壓配電電纜進行精確坐標標識，電纜坐標標識在電纜被盜狀態(tài)下瞬間激活，經(jīng)光纜高速傳達到中央報警系統(tǒng)，后臺連接到公安報警系統(tǒng)，自動報警顯示坐標。第一時間減小經(jīng)濟損失，打擊盜竊犯罪，起到低壓配電電纜防盜報警作用。通過對CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)模擬應用測試，體現(xiàn)CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)的高防盜系數(shù)、報警響應時間 、坐標定位準確等特點，為低壓配電電纜防盜領域提供新的設計思路。

1 低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)設計

1.1 光纜傳輸媒介設計

光纖作為新型信號傳輸介質，普遍應用于通訊信號傳輸領域。光纖具有體積小、數(shù)據(jù)傳輸率高、抗干擾等優(yōu)良特質。利用光纖優(yōu)良特質，設計一種專用低壓配電的光電信號傳輸電纜。光纜集成在電纜中心，光纜內部由100組10 nm口徑光纖絲組成，保證信號傳輸?shù)母咚倥c準確，減小數(shù)據(jù)信號衰減與傳輸介質的阻抗影響。信號傳輸方式運用數(shù)據(jù)耦合傳輸方式，傳輸式如下：

(1)

(2)

(3)

式中V′——信號耦合數(shù)；v——光輸耦合系數(shù)；T——傳輸數(shù)率；d——外界干擾系數(shù)；m——信號衰減系數(shù)；t——傳輸動態(tài)峰值。

根據(jù)上述傳輸式可以得出，在V′達到最大峰值時，V′vt條件下，數(shù)據(jù)傳輸速度與準確度成正比，與干擾系數(shù)呈正弦曲線分布型態(tài)，具有良好的抗干擾能力。信號正弦曲線分布如圖1所示。

圖1 信號正弦曲線分布圖

1.2 數(shù)字身份載波技術設計

數(shù)字身份載波技術是光纜數(shù)字身份載傳低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)的核心。提出采用二進制算法的數(shù)字信號代替?zhèn)鹘y(tǒng)模擬信號。將低壓配電電纜信息轉換成數(shù)字信號，與電纜所在區(qū)域地理坐標數(shù)字信息一同寫入數(shù)字防盜信號發(fā)送器中央處理芯片RDJ-3578K中，保證坐標數(shù)據(jù)調取響應速度。為保證坐標信息的準確性，數(shù)字防盜信號發(fā)送器內部集成有22納米工藝制造的RDSS北斗定位芯片，RDSS北斗衛(wèi)星定位芯片24 h不間斷動態(tài)實時調整坐標參數(shù)，保證坐標參數(shù)數(shù)字信號數(shù)據(jù)信息的正確。工作原理如圖2所示。

圖2 數(shù)字防盜信號發(fā)送器工作原理

傳統(tǒng)電力防盜傳輸載波方式分為窄帶與擴頻兩種方式，其中擴頻方式較為多見。設計采用數(shù)字擴頻傳輸方式，按照光電擴頻編碼方式將待傳數(shù)字信號排列轉換，數(shù)字信號光電擴頻轉換后進行輸出。接收端中央控制報警器采用數(shù)字光電擴頻逆解方式，進行數(shù)字信號解讀恢復。恢復數(shù)字信號中位置坐標信息。數(shù)字光電擴頻通信技術信號頻寬較傳統(tǒng)頻寬范圍大，帶寬占用小，由數(shù)字光電擴頻轉換器轉換輸出，表達式為

G=Wlog2(1+S/E)

(4)

式中G——光纖傳輸信道容量；W——數(shù)字光電頻帶系數(shù)；S/E——數(shù)字信號與信號阻抗的速率比。

從式(4)可知，光纖傳輸介質信道容量為定值狀態(tài)下，W和S/E為傳輸介質空間內動態(tài)值。將W系數(shù)增大到峰值，S/E取值系數(shù)減小，與光纖傳輸介質信號所在數(shù)據(jù)信息容量對等。在干擾波動噪聲峰值抑制下，數(shù)字光電擴頻傳輸信號依然可以保證信號頻率穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸質量。

采用式(4)算法的傳統(tǒng)擴頻轉換器與設計的數(shù)字光電擴頻轉換器具有明顯不同的內部結構。設計的數(shù)字光電擴頻轉換模塊，利用二進制編碼形式的數(shù)字信號，解決頻率域窄造成抗干擾性弱的弊端?？垢蓴_傳輸速率對比曲線如圖3所示。

圖3 抗干擾傳輸速率對比曲線

1.3 中央控制報警器模塊

CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)中，中央控制報警模塊是整套低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)的設計核心，中央控制報警模塊內部裝有智能CPU單機片，并且集成PKJ-5123M獨立芯，保障CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)任意環(huán)境下正常運行。中央控制報警器模塊結構如圖4所示。

圖4 中央控制報警模塊

中央控制報警模塊芯片PKJ-5123M采用光電擴頻調制解調技術、與現(xiàn)代信號DSP處理技術[5]、CSMDA(Car-rierSenseDirtyMultipleAccess)，載波多通道監(jiān)聽訪問技術以及標準的CIEBus協(xié)議，采用 22納米工藝制造M97HB14A 7高集成化芯片，該芯片是功能比較強大的32位單通道單機片，具有SPGI接口，CPU作為中央控制報警模塊的核心部分，負責信號接收采集與信號報警分析，信號逆解架構獨立完成接收信號好逆解恢復過程，成功后迅速鎖定位置坐標區(qū)域，發(fā)出電纜被盜報警高音音頻。同時自動接入本地公安機關后臺報警系統(tǒng)進行報警。報警信息主要包括被盜電纜位置坐標和電纜被盜具體時間信息數(shù)據(jù)，報警模塊采用外接RDSS接收終端?用RDSS終端進行數(shù)據(jù)傳輸具有全天候在線、定位精準、抗干擾性強、開銷小等優(yōu)點?RDSS通信不收任何費用，特別適用于全天候的、突發(fā)性的數(shù)字定位信息傳輸。RDSS模塊終端把報警信息以圖形數(shù)據(jù)組合形式展示給相關工作人員。

中央控制報警模塊采用自動化無人值守編程模式。解決傳統(tǒng)報警系統(tǒng)需要人員看守的弊端，節(jié)省了人力資源。另外，在低壓配電電纜防盜報警系統(tǒng)的發(fā)送端與接收端添加了聚合物蓄電池(聚合物電池比傳統(tǒng)蓄電池儲電量高、體積小、質量輕)，保證電網(wǎng)斷電狀態(tài)下正常工作運行。在電網(wǎng)帶電工作中充電速度比傳統(tǒng)蓄電池縮短1.5 h。通信模塊中的CPU和PKJ-5123M共有6條連接線，分別是數(shù)字信號初始線(RGST)、時間校準線(STCLK)、數(shù)字信號輸入線(SZDI)、數(shù)字信號輸出線(SDCO)、備用信號線(CIS)、應急請求信號線(INGT)，時鐘校準信號由CPU定時發(fā)出?當CIS口處于高電頻狀態(tài)，PKJ-5123M與CPU進行數(shù)字信號通信，在二者通信過程中，時間校準線上保留CPU數(shù)據(jù)空間，將數(shù)據(jù)空間比為1：2的光電數(shù)字擴頻信號傳送到PKJ-5123M芯片。

2 實驗與結論

為保證提出的設計方案可行性，仿真現(xiàn)實環(huán)境下對CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)進行模擬應用測試。測試條件設置如下：將CIVD電纜防盜系統(tǒng)與傳統(tǒng)防盜系統(tǒng)分別裝入低壓配電電纜箱，電纜總長度2 km，中間設置5個低壓配電箱。測試地點選在地形復雜的上坡河流相間的河谷地帶，以便測試系統(tǒng)的抗干擾性。計時20 min對比被盜電纜長度。實驗分為兩部分，第一部分輸送380V電壓，進行盜剪報警測試；第二部分進行輸壓后斷電狀態(tài)下盜剪報警測試并對自帶電源剩余電量進行統(tǒng)計對比。具體數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表1 380 V低壓配電電纜盜剪測試

表2 斷電低壓配電電纜盜剪測試

將表1、表2的數(shù)據(jù)對比，可以看出傳統(tǒng)低壓配電電纜防盜系統(tǒng)防盜效果差，報警反應速度慢，使后期采取抓捕行動滯后。CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)采用設計的數(shù)字光電傳輸電纜，利用光纖傳輸介質進行數(shù)字信號傳輸，傳輸速度提升明顯。傳統(tǒng)低壓配電電纜報警系統(tǒng)報警坐標誤差大，不能精確縮小坐標范圍，給后期的搜尋帶來難度。CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)采用RDSS北斗定位終端，24小時全天候工作，利用北斗衛(wèi)星精確定位，校準自身位置坐標數(shù)據(jù)，縮小搜尋范圍，為后續(xù)搶修抓捕行動爭取寶貴時間。

整體分析發(fā)現(xiàn)，CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)彌補了傳統(tǒng)低壓配電電纜防盜系統(tǒng)抗干擾性弱、定位精準度差、信號傳輸慢的弊端。在復雜地貌環(huán)境下，防盜性能表現(xiàn)出色，具有良好的可操作性。自身集成的聚合物電池能夠滿足斷電狀態(tài)下，低壓配電電纜防盜系統(tǒng)的正常穩(wěn)定工作。

3 結語

針對傳統(tǒng)低壓配電電纜防盜系統(tǒng)存在的問題，提出CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)的設計方案。數(shù)字光電傳輸電纜、數(shù)字防盜信號發(fā)送器、光電擴頻轉換器轉的設計為整套低壓配電電纜防盜系統(tǒng)提供了技術保障，采用RDSS北斗衛(wèi)星定位芯片，解決低壓電纜被盜定位后期搜索區(qū)域大、人力資源開銷大的問題，為后期搶修抓捕爭取寶貴時間，第一時間減小國家經(jīng)濟損失。

通過仿真實驗驗證CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)防盜的整體性能，兩項實驗項目測試，分別對CIVD電纜防盜報警系統(tǒng)的設計方案的可行性與有效性進行論證。實驗結果充分證明方案設計的可實施性與易用性。將光信傳輸、衛(wèi)星定位等技術整合優(yōu)化開發(fā)設計，為低壓配電電纜防盜系統(tǒng)開發(fā)領域提出新的設計思路。

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收稿日期：2016-10-25

(本文編輯：嚴 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

杜建國(1970)，男，高級技師，研究方向為配電線路。

TP277；TN 913.6

A

2095-1256(2016)06-0804-04

2016-09-17