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電力載波在路燈電纜防盜系統中的應用
關鍵詞：電力載波 電纜防盜 路燈監控 載波通訊載波技術
近年來，隨著國民經濟的快速發展，城市基礎設施的不斷完善，遍布城鄉各地的各種電力農用電纜、路燈電纜、高速公路電纜等逐步鋪設到位，為人民群眾的生產生活帶來極大的方便，促進了國民經濟更快更好的發展。但與此同時，由于監管手段等原因，各種電纜的被盜情況日益嚴重，電纜被盜割現像時有發生，嚴重影響了人民群眾了生產生活，危害了國家財產安全，如何有效地對電纜的安全進行監控，預防或者減少危害的發生，已經成為管理層必須面臨的嚴峻課題。
對于路燈線路而言，電纜的盜割已經嚴重影響了城市的形象，危害了交通行駛安全，增加了行人夜路的不安全感，所以如何有效地對路燈線路進行監控，及時發現危害路燈線路安全的盜割行為，及時對盜割行為進行阻嚇及報警，從而減少危害的發生與擴大，是本方案需要解決的問題。
本應用方案僅針對路燈線路的情況進行方案設計，內容涉及了組網方案、監控技術手段、施工方案、維護方案等方面，是一個針對路燈電纜防盜的全面的技術實施方案。本方案對其它的斷纜監控、路燈單燈控制、架空線路的防盜監控等都有一定的借鑒與參考作用。
一、路燈電纜防盜原理
本路燈電纜防盜的基本原理是采用電力載波通訊技術，在電纜的首未兩端分別設置載波發送與接收裝置，首端的設備向未端的載波設備定時發送詢問數據包，未端的載波設備收到詢問數據后，立即回應首端的載波設備，這樣形成了一來一回的數據應答，如果載波通訊成功，那么證明電纜處于正常狀態，如果通訊失敗，則發生了斷纜警情，首端設備立即發出報警信號。電纜防盜基本原理示意圖如下所示。
（圖一：路燈電纜防盜原理示意圖）
由上圖可見，當電纜正常時，載波通訊亦處于正常狀態，此時不會發生報警，當電纜被斷開時，載波通訊中斷，此時即可判斷電纜發生被盜警情，立即發出電纜被盜報警信號。
在系統設計中，有時因為載波設備本身的故障或者載波設備被破壞造成載波通訊中斷，使系統誤判為電纜被盜，所以為了排除此類故障，在系統設計，增加對回路電流、電壓的采集，綜合判斷電纜被盜故障的發生。路燈的工作狀態為晚上工作，白天不工作，所以，當檢測到電壓為零時，則僅根據載波通訊的正常與否判斷電纜是否正常，當晚間路燈處于工作狀態時，如果發生斷纜故障，則必然引起回路的負載狀態發生變化，從而引起回路電流或者功率發生變化，所以當路燈回路的電流發生下跌，且瞬間跌落的幅度大于跌落前負載電流平均值，同時載波通訊中斷，那么我們由此判斷電纜發生斷纜警情，通過這種綜合判斷，可以排除由于載波設備本身的故障引起的系統誤報，提高系統工作的可靠性。（跌落前平均值是指：所在相線的電流值，除以安裝路燈的盞數，所得值即為平均值。根據此值，可以判斷負載是否產生突變，間接判斷斷纜故障）
（圖二：根據線路電流的變化并結合載波通斷判斷故障類型原理示意圖）
二、防盜系統組網方案 路燈防盜監控系統由監控中心、集中控制器、斷纜監控器三部分組成，其中監控中心至集中監控器采用GPRS連接方式，由于GPRS信號無處不在，可以實時在線，按流量計費，可以成為可靠而廉價通訊鏈路媒介。集中控制器與斷纜監控器之間通過電力載波通訊進行連接，由于電力載波信號是利用既有的電力線作為通訊媒介，所以無須布線，系統實施快速。集中控制器同時采集監控回路的電流電壓信號，用于輔助判斷斷纜警情的發生，防止誤報。電流電壓采集采用獨立模塊，模塊與控制器之間采用RS485進行通訊。
（圖三：電纜監控系統結構示意圖）
監控中心
監控中心完成系統參數的輸入，集中控制器的遠程調試，集中控制報警信息的收集與顯示，報警信息的派障與記錄等功能，軟件采用圖形化界面，直觀而簡潔，可以方便地進行操作維護，并對發生警情的臺變名稱、時間地點、線路名稱等信息進行直觀顯示。
集中監控器
集中監控器負責對臺變下的所有監控回路進行定時監控，并根據監護中心下發的監控，自動進行中通繼通訊，并實時采集監控回路的電流電壓信息，與載波訊的結果進行綜合判斷，從而正確地生成電纜被盜警情信號，并將報警信息實時上報。
斷纜監控器
斷纜監控器實時接收集中監控器的詢問數據，并對數據進行回應，斷纜監控器集成了電力載波通訊技術，以及寬電壓輸入的開關電源。在白天時，斷纜監控器的工作電源由集中監控器統一饋送48V直流電源，這樣斷纜監控器就避免采用蓄電池作為后備電源，以此降低系統日后維護成本。
（圖四：路燈電纜防盜監控結構示意圖）
（圖五：電纜監控器原理示意圖）
（圖六：集中監控器原理示意圖）
三、 防盜系統實施方案
為了保證系統的實施效果，我們總結了系統在實際應用中存在問題及注意事項，并進行了歸納整理，在系統的設計與實施中，必須注意以下幾點
1、 斷纜監控器在出廠前最好統一編址，并將地址信息標識于產品外殼上，這樣在安裝的時候，安裝人員只要記錄下地址與所對應的回路信息及燈桿信息，就可以保證安裝過程準確無誤，降低對安裝人員專業知識的要求，提高系統調試效率。
2、 對于某些比較長的路燈線路，要求具有一定的通訊冗余，以應對外界環境變化對載波通訊的影響，提高系統工作穩定性。在回路中間位置增加一級信號中繼，此信號中繼節點的硬件與未端的斷纜監控器是一樣的，由監控中心將路由信息下發至集中監控器中，避免在現場進行手工操作。
3、 集中控制器根據電壓的有無判斷路燈的工作狀態，在電壓為零（白天）時，根據載波通訊的狀態判斷電纜的狀況，當電壓為220V時，根據回路電流的跌落情況與載波通訊情況，綜合判斷斷纜故障。當載波通訊故障時，判斷兩次載波通訊期間，線路電流是否存在一個超過當前平均值的電流跌落，如果存在，則判斷線路發生斷纜故障，否則判斷載波通訊設備發生故障。
4、 采集電流時，應該選擇最未端安裝了路燈的回路進行采集，只有這樣，當最后兩個燈桿之間的線路被盜時，才會引起回路電流的變化，提高系統反應靈敏度及可靠性。
5、 斷纜監控器中采用寬電壓輸入范圍的開關電源模塊，輸入電源范圍為40V-300VDC，所以在路燈工作時，不管線路的電壓如何變化，未端都能得到可靠的工作電壓，在白天時，在首端饋入48V直流電源，未端也可以取得可靠的工作電源，避免在未端增加蓄電池，降低了系統維護成本。
6、 目前在路燈線路中，普遍將零線與地線并接在一起提高安全性，所以造成相鄰臺變會發生載波信號串擾，產生了載波沖突，為避免串擾的信號干擾系統正常工作，可以采取載波偵聽的方法，監控集中器在發起詢問之前，先偵聽線線路上是否有載波信號，如有，則自動延時再偵聽，如沒有，則立即啟動查詢。
7、 根據系統在實際運行中的經驗，路燈線路中普遍安裝了節能裝置，導致路燈回路的電流會上下調整，有些沒有安裝節能裝置的路燈回路，由于受外界電網電壓的影響，路燈線路的工作電流亦會產生變化；尤其在某些線路中，由于電網電壓過低，或者高壓鈉燈的電子鎮流器的質量原因，導致路燈莫名其妙地熄滅，過一段時間后又會恢復，同樣會導致路燈回路的電流變化，這些額外情況，都必須在系統設計時進行整體考慮，否則會產生斷纜誤報，影響系統整體性能。
四、電力載波通訊技術簡介
電力載波通訊（PLC）技術作為無線、有線之外的另外一項通訊技術，具有非常廣闊的應用前景，在國民經濟各個領域得到廣泛的應用。電力載波通訊技術（PLC）利用既有的電力線作為通訊介質，具有免布線，工程實施速度快等特點。目前國內外有多種載波技術可供選擇，本系統經過廣泛實驗對比，采用了目前比較成熟的電力載波通訊模塊BWP10，該系列載波模塊市場應用比較廣泛，性能穩定，體積小巧，集成度高，用戶基本無需要了解載波底層實現，即可快速組建載波應用系統，模塊集成了所有的載波外圍器件，實現了串口數據的透明傳輸，極大地降低了用戶使用難度。模塊采用FSK+DSSS調制及編碼技術，載波中心頻率為115KHZ，串口通訊速率最高為9600bps，載波速率最高為300bps，工作參數可以通過軟件進行配置更新。
五、系統總結
本系統的核心是采用電力載波通訊技術，并結合對線路電流電壓的采集判斷，實現對電纜防盜監控的目的。目前系統已經在北京某區的電纜防盜系統中得到成功應用實施，發揮了巨大的社會效益及經濟效益，為國民經濟穩定快速發展，為保證初會長治久安貢獻了一份綿薄之力。
參考文獻
1、《BWP10電力載波模塊用戶手冊》 SHENZHEN BITWELL SCIENCE&TECHNOLAGE CO.,LTD
2、《路燈》中國電力出版社 郗書堂 2008－10－01
3、《單片機應用編程技術》北京航空航天大學出版社
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