引言

近年來,深圳經(jīng)濟發(fā)展迅速,引來大批開發(fā)商投資,深圳的舊城區(qū)不可避免地向現(xiàn)代化城市靠攏,在這個過程中,必然會涉及很多舊城改造項目。舊城改造會涉及住戶的搬遷,從而出現(xiàn)很多無人居住的房子,此時就會出現(xiàn)偷盜低壓架空線路的盜竊分子。巡邏隊在白天巡邏,所以盜竊者往往選擇在夜間行竊,城區(qū)內(nèi)存在很多監(jiān)控死角,因此盜竊架空線路的行為具有操作簡單、難發(fā)現(xiàn)、難追查、難治理、隨機性、突發(fā)性等特點,不僅給電網(wǎng)帶來了巨大的經(jīng)濟損失,同時也給電網(wǎng)工作人員和社會治安人員帶來了不小的麻煩。

除盜竊因素外,一些施工操作不規(guī)范而破壞線路的人為因素也是導致線路破壞的主要原因之一,并且還會威脅施工人員的生命安全。

針對上述問題,本文根據(jù)舊城改造項目低壓配電線路運行狀態(tài)與負載的特點,對線路防外破的檢測方法進行研究。

1現(xiàn)狀分析

1.1線路防外破檢測方案研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的線路防外破檢測主要依靠人工巡檢,通常有以下幾種方式:(1)定期巡檢,由工作人員定期到現(xiàn)場進行查看:(2)故障后檢修,即線路故障后,檢修人員到事故現(xiàn)場進行故障排查:(3)固定視頻監(jiān)控,在關鍵固定位置安裝監(jiān)控,由值守人員通過屏幕遠程觀看現(xiàn)場情況。

目前主流的線路防外破檢測方案為可視化巡視方案,即在輸電線路桿塔上安裝視頻監(jiān)控拍攝裝置,利用人工智能領域的圖像識別技術識別出線路通道內(nèi)的故障隱患,再通過無線3G/4G的通信方式獲取信息,最后將線路故障的預警信息通過推送技術上傳至巡視人員的手機App。

在識別故障信息時所用到的核心技術可分為以下三個類別:傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術、雷達技術、超聲波回聲測距技術[7]。

1.2現(xiàn)有技術存在的問題

現(xiàn)有巡視方式在解決舊城改造過程中的線路盜竊問題時主要存在下列幾個問題:

(1)硬件設施投資較大,監(jiān)控設備使用的流量成本較高。

(2)設備維護所需的人力、物力和成本較高。

(3)設備成像結(jié)果受天氣因素影響較大,在惡劣天氣下結(jié)果較差。

(4)AI算法還有很大的改善空間,目前有較高的誤報率。

2斷電檢測法

2.1舊城改造線路特點分析

為了防止盜竊行為的發(fā)生,往往需要用到更加簡單、可靠、高效的方案,而不需要投入過多的人力、物力和硬件設施,所以本文通過分析舊城改造過程中線路的特點來制定邏輯簡單、結(jié)果可靠的電力線路防外破檢測方法。

在舊城改造過程中,用戶搬遷致使配網(wǎng)的末端無負載,也導致線路被盜時不能及時發(fā)現(xiàn),同時由于10kV及以上線路外破告警裝置配備齊全,所以被盜的往往是線電壓為380V的低壓架空線路。

根據(jù)以上特點,制定了一套通過斷電后的測量裝置的測量結(jié)果來判斷線路被盜后線路所發(fā)生的故障類型的方法,本文將其稱為"斷電檢測法"。在檢測裝置檢測出故障類型后,通過硬件裝置可與電網(wǎng)運維等相關工作人員進行通信,發(fā)出故障信息、地點信息和警告信息,便于工作人員了解具體情況,最終及時制止偷盜分子的盜竊行為。

2.2方法原理

如圖1所示,在配網(wǎng)線路的負荷側(cè)安裝呈三相星型連接的3個電壓測量裝置,將電壓測量裝置用電壓表來代替,同時前文已提到舊城改造過程中配網(wǎng)末端處于空載狀態(tài)。圖中MCU表示微控制單元。

圖l配網(wǎng)側(cè)線路示意圖

線路盜竊者造成的故障為從配電變壓器二次側(cè)出線到用戶電表箱之間線路的斷線故障,通常將這一段線路稱為表前線。當盜竊分子造成不同類型的線路故障時,電壓表的測量數(shù)值會發(fā)生相應變化,假設21、22、23為電壓表V1、V2、V3的測量電壓值,下面根據(jù)圖1來討論以下幾種故障情況:

(1)正常運行狀態(tài):21、22、23均為220V。

(2)當發(fā)生單相斷路故障時,例如當+相表前線斷線時,電壓表21為0V,其余兩表均為220V,A相和C相斷線則同理。

(3)當發(fā)生兩相斷路故障時,例如當+、A兩相表前線斷線時,21、23為0V,22為220V。

(4)當發(fā)生三相斷路故障時,無論開關K1是否閉合,21、22、23的值均為0V。開關K1用來與中性線斷線情況相區(qū)分,詳見下文。

2.3方法改進

在實際情況中,經(jīng)常出現(xiàn)偷盜分子盜取中性線的現(xiàn)象,所以對上述方法進行進一步的討論和改進,考慮中性線斷線情況。

(1)只有中性線斷線:此時只通過3個電壓表的測量結(jié)果無法與其他斷線故障做出區(qū)分,需要借助MCU編程控制或硬件設計等輔助手段將其中一個電壓表人為斷開,假設將電壓表V1斷開,則此時22＋23=380V。根據(jù)此特征可以將中性線斷線與其他故障區(qū)分開來。

(2)中性線斷線＋單相斷線:此時無論哪一相線路發(fā)生單相斷線,都有21＋22＋23=380V。

(3)中性線斷線＋兩相斷線:假設斷線相為+、A,該故障情況同樣需要借助MCU的程序控制,當21、22、23的值均為0V的結(jié)果傳給MCU時,MCU控制開關K1由斷開轉(zhuǎn)為閉合,此時22由0V轉(zhuǎn)變?yōu)?20V。注意:只有滿足21=22=23=0V時,才可讓K1閉合。

結(jié)果總結(jié)如表1所示。

3硬件設計

根據(jù)前文所述的斷電檢測法可對MCU進行編程,最終以MCU為核心、與其他關鍵硬件電路所組成的硬件邏輯簡圖如圖2所示。圖2是圖1的后續(xù)部分,其左側(cè)的配電線路表前線即代表了圖1所示的內(nèi)容。前文已提及V1、V2、V3為電壓測量裝置,在實際應用中使用電壓互感器進行電壓測量,以便將220V的電壓信號轉(zhuǎn)換成MCU可讀取的小于5V的電壓信號。MCU對整流后的電壓信號進行故障檢測,接收到故障信號后發(fā)送信號給NA一Iot模塊,最后由NA一Iot將告警短信發(fā)送至手機。

基于防盜竊目的,本硬件裝置的使用場景需要其24h不間斷工作,所以供電電源應由電表箱中的220V交流電經(jīng)變壓器后再進行整流濾波供電。另一方面,由于在偷盜行為發(fā)生時會發(fā)生斷電,所以裝置需要在斷電期間由其他供電方式獲取能量完成告警信息的發(fā)送。

斷電期間的供電可采用以下兩種方案:

圖2硬件邏輯簡圖

(1)采用外部鋰電池供電:

(2)在電路的電源位置并聯(lián)一個大電容。

裝置外殼采用導軌式塑料外殼,現(xiàn)場安裝位置為電表箱內(nèi)的導軌上。與此同時,為精確定位故障位置,應在室外的配電線路上每隔一段距離安裝一臺斷電檢測裝置。安裝方式如下:首先對線路外絕緣剝皮,然后將裝置的電壓互感器測量端子通過線夾夾在線路上,最后做好絕緣防護工作。另一方面,由于220V的配電線路不可避免地會對裝置產(chǎn)生電磁干擾,所以裝置應充分考慮抗電磁干擾性能。

提高裝置的抗電磁干擾性能,有以下幾種方式:

(1)選用頻率較低的VMC:

(2)在電源處設計減小電源噪聲的電路:

(3)合理分布元件,盡量避免電路信號線間的交叉干擾。

由于裝置安裝地點為室外,應進一步考慮裝置的防水與散熱性能,在設計電路時通過對器件進行合理排布增強散熱性能,選擇外殼時,應選擇有散熱孔的散熱性能良好的外殼。防水方面,應在塑料外殼的最外層加上一層金屬外殼。

考慮到金屬外殼對天線信號具有屏蔽作用,3N-BIt模塊所連接的天線應放置在金屬外殼外部。通過對金屬外殼進行打孔并在孔位處安裝防水接頭充分提升防水性能。

4結(jié)語

據(jù)統(tǒng)計,2021年深圳僅一條街道內(nèi)丟失的低壓架空線路就長達千米,整個深圳因盜竊架空線路而造成的經(jīng)濟損失可達數(shù)十萬元。

為制止低壓架空線路的偷盜現(xiàn)象,本文提出了斷電檢測法,該方法具有簡單、可靠、高效的優(yōu)點,且所搭配的硬件成本低、壽命長、抵抗自然環(huán)境能力強,完全適用于防盜的應用場景。裝置可在識別出線路故障后將故障發(fā)生地點和故障類型第一時間以告警短信的方式發(fā)送給相關工作人員,便于及時發(fā)現(xiàn)并追回被盜的線路,將犯罪分子繩之以法,以防類似事件的發(fā)生,對減小電網(wǎng)經(jīng)濟損失和提升社會治安水平具有重要意義。