智能電纜防盜技術在貴州三獨高速的應用研究

曾慶展 張力 瞿竹

摘要：為解決高速公路電力電纜容易被盜的問題，在對原有電纜防盜監控技術誤報率高、無電狀態下無法工作等問題總結的基礎上，提出了一種改進的載波通信技術。在有電狀態下，提出基于LonWorks電力載波的總線通信技術，在無電狀態下，利用電纜零線公用的特性來監控線上的數據流。同時，結合公路機電中常見的幾種接線方式給出了設備的接線方案和系統架構。最后，對本技術方案在三獨高速羅平隧道進行了應用分析。

關鍵詞：電纜防盜;實時監控;載波通信;零線共用

高速公路電力電纜是高速公路機電系統運行的動脈，為各類機電設備的穩定運行提供持續的電力供應，是機電系統中重要的基礎設施。但是，由于高速公路呈線狀結構分布的特點，布局于高速公路沿線的值守點不足以覆蓋整個公路沿線，此外在電纜經過橋架的部分和隧道出入口部分，由于電纜裸露明顯，電纜被盜的情況更加嚴重，這對高速公路的安全運營帶來很大隱患。

1.以三獨高速來作為案例

當前已存在的有關電纜防盜的技術主要包括脈沖回波的測試方法、RC阻容探測的方法、常規載波的通信方法以及433Mhz無線通信的方法等多種，依照運用起來所反饋的情況，目前的方法存在誤報率較高、在無電的狀態下工作較為困難等多種問題。

該篇文章所進行的研究依托貴州省交通運輸廳科技項目“高速公路電力電纜防盜技術與安全管理機制研究”，通過對貴州三都到獨山高速公路（以下簡稱三獨高速）的電纜布設特點、被盜情況進行總結，結合改進的電力載波技術，并針對電纜有電、無電，不同電纜接線方式分別研究，使電纜防盜技術的誤報率大大降低。

2.防盜監控裝置的構成

本路線所采用的新型電力電纜的防盜監控裝置由防盜末端以及防盜主機構成，實現在全天24小時有電無電的狀態之下的兩種監控方式，而且監控的模式是自動轉換的。防盜監控裝置的防盜主機組成部分包括數據存儲器、嵌入式微處理器（ARM）、看門狗電路、時鐘電路、報警開關的電路、電源管理的電路、布防與運行狀態的指示電路、電纜運行狀態的指示電路、輸出聲光報警的驅動電路、報警聲響的電路、RS485通信模塊、無線通信的設備、電纜斷路的監測模塊、電力載波的通信模塊以及輸入交流信號的檢測模塊組成。防盜裝置的系統架構如圖1所示。

3.新型技術的原理

在有電的狀態下，本方案基于LonWorks電力載波的總線通信技術來使得電力電纜的斷路監控得以實現。該LonWorks技術的電力載波的總線技術的優點如下：該LON網作為開放性及其互操作性的現場總線推薦的標準網絡控制系統，因為LonWorks電力載波其數據的通信是運用了有關的碰撞避免的機制（talk-when-ready），還運用了相關的載波偵聽/沖突檢測（CSMA-CA）的方法來實行信道的接入，而且其有著數據的自動轉發以及自動建立網絡的功能。該方案的電力載波運用了窄帶通信的模式以及BFSK調制的方法（其實是一種兩相移相鍵控的調制方法），通過不一樣的相位來對該數據的通信進行表達，其通信的速率通常在300bps-9600bps，運用雙頻數據的傳輸模式，載波頻率分別是132Khz以及115Khz，在主信道的信號遭受到干擾而使得原有通信不能正常工作時，主動切換至副通道上來將傳輸信息，從而減小誤碼率和通信失敗。

運用LonWorks電力載波總線的通信技術，將通信數據的碰撞問題徹底的解決了。在有電的狀態之下，該防盜主機僅僅是處在一種接收的狀態，但是防盜的末端會主動的向防盜主機來實時連續的發送各種相關的數據信息，因為LonWorks電力載波其數據通信方法是運用了碰撞避免的機制，使得上述所說的輪詢的方式以及無線的方式所可能帶來各種技術方面的問題都徹底的解決了。又因為每一臺設備的防盜末端其都是有著唯一地址的編碼，然后防盜主機依照所收到地址的信息來對那臺防盜末端的通信中斷進行判斷，從而判斷出電纜發生的斷路問題。

在無電的狀態之下，本方案提供了一種無源方式的、多通道、實時的電力電纜的監控技術。該技術是運用了電力電纜的零線是被公用的這個特征，從防盜主機其發送的端口來向零線位置發送連續的數據流，該數據流通過無源的防盜末端再返回到相關的相線，該防盜主機對監控相線之上數據的信息是實時采樣的，依照數據流信息的有無來對電纜發生的斷路故障來做出判定。這個方法可以實時以及同步的對多條電力的電纜進行監控，其設備的可靠性非常高、擴展性極強、誤報率非常低以及維護起來非常的方便，而且還徹底的將上述在無電狀態之下電纜監控技術方面的缺陷給與了克服。

4.三獨高速的應用情況

三獨高速中共有隧道10座，本項目選取長度為中等的羅平1號隧道來應用該研究方案。羅平1號隧道全長2.3公里，在隧道的內部所安裝的有基本電力、射流風機、加強電力、LED誘導燈、情報板、消防用電以及視頻監控等多種電子電氣設備。這些設備所用到的電纜是鋪設于隧道電纜溝當中，這對于日常的維護十分的方便，不過也導致了設備電纜極易被盜走，對在隧道當中正常行駛的車輛會帶來非常大的安全隱患，而且會造成極大的財產損失。

根據設計圖紙，對現場電氣電纜的接線方式進行統計，其中1號隧道（上行）有三相三線電纜6根，三相四線電纜6根（包括3根加強照明電纜和3根基本照明電纜），1號隧道（下行）有三相三線電纜4根，三相四線電纜5根（包括加強照明電纜2根和基本照明電纜3根），隧道外部電器部分有三相四線電纜2根（包括兩處情報板）。根據本隧道的線纜情況，結合不同類型線纜的接線方式，便可對電纜防盜監控方案進行應用。

5.結束語

該篇文章針對于目前高速公路的電纜被盜取的現狀，來提出了一類有所改進的載波通信技術，該技術在電纜的有電與無電狀態之下采用不一樣技術原理，從而實現了對于電力電纜有效的監控，而且還對公路的電纜上常發生接線的方法給出了電纜防盜系統的運用方法。最后，該文章結合著正在實行聯合設計的三獨高速羅平隧道，給出了本技術方案在羅平隧道的應用方案。

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