电力载波在路灯电缆防盗系统中的应用
电力载波技术开发中心 高强
关键词：电力载波 电缆防盗 路灯监控 载波通讯 载波技术
近年来，随着国民经济的快速发展，城市基础设施的不断完善，遍布城乡各地的各种电力农用电缆、路灯电缆、高速公路电缆等逐步铺设到位，为人民群众的生产生活带来极大的方便，促进了国民经济更快更好的发展。但与此同时，由于监管手段等原因，各种电缆的被盗情况日益严重，电缆被盗割现像时有发生，严重影响了人民群众了生产生活，危害了国家财产安全，如何有效地对电缆的安全进行监控，预防或者减少危害的发生，已经成为管理层必须面临的严峻课题。
对于路灯线路而言，电缆的盗割已经严重影响了城市的形象，危害了交通行驶安全，增加了行人夜路的不安全感，所以如何有效地对路灯线路进行监控，及时发现危害路灯线路安全的盗割行为，及时对盗割行为进行阻吓及报警，从而减少危害的发生与扩大，是本方案需要解决的问题。
本应用方案仅针对路灯线路的情况进行方案设计，内容涉及了组网方案、监控技术手段、施工方案、维护方案等方面，是一个针对路灯电缆防盗的全面的技术实施方案。本方案对其它的断缆监控、路灯单灯控制、架空线路的防盗监控等都有一定的借鉴与参考作用。
一、 路灯电缆防盗原理
本路灯电缆防盗的基本原理是采用电力载波通讯技术，在电缆的首未两端分别设置载波发送与接收装置，首端的设备向未端的载波设备定时发送询问数据包，未端的载波设备收到询问数据后，立即回应首端的载波设备，这样形成了一来一回的数据应答，如果载波通讯成功，那么证明电缆处于正常状态，如果通讯失败，则发生了断缆警情，首端设备立即发出报警信号。电缆防盗基本原理示意图如下所示。
（图一：路灯电缆防盗原理示意图）
由上图可见，当电缆正常时，载波通讯亦处于正常状态，此时不会发生报警，当电缆被断开时，载波通讯中断，此时即可判断电缆发生被盗警情，立即发出电缆被盗报警信号。
在系统设计中，有时因为载波设备本身的故障或者载波设备被破坏造成载波通讯中断，使系统误判为电缆被盗，所以为了排除此类故障，在系统设计，增加对回路电流、电压的采集，综合判断电缆被盗故障的发生。路灯的工作状态为晚上工作，白天不工作，所以，当检测到电压为零时，则仅根据载波通讯的正常与否
判断电缆是否正常，当晚间路灯处于工作状态时，如果发生断缆故障，则必然引起回路的负载状态发生变化，从而引起回路电流或者功率发生变化，所以当路灯回路的电流发生下跌，且瞬间跌落的幅度大于跌落前负载电流平均值，同时载波通讯中断，那么我们由此判断电缆发生断缆警情，通过这种综合判断，可以排除由于载波设备本身的故障引起的系统误报，提高系统工作的可靠性。（跌落前平均值是指：所在相线的电流值，除以安装路灯的盏数，所得值即为平均值。根据此值，可以判断负载是否产生突变，间接判断断缆故障）
（图二：根据线路电流的变化并结合载波通断判断故障类型原理示意图）
二、 防盗系统组网方案
路灯防盗监控系统由监控中心、集中控制器、断缆监控器三部分组成，其中监控中心至集中监控器采用GPRS连接方式，由于GPRS信号无处不在，可以实时在线，按流量计费，可以成为可靠而廉价通讯链路媒介。集中控制器与断缆监控器之间通过电力载波通讯进行连接，由于电力载波信号是利用既有的电力线作为通讯媒介，所以无须布线，系统实施快速。集中控制器同时采集监控回路的电流电压信号，用于辅助判断断缆警情的发生，防止误报。电流电压采集采用独立模块，模块与控制器之间采用RS485进行通讯。
（图三：电缆监控系统结构示意图）
监控中心
监控中心完成系统参数的输入，集中控制器的远程调试，集中控制报警信息的收集与显示，报警信息的派障与记录等功能，软件采用图形化界面，直观而简洁，可以方便地进行操作维护，并对发生警情的台变名称、时间地点、线路名称等信息进行直观显示。
集中监控器
集中监控器负责对台变下的所有监控回路进行定时监控，并根据监护中心下发的监控，自动进行中通继通讯，并实时采集监控回路的电流电压信息，与载波讯的结果进行综合判断，从而正确地生成电缆被盗警情信号，并将报警信息实时上报。
断缆监控器
断缆监控器实时接收集中监控器的询问数据，并对数据进行回应，断缆监控器集成了电力载波通讯技术，以及宽电压输入的开关电源。在白天时，断缆监控器的工作电源由集中监控器统一馈送48V直流电源，这样断缆监控器就避免采用蓄电池作为后备电源，以此降低系统日后维护成本。
（图四：路灯电缆防盗监控结构示意图）
（图五：电缆监控器原理示意图）
（图六：集中监控器原理示意图）
三、 防盗系统实施方案
为了保证系统的实施效果，我们总结了系统在实际应用中存在问题及注意事项，并进行了归纳整理，在系统的设计与实施中，必须注意以下几点
1、 断缆监控器在出厂前最好统一编址，并将地址信息标识于产品外壳上，这样在安装的时候，安装人员只
要记录下地址与所对应的回路信息及灯杆信息，就可以保证安装过程准确无误，降低对安装人员专业知识的要求，提高系统调试效率。
2、 对于某些比较长的路灯线路，要求具有一定的通讯冗余，以应对外界环境变化对载波通讯的影响，提高
系统工作稳定性。在回路中间位置增加一级信号中继，此信号中继节点的硬件与未端的断缆监控器是一样的，由监控中心将路由信息下发至集中监控器中，避免在现场进行手工操作。
3、 集中控制器根据电压的有无判断路灯的工作状态，在电压为零（白天）时，根据载波通讯的状态判断电
缆的状况，当电压为220V时，根据回路电流的跌落情况与载波通讯情况，综合判断断缆故障。当载波通讯故障时，判断两次载波通讯期间，线路电流是否存在一个超过当前平均值的电流跌落，如果存在，则判断线路发生断缆故障，否则判断载波通讯设备发生故障。
4、 采集电流时，应该选择最未端安装了路灯的回路进行采集，只有这样，当最后两个灯杆之间的线路被盗
时，才会引起回路电流的变化，提高系统反应灵敏度及可靠性。
5、 断缆监控器中采用宽电压输入范围的开关电源模块，输入电源范围为40V-300VDC，所以在路灯工作时，
不管线路的电压如何变化，未端都能得到可靠的工作电压，在白天时，在首端馈入48V直流电源，未端也可以取得可靠的工作电源，避免在未端增加蓄电池，降低了系统维护成本。
6、 目前在路灯线路中，普遍将零线与地线并接在一起提高安全性，所以造成相邻台变会发生载波信号串扰，
产生了载波冲突，为避免串扰的信号干扰系统正常工作，可以采取载波侦听的方法，监控集中器在发起询问之前，先侦听线线路上是否有载波信号，如有，则自动延时再侦听，如没有，则立即启动查询。
7、 根据系统在实际运行中的经验，路灯线路中普遍安装了节能装置，导致路灯回路的电流会上下调整，有
些没有安装节能装置的路灯回路，由于受外界电网电压的影响，路灯线路的工作电流亦会产生变化；尤其在某些线路中，由于电网电压过低，或者高压钠灯的电子镇流器的质量原因，导致路灯莫名其妙地熄灭，过一段时间后又会恢复，同样会导致路灯回路的电流变化，这些额外情况，都必须在系统设计时进行整体考虑，否则会产生断缆误报，影响系统整体性能。
四、 电力载波通讯技术简介
电力载波通讯（PLC）技术作为无线、有线之外的另外一项通讯技术，具有非常广阔的应用前景，在国民经济各个领域得到广泛的应用。电力载波通讯技术（PLC）利用既有的电力线作为通讯介质，具有免布线，工程实施速度快等特点。目前国内外有多种载波技术可供选择，本系统经过广泛实验对比，采用了目前比较成熟的电力载波通讯模块BWP10，该系列载波模块市场应用比较广泛，性能稳定，体积小巧，集成度高，用户基本无需要了解载波底层实现，即可快速组建载波应用系统，模块集成了所有的载波外围器件，实现了串口数据的透明传输，极大地降低了用户使用难度。模块采用FSK+DSSS调制及编码技术，载波中心频率为115KHZ，串口通讯速率最高为9600bps，载波速率最高为300bps，工作参数可以通过软件进行配置更新。
五、 系统总结
本系统的核心是采用电力载波通讯技术，并结合对线路电流电压的采集判断，实现对电缆防盗监控的目的。目前系统已经在北京某区的电缆防盗系统中得到成功应用实施，发挥了巨大的社会效益及经济效益，为国民经济稳定快速发展，为保证初会长治久安贡献了一份绵薄之力。
参考文档
1、《BWP10电力载波模块用户手册》 SHENZHEN BITWELL SCIENCE&TECHNOLAGE CO.,LTD
2、《路灯》中国电力出版社 郗书堂 2008－10－01
3、《单片机应用编程技术》北京航空航天大学出版社
作者联系：高先生 [1**********] [email protected] QQ:11618471
电力载波在路灯电缆防盗系统中的应用
电力载波技术开发中心 高强
关键词：电力载波 电缆防盗 路灯监控 载波通讯 载波技术
近年来，随着国民经济的快速发展，城市基础设施的不断完善，遍布城乡各地的各种电力农用电缆、路灯电缆、高速公路电缆等逐步铺设到位，为人民群众的生产生活带来极大的方便，促进了国民经济更快更好的发展。但与此同时，由于监管手段等原因，各种电缆的被盗情况日益严重，电缆被盗割现像时有发生，严重影响了人民群众了生产生活，危害了国家财产安全，如何有效地对电缆的安全进行监控，预防或者减少危害的发生，已经成为管理层必须面临的严峻课题。
对于路灯线路而言，电缆的盗割已经严重影响了城市的形象，危害了交通行驶安全，增加了行人夜路的不安全感，所以如何有效地对路灯线路进行监控，及时发现危害路灯线路安全的盗割行为，及时对盗割行为进行阻吓及报警，从而减少危害的发生与扩大，是本方案需要解决的问题。
本应用方案仅针对路灯线路的情况进行方案设计，内容涉及了组网方案、监控技术手段、施工方案、维护方案等方面，是一个针对路灯电缆防盗的全面的技术实施方案。本方案对其它的断缆监控、路灯单灯控制、架空线路的防盗监控等都有一定的借鉴与参考作用。
一、 路灯电缆防盗原理
本路灯电缆防盗的基本原理是采用电力载波通讯技术，在电缆的首未两端分别设置载波发送与接收装置，首端的设备向未端的载波设备定时发送询问数据包，未端的载波设备收到询问数据后，立即回应首端的载波设备，这样形成了一来一回的数据应答，如果载波通讯成功，那么证明电缆处于正常状态，如果通讯失败，则发生了断缆警情，首端设备立即发出报警信号。电缆防盗基本原理示意图如下所示。
（图一：路灯电缆防盗原理示意图）
由上图可见，当电缆正常时，载波通讯亦处于正常状态，此时不会发生报警，当电缆被断开时，载波通讯中断，此时即可判断电缆发生被盗警情，立即发出电缆被盗报警信号。
在系统设计中，有时因为载波设备本身的故障或者载波设备被破坏造成载波通讯中断，使系统误判为电缆被盗，所以为了排除此类故障，在系统设计，增加对回路电流、电压的采集，综合判断电缆被盗故障的发生。路灯的工作状态为晚上工作，白天不工作，所以，当检测到电压为零时，则仅根据载波通讯的正常与否
判断电缆是否正常，当晚间路灯处于工作状态时，如果发生断缆故障，则必然引起回路的负载状态发生变化，从而引起回路电流或者功率发生变化，所以当路灯回路的电流发生下跌，且瞬间跌落的幅度大于跌落前负载电流平均值，同时载波通讯中断，那么我们由此判断电缆发生断缆警情，通过这种综合判断，可以排除由于载波设备本身的故障引起的系统误报，提高系统工作的可靠性。（跌落前平均值是指：所在相线的电流值，除以安装路灯的盏数，所得值即为平均值。根据此值，可以判断负载是否产生突变，间接判断断缆故障）
（图二：根据线路电流的变化并结合载波通断判断故障类型原理示意图）
二、 防盗系统组网方案
路灯防盗监控系统由监控中心、集中控制器、断缆监控器三部分组成，其中监控中心至集中监控器采用GPRS连接方式，由于GPRS信号无处不在，可以实时在线，按流量计费，可以成为可靠而廉价通讯链路媒介。集中控制器与断缆监控器之间通过电力载波通讯进行连接，由于电力载波信号是利用既有的电力线作为通讯媒介，所以无须布线，系统实施快速。集中控制器同时采集监控回路的电流电压信号，用于辅助判断断缆警情的发生，防止误报。电流电压采集采用独立模块，模块与控制器之间采用RS485进行通讯。
（图三：电缆监控系统结构示意图）
监控中心
监控中心完成系统参数的输入，集中控制器的远程调试，集中控制报警信息的收集与显示，报警信息的派障与记录等功能，软件采用图形化界面，直观而简洁，可以方便地进行操作维护，并对发生警情的台变名称、时间地点、线路名称等信息进行直观显示。
集中监控器
集中监控器负责对台变下的所有监控回路进行定时监控，并根据监护中心下发的监控，自动进行中通继通讯，并实时采集监控回路的电流电压信息，与载波讯的结果进行综合判断，从而正确地生成电缆被盗警情信号，并将报警信息实时上报。
断缆监控器
断缆监控器实时接收集中监控器的询问数据，并对数据进行回应，断缆监控器集成了电力载波通讯技术，以及宽电压输入的开关电源。在白天时，断缆监控器的工作电源由集中监控器统一馈送48V直流电源，这样断缆监控器就避免采用蓄电池作为后备电源，以此降低系统日后维护成本。
（图四：路灯电缆防盗监控结构示意图）
（图五：电缆监控器原理示意图）
（图六：集中监控器原理示意图）
三、 防盗系统实施方案
为了保证系统的实施效果，我们总结了系统在实际应用中存在问题及注意事项，并进行了归纳整理，在系统的设计与实施中，必须注意以下几点
1、 断缆监控器在出厂前最好统一编址，并将地址信息标识于产品外壳上，这样在安装的时候，安装人员只
要记录下地址与所对应的回路信息及灯杆信息，就可以保证安装过程准确无误，降低对安装人员专业知识的要求，提高系统调试效率。
2、 对于某些比较长的路灯线路，要求具有一定的通讯冗余，以应对外界环境变化对载波通讯的影响，提高
系统工作稳定性。在回路中间位置增加一级信号中继，此信号中继节点的硬件与未端的断缆监控器是一样的，由监控中心将路由信息下发至集中监控器中，避免在现场进行手工操作。
3、 集中控制器根据电压的有无判断路灯的工作状态，在电压为零（白天）时，根据载波通讯的状态判断电
缆的状况，当电压为220V时，根据回路电流的跌落情况与载波通讯情况，综合判断断缆故障。当载波通讯故障时，判断两次载波通讯期间，线路电流是否存在一个超过当前平均值的电流跌落，如果存在，则判断线路发生断缆故障，否则判断载波通讯设备发生故障。
4、 采集电流时，应该选择最未端安装了路灯的回路进行采集，只有这样，当最后两个灯杆之间的线路被盗
时，才会引起回路电流的变化，提高系统反应灵敏度及可靠性。
5、 断缆监控器中采用宽电压输入范围的开关电源模块，输入电源范围为40V-300VDC，所以在路灯工作时，
不管线路的电压如何变化，未端都能得到可靠的工作电压，在白天时，在首端馈入48V直流电源，未端也可以取得可靠的工作电源，避免在未端增加蓄电池，降低了系统维护成本。
6、 目前在路灯线路中，普遍将零线与地线并接在一起提高安全性，所以造成相邻台变会发生载波信号串扰，
产生了载波冲突，为避免串扰的信号干扰系统正常工作，可以采取载波侦听的方法，监控集中器在发起询问之前，先侦听线线路上是否有载波信号，如有，则自动延时再侦听，如没有，则立即启动查询。
7、 根据系统在实际运行中的经验，路灯线路中普遍安装了节能装置，导致路灯回路的电流会上下调整，有
些没有安装节能装置的路灯回路，由于受外界电网电压的影响，路灯线路的工作电流亦会产生变化；尤其在某些线路中，由于电网电压过低，或者高压钠灯的电子镇流器的质量原因，导致路灯莫名其妙地熄灭，过一段时间后又会恢复，同样会导致路灯回路的电流变化，这些额外情况，都必须在系统设计时进行整体考虑，否则会产生断缆误报，影响系统整体性能。
四、 电力载波通讯技术简介
电力载波通讯（PLC）技术作为无线、有线之外的另外一项通讯技术，具有非常广阔的应用前景，在国民经济各个领域得到广泛的应用。电力载波通讯技术（PLC）利用既有的电力线作为通讯介质，具有免布线，工程实施速度快等特点。目前国内外有多种载波技术可供选择，本系统经过广泛实验对比，采用了目前比较成熟的电力载波通讯模块BWP10，该系列载波模块市场应用比较广泛，性能稳定，体积小巧，集成度高，用户基本无需要了解载波底层实现，即可快速组建载波应用系统，模块集成了所有的载波外围器件，实现了串口数据的透明传输，极大地降低了用户使用难度。模块采用FSK+DSSS调制及编码技术，载波中心频率为115KHZ，串口通讯速率最高为9600bps，载波速率最高为300bps，工作参数可以通过软件进行配置更新。
五、 系统总结
本系统的核心是采用电力载波通讯技术，并结合对线路电流电压的采集判断，实现对电缆防盗监控的目的。目前系统已经在北京某区的电缆防盗系统中得到成功应用实施，发挥了巨大的社会效益及经济效益，为国民经济稳定快速发展，为保证初会长治久安贡献了一份绵薄之力。
参考文档
1、《BWP10电力载波模块用户手册》 SHENZHEN BITWELL SCIENCE&TECHNOLAGE CO.,LTD
2、《路灯》中国电力出版社 郗书堂 2008－10－01
3、《单片机应用编程技术》北京航空航天大学出版社
作者联系：高先生 [1**********] [email protected] QQ:11618471