王松波,朱詩(shī)慧,周亞峰

(國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司寧東供電公司，寧夏 銀川 750411)

電力電纜是傳輸電能的特殊導(dǎo)線，在電力系統(tǒng)中用以傳輸和分配大功率電能。在城鎮(zhèn)居民密集的地方，如大型工廠、發(fā)電廠、電網(wǎng)交叉區(qū)等，由于地面位置的限制，不允許架設(shè)桿塔和導(dǎo)線時(shí)，就需要鋪設(shè)電力電纜，因此在電力線路中，電纜所占比重正逐漸增加[1-2]，但是偷盜電纜現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，電纜被盜不僅對(duì)電力用戶(hù)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)安全隱患，除直接經(jīng)濟(jì)損失外，還間接造成電網(wǎng)線路投產(chǎn)延期、影響生產(chǎn)等。

1 現(xiàn)狀及問(wèn)題分析

對(duì)于未投運(yùn)的電力電纜，雖然鋪設(shè)完畢，但距離正式投入運(yùn)行需較長(zhǎng)時(shí)間，在此期間采取的電纜防盜手段為人工巡檢，在實(shí)踐中存在以下突出問(wèn)題：第一，人工巡檢不能全時(shí)間覆蓋，部分時(shí)間段如深夜的盜竊未能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)；第二，部分未投運(yùn)電纜存在鋪設(shè)距離過(guò)長(zhǎng)、走廊環(huán)境惡劣等問(wèn)題，人工巡檢難以對(duì)每段電纜狀況都進(jìn)行查驗(yàn)；第三，地埋電纜被盜后經(jīng)盜竊者偽造現(xiàn)場(chǎng)，在部分情況下難以辨認(rèn)。電纜鋪設(shè)點(diǎn)多、面廣，其盜竊事件多是發(fā)生在偏僻地帶，發(fā)現(xiàn)和查找線索困難。由于追回經(jīng)濟(jì)損失訴訟成本高，從偵查到審查起訴期間，審判周期長(zhǎng)，耗費(fèi)人力資源且難以追回?fù)p失等原因，電力用戶(hù)通常選擇不了了之，因此電纜盜竊事件屢見(jiàn)不鮮。

根據(jù)供電企業(yè)業(yè)擴(kuò)報(bào)裝的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，電網(wǎng)每年需要新接入的電纜數(shù)量巨大，人工巡檢目前已不能適應(yīng)防盜監(jiān)測(cè)的形勢(shì)需求。

2 未投運(yùn)電力電纜防盜報(bào)警裝置研制

2.1 未投運(yùn)電力電纜防盜報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

為了解決人工巡檢電纜的弊端，本文從檢測(cè)可靠、使用簡(jiǎn)單等角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一款未投運(yùn)電力電纜防盜報(bào)警裝置。裝置實(shí)現(xiàn)裝設(shè)在電纜一端即可檢測(cè)到電纜被盜信號(hào)，利用無(wú)線傳輸技術(shù)使裝置與手機(jī)終端連接，當(dāng)電纜發(fā)生被盜時(shí)，裝置自動(dòng)向電纜巡檢人員、用戶(hù)等人員發(fā)送告警信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如圖1所示。

圖1 未投運(yùn)電力電纜防盜報(bào)警裝置連接

裝置通過(guò)短路檢測(cè)、微振動(dòng)檢測(cè)和電纜容值檢測(cè)3種非同樣檢測(cè)原理冗余的方式進(jìn)行電纜盜竊檢測(cè)。3種檢測(cè)信息呈“或”的方式發(fā)送至主控模塊，主控模塊只要檢測(cè)到1種信息，就可以檢測(cè)出電纜是否被偷盜，此裝置采用多手段、多途徑、多方式來(lái)檢測(cè)，補(bǔ)充了單一式檢測(cè)方式的缺陷，如圖2所示。

圖2 未投運(yùn)電力電纜防盜單端監(jiān)控裝置的功能模塊

2.1.1 硬件設(shè)計(jì)

(1)微振動(dòng)檢測(cè)模塊

電纜導(dǎo)體是銅芯，屬金屬材質(zhì)，金屬對(duì)聲波的傳輸速度最快，對(duì)聲波衰減最小，所以將微振動(dòng)檢測(cè)模塊貼合導(dǎo)體設(shè)置，以對(duì)短距離電纜進(jìn)行微振動(dòng)檢測(cè)。

微振動(dòng)檢測(cè)模塊選用微振動(dòng)檢測(cè)傳感器，使用內(nèi)置鍍金滾珠和鋼帽的傳感器，全方位震動(dòng)感知、傾斜感知，靈敏度高。將多個(gè)傳感器依附于線纜表面，形成多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，可極大提高傳感器靈敏度[3]。

(2)短路檢測(cè)模塊

當(dāng)盜竊使用的工具為金屬鋼鋸時(shí)，電纜銅屏蔽層和導(dǎo)體的端口與鋼鋸連接，形成短路，此時(shí)短路檢測(cè)傳感器可檢測(cè)到。短路檢測(cè)采用光耦實(shí)現(xiàn)，短路檢測(cè)模塊電路見(jiàn)圖3。光耦的原邊連接在電纜導(dǎo)體處和銅屏蔽層，在電纜被偷盜時(shí)，銅屏蔽層和導(dǎo)體的斷口被鋼鋸連接，形成二者的短路通路，從而使得光耦導(dǎo)通，輸出低電平，把變量信息送給主控模塊，實(shí)現(xiàn)短路檢測(cè)[4]。

圖3 短路檢測(cè)模塊電路

(3)電容檢測(cè)模塊

當(dāng)電纜被切斷時(shí)，容值會(huì)隨著長(zhǎng)度的變化而變化，此時(shí)通過(guò)檢測(cè)電纜容值即可判斷電纜是否被盜，并可定位被盜點(diǎn)[5]。

電纜是容性設(shè)備，導(dǎo)體和銅屏蔽層構(gòu)成電容的2個(gè)極板，根據(jù)電容的計(jì)算公式：C=εS/4πkd，電容C的容量大小與2個(gè)極板之間的正對(duì)面積S成線性正比，與2個(gè)極板之間的距離d成線性反比。對(duì)電纜而言，d是固定不變的常數(shù)，當(dāng)電纜因鋸斷而斷裂時(shí)，斷口處造成電纜的正對(duì)面積S發(fā)生變化，容量C也隨之變化，從而實(shí)現(xiàn)了電纜被盜的檢測(cè)。同時(shí)，該檢測(cè)方法具有定位偷盜點(diǎn)的作用，當(dāng)電纜被盜時(shí)，造成電纜的長(zhǎng)度變短，對(duì)應(yīng)的剩余電纜的長(zhǎng)度也變化，根據(jù)電容量的變化就可以對(duì)偷盜點(diǎn)進(jìn)行定位[6]。

假設(shè)原電纜的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，導(dǎo)體外壁與銅屏蔽層內(nèi)壁之間的距離為d，導(dǎo)體直徑為R，則該電纜的原有電容為C1=εS1/4 πkd，其中，S1=L×πR，d為常數(shù)，當(dāng)電纜被盜后，假設(shè)被盜斷口距離變電站的距離為1/3L，則被盜后剩余的電纜的電容C2=εS2/4πkd，其中，S2=1/3L×πR，可見(jiàn)，C2=1/3×C1。由此可得，當(dāng)電容檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電纜的電容量有變化時(shí)，表明電纜中間有部分長(zhǎng)度被盜，電纜出現(xiàn)斷口，依據(jù)電容檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電容量與原電纜的電容量的比值可以推算出斷口的位置，即可以通過(guò)電容量的變化率對(duì)被盜點(diǎn)進(jìn)行定位。

(4)人機(jī)交互模塊

裝置設(shè)計(jì)人機(jī)交互模塊，包括主控模塊、通信模塊和移動(dòng)終端，通信模塊與主控模塊連接，主控模塊通過(guò)通信模塊將所述電纜偷盜信息發(fā)送至用戶(hù)手機(jī)等移動(dòng)終端[7]。為了杜絕人為故意盜竊的情況，本裝置開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)會(huì)自動(dòng)向移動(dòng)終端發(fā)送開(kāi)關(guān)機(jī)信息，可以避免人為將裝置斷電的現(xiàn)象，起到電纜看管人員、用戶(hù)等相互監(jiān)督的作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電纜被盜情況、裝置開(kāi)關(guān)機(jī)情況的信息共享[8]。裝置每天定時(shí)向電纜看管人員發(fā)送運(yùn)行正常信息，便于巡檢人員判斷裝置是否存在故障或損壞情況。

圖4 裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1.2 軟件設(shè)計(jì)

裝置的軟件運(yùn)算流程見(jiàn)圖5。

圖5 軟件流程

2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

使用該裝置時(shí)，將短路檢測(cè)線夾與三相電纜的任意一項(xiàng)相連；微振動(dòng)檢測(cè)傳感器分別置于三相電纜的絕緣層與導(dǎo)體之間，并使傳感器緊貼于每相電纜的導(dǎo)體表面；電容檢測(cè)傳感裝置分別連接在除已連接短路檢測(cè)外的剩余兩相電纜上，以避免短路檢測(cè)、電容檢測(cè)相互干擾。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，裝置可以通過(guò)微振動(dòng)聲波檢測(cè)、短路檢測(cè)和電纜容值變化檢測(cè)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜情況，通過(guò)三重判斷準(zhǔn)確檢測(cè)出電纜是否被盜，并能夠及時(shí)將報(bào)警信息傳達(dá)至電纜巡檢人員，提高電纜防盜水平。

3 成效評(píng)價(jià)

(1)通過(guò)未投運(yùn)電纜→防盜報(bào)警裝置→手機(jī)終端的信息感知互聯(lián)，讓泛在電力物聯(lián)在電纜防盜技術(shù)方面落地實(shí)現(xiàn)，通過(guò)技術(shù)革新使電纜防盜方式發(fā)生了根本性變化，電纜防盜變得可視、可防、可控。

(2)該裝置的使用可以有效幫助電力客戶(hù)降低電纜資產(chǎn)被盜風(fēng)險(xiǎn)，降低人力資源成本，降低投產(chǎn)延期概率以及由此引起的交付違約損失、訴訟費(fèi)用、重新施工費(fèi)用等。

(3)該裝置的應(yīng)用可有效降低業(yè)擴(kuò)報(bào)裝環(huán)節(jié)客戶(hù)投訴風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)該裝置可增加供電企業(yè)服務(wù)手段，針對(duì)需求不同的用戶(hù)，提供裝置出售、租賃、和服務(wù)租賃的商業(yè)模式，提升供電企業(yè)在優(yōu)質(zhì)服務(wù)和優(yōu)化營(yíng)商環(huán)境方面的技術(shù)手段和技術(shù)服務(wù)能力，提升客戶(hù)獲得電力滿意度，用新技術(shù)驅(qū)動(dòng)服務(wù)創(chuàng)新、推動(dòng)客戶(hù)辦電更省錢(qián)、推動(dòng)客戶(hù)辦電服務(wù)更優(yōu)質(zhì)，生產(chǎn)廠家、供電企業(yè)、電力客戶(hù)全產(chǎn)業(yè)鏈互動(dòng)。

4 結(jié) 論

該裝置的使用具有安裝簡(jiǎn)便、檢測(cè)可靠等特點(diǎn)，利用未投運(yùn)電纜防盜報(bào)警裝置替代人工巡檢電纜防盜模式可節(jié)省人力巡檢成本，裝置通過(guò)三重檢測(cè)模式實(shí)現(xiàn)24 h自動(dòng)防盜監(jiān)測(cè)和告警短信多端實(shí)時(shí)傳輸，可定位被盜點(diǎn)并短信告知電力用戶(hù)，大幅提升電纜防盜水平。使用新技術(shù)驅(qū)動(dòng)服務(wù)創(chuàng)新，幫助電力用戶(hù)降低未投運(yùn)電力電纜資產(chǎn)被盜風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)使泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電纜防盜領(lǐng)域具體落地實(shí)現(xiàn)。