基于GPRS的城市照明电缆防盗报警系统

…………………………．皇王研霾＿（（（（＿Ｊ　鐾于ＧＰＲＳ的碱布鲤　电　盗掘．管系饶　广州正力通用电气有限公司　刘志祖　【摘要】本文分析了当前照明电缆防盗技术的原理和缺陷，提出了采用漏电流技术实现理想的照明电缆防盗技术要求。利用该技术，设计出基于ＧＰＲｓ／ＧｓＭ通讯网络的　城市照明电缆防盗报警系统。　【关键词】照明电缆；电缆防盗报警；ＧＰＲＳ　一、前言　随着时代的发展，城市照明已不仅　仅是城建中所必需的公用基础设施，而　且直接反映了城市的建设水平和城市风　２）无法适用于长距离的照明电缆线　路。由于电力载波的有效通讯距离为５００　米左右，长距离的照明电缆上灯具较　多，对电力载波信号产生极大的干扰。　防盗监测技术要求的技术，即采用漏电　流的办式。图一所示为照明电缆电流示　意图。根据基尔霍夫电流定律（ＫＣＬ），我　们可以得出以下公式：　貌。城市现代化建设步伐的不断加快，　对城市道路照明及亮化工程需求日益增　加，使人们对城『　照明的监控管理提出　了更高的要求。Ｆｊ前我国城市照明电缆　普遍存在　人为的偷盗和施工中的损　坏，从而导敛照明设施无法正常运行，　给夜间行人、行车安仝带米很大的隐　忠，也给社会带来一系列的治安问题；　同时城市照明电缆在整个路灯所的固定　资产中占着比较大的比例，偷盗和损坏　都会带米较大的经济损失。在城市照明　行　，每年因为照明线缆的偷盗和损坏　以及因此带来的停电造成巨大的经济损　失和严重的安全隐患。对于城市照明电　缆遭破坏后通过通讯手段及时报警，并　对十人为故意破坏及时抓获，对于施工　中的无意损坏及时发现并依法索赔，同　时及时的将线路修复，都在各个方商町　以不断的减少此类事情的再发生，从而　将目前的损失和今后的损失降到最小。　因此，借助于先进的计算机、通信等技　术，开发研制一套智能化的城市照明电　缆防盗报警系统的需求变得越来越迫　切。　二、照明电缆防盗监测的技术要求　和原理　１．可行的照明电缆防盗监测原理探　讨　目前市场上已有几种不同原理的城　市照明电缆防盗报警设备，但是基本上　不能实现大范围的推广，主要原因是其　原理的局限性和运行环境的复杂性。下　面列举几种原理和使用情况：　（１）电力载波通讯　目前电力载波通讯的稳定性随着技　术的提升有大幅度的提高，干扰能力有　了改善。使用该原理，当晚上照明设施　启动时，照明监控终端采用电力载波通　讯方式与照明电缆尾端的防盗监测单元　进行通讯，若通讯不通时，则认为照明　电缆断线从而报警。该原理的局限性：　１）不适合公用变压器的照明电缆线　路。由于居民用电和工厂用电都在其　中，就会使得照明电缆线路上杂波信号　比较强，当强于载波信号时就会产生误　报警。　３）无法实现２４４＇时全天候监测。由　于电力载波通讯需要在供电电缆上实　现，当白天照明设施停Ｊｆ：　作时，照明　电缆线路无电力传输，使得电力载波信　号失去载体。　（２）照明电缆线路末端加装监测和通　讯设备　使用该原理，是将照明电缆防盗监　测装置安装在照明电缆的尾端，该装置　通过照明电缆供电，并配置可充电后备　电源。当晚上Ｊ！ｃｉ＿月ｆ设旌启动时，防盗监　测装置通过照明电缆供电，当照明电缆　有损坏时，防盗监测装置失去供电，此　时使用后备电源工作，将报警信息发　出，实现照明电缆防盗报警功能。该原　理局限性：　１）无法实现２４小时全天候监测。当　白天照明设施停止工作时，照明线路无　法供给防盗监测装置电能，防盗监测装　置无法工作；同时防盗监测终端无法区　分照明电缆停电是因为电缆的损坏还是　白天停止工作。　２）前期投入成本大。采用该原理，　每条照明电缆尾端的防盗监测设备都需　要配备通讯系统，成本大。　２．照明电缆防盗监测的技术要求　对于照明电缆防盗的技术，目前也　有人作过研究和开发，但由于技术路线　及关键技术设想的问题，均没有成功的　产品普及，主要原因是照明设施数量庞　大，又十分分散，且运行条件十分恶　劣，所接负荷情况千差万别，并常常变　动。根据城市照明设施的运行特点并结　合对以上可行原理的分析，我们提出以　下理想的照明电缆防盗监测技术要求：　（１）照明电缆线路尾端的防盗监控设　备是无源的，不采用电池。　（２）无距离的限制，只要在照明电缆　线路所到之处均可监视。　（３）实现２４小时全天候电缆防盗监　测，即在开灯和关灯状态下均可。　（４）安全可靠、方便、抗恶劣条件、　适用面广、反映快捷、不误动作、成本　低等条件。　２．３漏电流技术　本文探讨一种可满足理想照明电缆　公式一：Ｉ　ｉｎ＝Ｉｏｕｔ＋Ｉ漏电流＋Ｉ偏置　电流　公式二：Ｉｏｕｔ＝Ｅ　Ｉｉｎ：输入电流；　ｌｏｕｔ：输出电流：　Ｉｎ：照明电缆一ｈ第ｎ个灯具工作产生　的电流；　Ｉ漏电流：照明电缆上所存在的漏　电流，设备首次安装时需要检测为已知　量：　Ｉ偏置电流：人为产生的漏电流，为　已知量。　根据以上原理，在照明电缆尾端安　装一个偏置电流发生器产生一个已知的　偏置电流，同时在照明电缆的首端检测　Ｉｉｎ和Ｉｏｕｔ。照明电缆正常时，检测结果　满足以上公式；照明电缆损坏时，Ｉ偏置　电流消失，检测结果不满足以上公式。　使用漏电流的技术原理，照明电缆　在开灯时使用照明设备的工作电源，关　灯时需在照明电缆上提供３６Ｖ电源，这样　监测尾端就能够实现无源设计，同时实　现开灯和关灯情况下的２４小时监测，另　外该应用与照明电缆的长短无关，是可　行和理想的照明电缆防盗监测技术。　三、基于ＧＰＲＳ的城市照明电缆防盗　报警系统的组成　城市照明电缆防盗报警系统结构如　图二所示。它由前台监控设备、通讯网　络、后台监控系统三部分组成：　Ｌ前台监控设备　城市照明电缆防盗报警系统的前台　监控设备分为安装在照明控制箱内的主　控终端和安装在照明电缆尾部的监测尾　端。监测尾端通过主控终端的供电产生　一个偏置电流，主控终端通过监测该偏　置电流来判定照明电缆是否正常。正常　工作时，主控终端主要功能为执行后台　监控系统命令，无指令时按预约控制决　策，自动向后台监控系统报告各类测量　参数、各类故障和危机情况。　２．通讯网络　通讯网络是后台监控中心和前台监　控设备之间沟通的桥梁，也是防盗报警　系统信息传输的通道，因此要求通讯网　络及时性和稳定性，同时经济实惠等要　／２０１２．０４电子世界　一５１—　Ｉ－）　一史王研霉…………………………一　求。早期有线公用电话交换网由于使用　工无线数字通讯（无线数字电台）在２Ｇ和　本低、后期使用维护费用低、有一定稳　价格高、稳定性差等原因已被淘汰；双　３Ｇ无线通讯技术出现以前因为其建设成　定性和及时性等原因使用较为广泛，但　Ｉ打－　Ｉ－，　，　Ｉ２、　，　Ｉ　，　，　Ｉ漏电流　ｒ　｝Ｚ卜一　Ｉ。ｕｔ　Ｉ偏霞、　父　图一照明电缆线路电流示意图　后台监控系统　通讯网络　照明开关箱　前台监控终端　图二城市照明电缆防盗报警系统结构　＝　二　二－　＿＿　二　ｌ＿　＿二　＿二＿二＿二二＿二　‘彳…………＿＿＿＿……　＿二　７Ｃ－－－－Ｉ二＿二　－Ｃ－－Ｃ　ＴＬ；－－Ｌ：ＴＸ　＝　彳ｊ　时钟模块　｝　．。．｛存储模块　ｌ　电源管理模块　ｌ¨电源管理模块　Ｉ¨　ＭＣＵ　照明电缆零线一－　讯模块　ｆ卜　　¨ｉ电缆睹盗卜　ｆ盟蜊模块　。卜　－……　Ｈ　Ｈ＿，＿　Ｈ＾＿－．一…　，’～　　｛…～　　Ｈ＾，＿Ｈ．＿　＿，　，＿一　偏置电　流产生　监绷尾端　Ｌ一一　一　一一一一＿ｌ＿一…　～一一一一一一一　圈三城市照明电缆防盗报警系统硬件结构图　图四８ＰＲＳ／ＧＳＭ通讯模块外围电路结构图　一５２一电子世界／２０１２　０４／　是其双工通讯是建立在轮询的工作方式　上，因此在对多个设备通讯时有很大的　延时。随着２Ｇ￣Ｉ］３Ｇ无线通讯技术逐渐成　熟，用运营商的网络覆盖率提高，其低　廉的使用费用、快速的组网速度、并发　的通讯方式等原因使得双工无线数字通　讯技术逐渐被替代。本监控系统采用的　ＧＰＲＳ网络即为成熟的２Ｇ网络，它与３Ｇ网　络相比，其数据传输速率更符合照明监　控行业的小数据量传输，且３Ｇ网络目前　处于建设期，其网络覆盖率没有２Ｇ网络　广泛。照明电缆防盗监控终端利用ＧＰＲＳ　网络与后台监控系统通讯时，同时可利　用ＧＳＭ网络，将电缆短线报警以短信息的　方式直接发送到管理人员手机，实现报　警的及时性。　３．后台监控系统　后台监控系统主要由硬件设备和城　市照明电缆防盗系统软件组成。其中硬　件设备包括服务器、监控计算机、显示　系统、ＵＰＳ电源等等设备，用于支撑软件　系统的运行。城市照明电缆防盗系统软　件又包括通讯服务软件和监控客户端，　其中，通讯服务软件是通讯的软件桥　梁，主要功能包括侦听和管理前台监控　设备和监控客户端的连接和通讯、指令　的转发、数据的处理等功能：监控客户　端主要提供与前台监控设备的人机交互　界面、相关运行参数的设置、前台监控　设备的实时状态显示、报警信息的及时　主动提示、报警信息的转发、自动化运　行处理等功能，使得城市照明管理能够　自动化、智能化，提高管理者的管理水　品。　四、照明电缆防盗报警系统硬件设　计　１．硬件系统组成　照明电缆防盗报警系统的硬件部分　分为主控终端和照明电缆的监测尾端。　其硬件系统组成如图三所示。主控终端　由ＭＣＵ、时钟模块、电源管理模块、通讯　模块、存储模块、电缆防盗监测模块组　成；监测尾端由ＭＣＵ、电源管理模块、　偏置电流产生模块组成。主控终端安装　在照明开关箱内，通过照明电缆给安装　在照明电缆尾端的监测尾端供电，监测　尾端产生一个偏置电流。当照明电缆损　坏时，主控终端监测到偏置电流消失，　通过ＧＰＲＳ／ＧＳＭ通讯模块发送电缆断线报　警。　２．硬件系统部分模块结构和功能　（１）ＭＣＵ模块　ＭＣＵ（微控制单元）是硬件设备的处理　核心。本文的硬件系统ＭＣＵ模块采用了ＴＩ　公司的ＭＳＰ４３０单片机。它运行功耗低，　处理能力强，且拥有看门狗（ＷＤＴ）、定时　…………………………一皇王研霉．　（（－Ｊ　真空断路器操作过电压及其保护　天津联维乙烯工程有限公司　刘志波　【摘要】本文讨论了真空断路器操作过电压的产生过程、主要类型以及过电压保护，并结合实际应用情况对多种保护方武进行比较，供大家参考。　【关键词】真空断路器；操作过电压；避雷器　真空断路器具有体积小，灭弧能力　强，触头损耗小，开断次数多，检修周　期长，使用维修方便等优点。近年来，　在我公司的各级高压配电装置（６ｋＶ、　１０ｋＶ、３５ｋＶ）中得到了广泛的应用，基本　上已取代了ｓＮ系列少油断路器。多年来　运行情况良好，维护工作量大大降低，　运行可靠性得到了较大提高。但真空断　路器操作过电压，对电机、变压器、电　力电缆等电气设备绝缘造成的危害和影　响也是需要我们重视和解决的问题。　操作过电压的产生与特点　由于电路中的电力设备大都可以看　作为储能元件，在真空断路器开断瞬　间，储存在电感、电容中的能量，会产　生过电压。真空断路器操作过电压，主　要有三种形式：即截流过电压，多次重　燃过电压和三相同时开断过电压。　１．截流过电压　（１）截流过电压的产生　真空断路器熄弧性能极佳，开断交　流小电流时，当电流从峰值下降到自然　零点前，真空电弧便会熄灭。由于电流　被突然中断，截流电流滞留在高压电动　机的电感绕组中，此残余电磁能量　（１／２×Ｌ×Ｉ　），必然向杂散电容（ｃ）充　电，转变为电场能量（１／２×Ｃ×Ｕ　），不计　熄弧期间电源电压加在电容Ｃ的残余电　压，能量转换产生的电压近似为：Ｕ＝　一、Ｉｃ×ｚ（其中ＩＣ为截流值）。式中：Ｚ为波　力，在高频电流零点又使电弧熄灭而开　阻抗（ｚ：　。　），Ｕ为截流过电压。由于Ｃ　断电流。此刻负荷侧的电感和电容发生　值甚小，因而过电压数值较高。　电磁振荡，产生较高电压。这一电压又　使触头间隙再次击穿，流过高频电流，　（２）截流过电压的特点　（ａ）截流过电压的高低与真空断路器　并再次在高频电流零点开断电流，电压　的截流值Ｉｃ的大小有关。Ｉｃ越大，过电　又要上升。随着触头的不断分开，其介　质恢复强度不断增高。当介质恢复强度　压越高；　（ｂ）高压电动机容量越小，过电压越　超过电压恢复速度，重燃不复产生，电　高。这是因为负载回路中电容较小，电　压升级终了。多次重燃的结果，使得负　载上的电压不断升高，从而产生较高的　感较大，波阻抗ｚ较大所致；　（ｃ）截流过电压的高低具有随机性　过电压。　质。真空断路器的截流水平实际上是多　（２）多次重燃过电压的特点　（ａ）陡度大，幅值高（高于截流过电　次测试的平均值。　２．多次重燃过电压　压），尽管出现机率很少，但对频繁操作　（１）多次重燃过电压的产生　的高压电动机是一大危险隐患；　（ｂ）上升陡度很高，对电机绕组间的　真空开关在开断三相感性负载（如高　压电动机）时，真空开关各极触头的分离　绝缘危害极大，过电压值不需很高，就　不会完全同期，总是有先有后。如果真　能使匝间绝缘损坏。　空开关其中某一极触头正好在某相电流　３．三相同时开断过电压　过零前分离，电流即过零，电弧则首先　（１）三相同时开断过电压的产生　在该相熄灭。在首先开断的那极触头上　真空断路器首相开断熄弧产生的高　就会发生电压恢复过程。由于真空断路　频电流通过三相互耦和中性点叠加在其　器触头间隙很小（６ｋＶ等级１Ｏｍｍ左右），　他未断开的两相工频电流上，造成其他　介质恢复强度不高，在较高的恢复电压　两相电弧电流强制过零，使得未断开的　作用下，间隙有可能被击穿。因回路参　两相随之同时被切断。此两相被截断的　数的影响，触头击穿重燃时将流过高频　工频电流往往比首相截流值大，十分类　电流。如果高频电流的幅值大于工频电　似于较大水平的截流现象，从而产生比　流瞬时值时，就会出现高频电流零点。　首相开断截流过电压更高的操作过电　　真空开关具有较强的分断高频电流的能　压。器、比较器、串口、硬件乘法器、ＡＤＣ、　电源双电源引脚，同时提供了对后备电　全天候电缆防盗监测，且使用不受电缆　ＦＬＡＳＨ等多种内外设接口资源，具有实　源进行涓细电流充电的能力。　距离限制等满足照明电缆条件恶劣、环　用成本低、开发效率高、工作稳定等特　（４）ＧＰＲＳ／ＧＳＭ通讯模块　境多样的使用要求。城市照明电缆防盗　点。　ＧＰＲＳ／ＧＳＭ通讯模块采用明基公司的　防盗报警系统使用了传感技术、电子技　（２）电源管理模块　Ｍ２３模块，技术成熟，性能可靠，它内　术、ＧＰＲＳ／ＧＳＭ无线通讯技术、计算机及　电源是硬件设备正常运行的基础，　嵌了ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，支持ＧＳＭ／ＧＰＲＳ通　网络技术，实现了照明电缆防盗的自动　电源质量的影响系统稳定运行及抗电磁　信，而且其具有射频天线、本地ＳＩＭ卡连　化监控和管理。通过实时的照明电缆监　干扰能力。为保证硬件设备在停电后的　接、ＴＴＬ串口等接口。本系统设计只使用　测和快速和正确的报警，使维护人员快　运行，主控终端一般会配置后备电池。　了Ｍ２３的数据传输和短消息功能，其语　速响应，及时阻止电缆的被盗和依法对　电源管理模块主要为硬件设备的各元器　音通话功能不使用，因此其与ＭＣＵ之间　施工造成的损坏进行索赔，减少财产损　件提供稳定的工作电源和对后备电池进　的通讯只需通过ＴＴＬ电平与ＭＣＵ（ＭＰＳ４３０）　失，降低因电缆被盗造成的社会影响，　行充放电管理。　的ＵＡＲＴ０接口连接；Ｍ２３的工作电压为　提高照明管理者的管理水平。　（３）时钟模块　４．２Ｖ，启动电流达到２Ａ，且对电压和电　本系统时钟模块采用ＤＡＬＬＡＳ公司的　流的稳定性要求高，因此电源的外围电　参考文献　［１】王晓荣，余颖．电工电子技术基础【Ｍ１．武汉理工大学出　ＤＳ１３０２时钟芯片，该芯片是高性能、低　路采用ＬＭ２５７６电源芯片供电，保证通讯　版社，２０１０．　Ｍ２３　ＧＳＭ／ＧＰＲＳ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｍｏｄｕｌｅ［Ｋ］ＢＥＮＱ，２ｏｏ５．　功耗、附带３１字节静态ＲＡＭ，采用ＳＰ１　模块的工作稳定性。　三线接口与ＣＰＵ进行同步通。它可以对　五、总结　作者简介：刘志祖（１９８４一），男，湖北人，现供职　年、月、日、周日、时、分、秒进行计　本文主要应用漏电流技术，实现了　于广州正力通用电气有限公司，研究方向：城市照明　时，具有闰年补偿功能，工作电压为　城市照明电缆防盗报警尾端设备的无源　自动化监控管理、城市照明智能节能装置、城市照明　　２．５Ｖ～５．５Ｖ。该模块增加了主电源／后备　化设计，在开灯和关灯状态下的２４小时　线路监测防盗。／２０１２．０４电子ｔＵＢ　一５３—