智能电缆防盗技术在贵州三独高速的应用研究

曾庆展 张力 瞿竹

摘要：为解决高速公路电力电缆容易被盗的问题，在对原有电缆防盗监控技术误报率高、无电状态下无法工作等问题总结的基础上，提出了一种改进的载波通信技术。在有电状态下，提出基于LonWorks电力载波的总线通信技术，在无电状态下，利用电缆零线公用的特性来监控线上的数据流。同时，结合公路机电中常见的几种接线方式给出了设备的接线方案和系统架构。最后，对本技术方案在三独高速罗平隧道进行了应用分析。

关键词：电缆防盗;实时监控;载波通信;零线共用

高速公路电力电缆是高速公路机电系统运行的动脉，为各类机电设备的稳定运行提供持续的电力供应，是机电系统中重要的基础设施。但是，由于高速公路呈线状结构分布的特点，布局于高速公路沿线的值守点不足以覆盖整个公路沿线，此外在电缆经过桥架的部分和隧道出入口部分，由于电缆裸露明显，电缆被盗的情况更加严重，这对高速公路的安全运营带来很大隐患。

1.以三独高速来作为案例

当前已存在的有关电缆防盗的技术主要包括脉冲回波的测试方法、RC阻容探测的方法、常规载波的通信方法以及433Mhz无线通信的方法等多种，依照运用起来所反馈的情况，目前的方法存在误报率较高、在无电的状态下工作较为困难等多种问题。

该篇文章所进行的研究依托贵州省交通运输厅科技项目“高速公路电力电缆防盗技术与安全管理机制研究”，通过对贵州三都到独山高速公路（以下简称三独高速）的电缆布设特点、被盗情况进行总结，结合改进的电力载波技术，并针对电缆有电、无电，不同电缆接线方式分别研究，使电缆防盗技术的误报率大大降低。

2.防盗监控装置的构成

本路线所采用的新型电力电缆的防盗监控装置由防盗末端以及防盗主机构成，实现在全天24小时有电无电的状态之下的两种监控方式，而且监控的模式是自动转换的。防盗监控装置的防盗主机组成部分包括数据存储器、嵌入式微处理器（ARM）、看门狗电路、时钟电路、报警开关的电路、电源管理的电路、布防与运行状态的指示电路、电缆运行状态的指示电路、输出声光报警的驱动电路、报警声响的电路、RS485通信模块、无线通信的设备、电缆断路的监测模块、电力载波的通信模块以及输入交流信号的检测模块组成。防盗装置的系统架构如图1所示。

3.新型技术的原理

在有电的状态下，本方案基于LonWorks电力载波的总线通信技术来使得电力电缆的断路监控得以实现。该LonWorks技术的电力载波的总线技术的优点如下：该LON网作为开放性及其互操作性的现场总线推荐的标准网络控制系统，因为LonWorks电力载波其数据的通信是运用了有关的碰撞避免的机制（talk-when-ready），还运用了相关的载波侦听/冲突检测（CSMA-CA）的方法来实行信道的接入，而且其有着数据的自动转发以及自动建立网络的功能。该方案的电力载波运用了窄带通信的模式以及BFSK调制的方法（其实是一种两相移相键控的调制方法），通过不一样的相位来对该数据的通信进行表达，其通信的速率通常在300bps-9600bps，运用双频数据的传输模式，载波频率分别是132Khz以及115Khz，在主信道的信号遭受到干扰而使得原有通信不能正常工作时，主动切换至副通道上来将传输信息，从而减小误码率和通信失败。

运用LonWorks电力载波总线的通信技术，将通信数据的碰撞问题彻底的解决了。在有电的状态之下，该防盗主机仅仅是处在一种接收的状态，但是防盗的末端会主动的向防盗主机来实时连续的发送各种相关的数据信息，因为LonWorks电力载波其数据通信方法是运用了碰撞避免的机制，使得上述所说的轮询的方式以及无线的方式所可能带来各种技术方面的问题都彻底的解决了。又因为每一台设备的防盗末端其都是有着唯一地址的编码，然后防盗主机依照所收到地址的信息来对那台防盗末端的通信中断进行判断，从而判断出电缆发生的断路问题。

在无电的状态之下，本方案提供了一种无源方式的、多通道、实时的电力电缆的监控技术。该技术是运用了电力电缆的零线是被公用的这个特征，从防盗主机其发送的端口来向零线位置发送连续的数据流，该数据流通过无源的防盗末端再返回到相关的相线，该防盗主机对监控相线之上数据的信息是实时采样的，依照数据流信息的有无来对电缆发生的断路故障来做出判定。这个方法可以实时以及同步的对多条电力的电缆进行监控，其设备的可靠性非常高、扩展性极强、误报率非常低以及维护起来非常的方便，而且还彻底的将上述在无电状态之下电缆监控技术方面的缺陷给与了克服。

4.三独高速的应用情况

三独高速中共有隧道10座，本项目选取长度为中等的罗平1号隧道来应用该研究方案。罗平1号隧道全长2.3公里，在隧道的内部所安装的有基本电力、射流风机、加强电力、LED诱导灯、情报板、消防用电以及视频监控等多种电子电气设备。这些设备所用到的电缆是铺设于隧道电缆沟当中，这对于日常的维护十分的方便，不过也导致了设备电缆极易被盗走，对在隧道当中正常行驶的车辆会带来非常大的安全隐患，而且会造成极大的财产损失。

根据设计图纸，对现场电气电缆的接线方式进行统计，其中1号隧道（上行）有三相三线电缆6根，三相四线电缆6根（包括3根加强照明电缆和3根基本照明电缆），1号隧道（下行）有三相三线电缆4根，三相四线电缆5根（包括加强照明电缆2根和基本照明电缆3根），隧道外部电器部分有三相四线电缆2根（包括两处情报板）。根据本隧道的线缆情况，结合不同类型线缆的接线方式，便可对电缆防盗监控方案进行应用。

5.结束语

该篇文章针对于目前高速公路的电缆被盗取的现状，来提出了一类有所改进的载波通信技术，该技术在电缆的有电与无电状态之下采用不一样技术原理，从而实现了对于电力电缆有效的监控，而且还对公路的电缆上常发生接线的方法给出了电缆防盗系统的运用方法。最后，该文章结合着正在实行联合設计的三独高速罗平隧道，给出了本技术方案在罗平隧道的应用方案。

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