摘要：电缆是电力系统结构中最基本也最重要的组成部分，其安全稳定运行是至关重要的。但是电缆内含高纯金属，电缆常常成为被盗目标，尤其对于未投运电缆的偷盗更为频繁。但由于电缆的敷设位置等原因，往往我们只可以对电缆的单端进行检测，基于此文章对未投运电缆单端防盗装置进行开发，并提出两种及以上非同样原理进行检测电缆被盗参数变化，并信号处理后，进行多途径报警，保障电缆在投运前的财产安全，对未投运电缆防盗装置的研发工作具有很强参考意义。
关键词：未投运；电缆；单端；防盗；报警
引言
未投运的电力电缆虽然铺设完毕，但是正式投入运营或试验还需要几个月的时间，此段时间常用的防盗措施是巡检人员定期人工检查，而这种方式并不能实时检测电缆被盗的情况，而且即使出现了被盗的情况，也不能及时被发现。还有一些停运的电缆等，存在长度较长、巡检难度大的问题，仅依靠巡检人员定期人工检查，也是不能及时被发现电缆被盗的问题。由于电缆的敷设位置和权属问题，我们对于未投运电缆的防盗检测只能在电缆的一端，常常不能到电缆的对端进行检测，因此研发一款未投运电缆单端防盗报警装置势在必行。
1检测原理
电缆由导体、绝缘层、铜屏蔽层、填充层、钢铠、外护套组成。导体作为一种高纯金属，对声波的传输速度最快，对声波衰减小，所以可以采用微振动检测模块采集电缆在被盗过程中，发生的声响，作为电缆被盗检测的一种手段。电缆在被偷盗时，偷盗者往往采用钢锯锯断电缆，该锯断过程，分别将铜屏蔽层、绝缘层、铜屏蔽层都锯断，机械式割据的方式，会造成铜屏蔽层和导体的断口被钢锯连接，也会形成短路，形成二者的短路通路，所以我们可以采用短路检测模块作为电缆被盗的信息表征。同时电缆作为一种大的容性设备，如果电缆被盗割，不同的盗割位置显示不同的电容值，通过对单端电容对的采集计算，可以准确地判断盗割的位置。
本装置采用了三种检测方式同时对电缆是否被偷盗进行检测，如图1所示，三种检测信息呈“或”的方式发送至主控模块，主控模块只要检测到一种信息，就可以检测出电缆是否被偷盗，此装置采用多手段、多途径、多方式来检测，补充了单一式检测方式的缺陷；并且，采用单端检测，将三种检测模块设置在电缆的终端，即用户端一端或变电站一端，或者是用户与用户之间的线缆的一端均可，如此，更具有实用性，检测成本最低，检测效果最高，检测结果也是最可靠的。
图1 未投运电力电缆防盗单端监控装置的功能模块图
2硬件设计
2.1微振动检测模块
由于导体是铜芯，属金属材质，而金属对声波的传输速度最快，对声波衰减最小，所以将微振动检测模块贴合导体设置，以对短距离电缆进行微振动检测。
微振动检测模块选用微振动检测传感器，传感器选用深圳世联鑫业科技有限公司的CSX-SEN-180A高微型振动传感器，该传感器内置镀金滚珠和钢帽，是一款可全方位震动感知、倾斜感知或运动检测的多功能微型震动传感器，灵敏度极高。将多个传感器依附于线缆表面，形成多个测量点，可极大提高传感器灵敏度。
2.2短路检测模块
短路检测模块采用光耦来实现。短路检测模块的电路图见图2。光耦的原边连接在电缆的导体和铜屏蔽层，在电缆被偷盗时，偷盗者往往采用钢锯锯断电缆，该锯断过程，分别将铜屏蔽层、绝缘层、导体都锯断，机械式割据的方式，会造成铜屏蔽层和导体的断口被钢锯连接，也会形成短路，形成二者的短路通路，从而使得光耦使光耦导通，输出低电平，把变量信息送给主控模块实现了偷盗的检测。
图2 短路检测模块电路图
2.3电容检测模块
电容检测模块的两端分别连接电缆的绝缘层内侧的导体和外侧的铜屏蔽层，以检测电容检测模块安装位置与断口之间的电缆的导体和铜屏蔽层之间的电容量，并依据所测电容量对电缆的被盗位置进行定位。
电缆是容性设备，导体和铜屏蔽层构成电容的两个极板，根据电容的计算公式，C=εS/4πkd，电容C的容量大小与两个极板之间的正对面积S成线性正比，与两个极板之间的距离d成线性反比，对电缆而言，d是固定不变的常数，当电缆因锯断而断裂时，断口处造成电缆的正对面积S发生变化，造成容量C也会随之变化，从而实现了电缆被盗的检测。同时，该检测方法具有定位偷盗点的作用，当电缆被盗时，造成电缆的长度变短，对应的剩余的电缆的长度也变化，其导体和铜屏蔽层之间的正对面积也随着变化，且变化的比例是呈线性的，根据电容量的变化就可以对偷盗点进行定位。
假设原电缆的长度为L，即电缆的总长度为L，导体外壁与铜屏蔽层内壁之间的距离为d，导体的直径为R，则该电缆的原有电容为C1=εS1/4πkd，其中，S1=L*πR，d为常数，当电缆被盗后，假设被盗断口距离变电站80的距离为1/3L，则被盗后剩余的电缆的电容为C2=εS2/4πkd，其中，S2=1/3L*πR，可见，C2=1/3* C1，由此可得，当电容检测模块检测到的电缆的电容量有变化时，表明电缆中间有部分长度被盗，出现断口，进一步，依据电容检测模块检测到的电容量与原电缆的电容量的比值可以推算出断口的位置，即可以通过电容量的变化率推导出被盗点，对被盗点进行定位。电容检测模块采用电桥式线缆等效电容传感器，该传感器选用曲阳电子科技有限公司的LQ-9101数字电桥，是一款根据自由轴阻抗测量原理、采取了VI并行处理方法实现的高精度电容测量仪，测量精度高、功耗低、测量速度快。
2.4 人机交互模块
人机交互模块，包括主控模块、通信模块、巡检终端、巡检班长终端、相关负责人终端，通信模块与主控模块连接，主控模块通过通信模块将所述电缆偷盗信息发送至巡检终端、巡检班长终端、相关负责人终端。
由于本装置在使用时，是为了从各个方面杜绝电缆被盗的现象发生的，如果存在人为故意盗窃，例如，巡检终端、巡检班长终端、相关负责人终端中的部分人员将本装置断电，造成本装置不能正常工作，则其他人员不能正常接收到电缆被盗的信息。所以，本装置在开机和关机时，都会向三个终端开关机信息，防止人为关机可能性，起到相互监督的作用。
3软件设计
装置的软件设计如图3所示
图3 装置的软件设计
4现场使用
电缆包括三相电缆，每一相电缆都包括导体、绝缘层、铜屏蔽层，使用该装置时，将短路检测模块安装在三相电缆的任一相导体即可，每相电缆上也可以设置多个微振动检测模块，微振动检测模块紧贴于每相电缆的导体表面设置；电容检测模块设置为两个，两个分别安装在剩余的两相线缆上，从而避免短路检测模块、电容检测模块之间的干扰。
经过现场测试，该装置通过微振动传感器测量、短路测量、以及电缆电容变化测量的三重判断，可有效检测出未投运电力电缆被盗事件，并能够及时通过远程报警系统告知巡检人员，测量准确度高。
5结束语
未投运电缆单端防盗报警装置，具有方便安装、检测精确、被盗定位、短信直观的特点。该装置的安装不需要知道未投运电缆对侧的接线方式，只需单端安装便可实现电缆状态的实时监测，并可在电缆被盗的第一时间告知巡检人员，节省了人力巡检的成本，从提高了电缆防盗的技术水平。
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论文作者:王松波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/15
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