CN117872221A - 一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，包括以下步骤：通过激励电压模块向非在运电缆的近端的A相端头和B相端头输出预设大小的直流电压；通过电流检测模块获取非在运电缆的近端的C相端头处反馈的电流信号，并基于电流信号获取具体电流值；通过服务器对电流检测模块(4)的电流值进行分析，以此实现防盗监测与预警的过程。与现有技术相比，本发明具有防盗监测与预警、多种供电方式、检测回路构建、分析电流值和准确计算电缆等效电阻等有益效果。

Description

一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法
技术领域
本发明涉及电缆防盗监测技术，尤其是涉及一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法。
背景技术
电缆作为电力传输的重要设备，其安全运行对于电力系统的稳定性和可靠性具有重要意义。然而，非在运电缆由于长期处于停运状态且无人看管，极易被不法分子偷盗，给电力企业和用户带来直接和间接的经济损失。因此，如何有效地监测和预警非在运电缆的盗窃行为成为了一个亟待解决的问题。
目前，市面上存在基于电力线载波通讯技术和振动传感器的电缆防盗割装置。然而，这些装置存在一些问题。基于电力线载波通讯技术的防盗装置由发射主机和反射器组成，部件较多，成本高且安装复杂，且末端反射器容易被破坏导致装置无法正常工作。基于振动信号的监测范围有限，适用于变压器等固定安装点的防盗监测，不适合长距离铺设的电缆防盗监测，存在误报、漏报率高等缺点。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，具有防盗监测与预警、多种供电方式、检测回路构建、分析电流值和准确计算电缆等效电阻、成本低、易实施等有益效果。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，包括以下步骤：
S1：通过激励电压模块向非在运电缆的近端的A相端头和B相端头输出预设大小的直流电压；
S2：通过电流检测模块获取非在运电缆的近端的C相端头处反馈的电流信号，并基于电流信号获取具体电流值；
S3：通过服务器对电流检测模块的电流值与预设标准值进行对比，以此实现防盗监测与预警的过程。
进一步地，S1中，还包括将三相连接线设于非在运电缆的另一端，所述三相连接线的3个连接端分别与所述非在运电缆远端的A相端头、B相端头和C相端头连接，以此实现A相导体、B相导体并联，之后与C相导体串联。
进一步地，S1中，所述激励电压模块通过蓄电池或光伏组件供电。
进一步地，S2中，所述电流检测模块通过蓄电池或光伏组件供电。
进一步地，通过电源管理模块调控由蓄电池或光伏组件供电。
进一步地，S1和S2中构建的检测检测回路中的终端电阻R为10～50Ω，所述三相连接线在检测回路中的接线电阻R0为5～20Ω。
进一步地，S3中，对电流检测模块的电流值与预设标准值进行对比，以此实现防盗监测与预警的过程为：
根据回路电流低于基准电流的95％，即认其中一相被盗割；
若回路电流大于基准电流的110％，则认为电缆被人为三相短路，存在被盗风险。
进一步地，S1和S2中构建的检测检测回路中，回路电流计算公式为：
其中：IR为回路检测电流，U为激励电压，L为电缆等效距离，R总为回路等效电阻，RA＝RB＝RC为电缆每相每公里电阻值，R为装置终端电阻，R0为接线电阻，ABC三相相同。
进一步地，电缆最前端短路时，则电缆等效电阻为0。
进一步地，若电缆在1/2处被短路，则无末端接线电阻R0，电缆等效电阻为：
若电缆在2/3处被短路，则无末端接线电阻R0，电缆等效电阻为：
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
防盗监测与预警：通过激励电压模块向非在运电缆的端头输出预设大小的直流电压，并通过电流检测模块获取电流信号进行分析，从而实现对电缆的防盗监测与预警。
多种供电方式：激励电压模块和电流检测模块可以通过蓄电池或光伏组件供电，提供了多种供电方式的选择，增加了系统的灵活性和可靠性。
检测回路构建：通过将三相连接线连接到非在运电缆的远端，实现了A相导体、B相端头与C相导体的串联，构建了完整的检测回路，提高了监测的准确性和可靠性。
分析电流值：通过服务器对电流检测模块获取的电流值与预设标准值进行对比，可以判断电缆是否被盗割或被人为三相短路，进一步提高了监测的准确性。
电缆等效电阻计算：根据电缆短路位置的不同，提供了不同的电缆等效电阻计算公式，可以根据实际情况准确计算电缆等效电阻，进一步提高了监测的准确性。
附图说明
图1为本发明中非在运电缆防盗在线监测与预警系统的结构示意图；
图2为本发明中检测主机的结构示意图；
图3为本发明中三相连接线的设置结构示意图；
图4为本发明中检测原理示意图。
图中：1、壳体，2、电源管理模块，3、激励电压模块，4、电流检测模块，5、非在运电缆，6、三相连接线，7、服务器，8、蓄电池，9、用户端，10、太阳能板，11、通讯模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法、算法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
实施例1
非在运电缆防盗在线监测与预警方法，包括以下步骤：
S1：通过激励电压模块3向非在运电缆5的近端的A相端头和B相端头输出预设大小的直流电压；
还包括将三相连接线6设于非在运电缆5的另一端，所述三相连接线6的3个连接端分别与所述非在运电缆5远端的A相端头、B相端头和C相端头连接，以此实现A相导体、B相导体并联，之后与C相导体串联。
所述激励电压模块3通过蓄电池8或光伏组件供电。
S2：通过电流检测模块4获取非在运电缆5的近端的C相端头处反馈的电流信号，并基于电流信号获取具体电流值；
所述电流检测模块4通过蓄电池8或光伏组件供电。
通过电源管理模块2调控由蓄电池8或光伏组件供电。
S1和S2中构建的检测检测回路中的终端电阻R为10～50Ω，所述三相连接线6在检测回路中的接线电阻R0为5～20Ω。
S3：通过服务器7对电流检测模块4的电流值与预设标准值进行对比，以此实现防盗监测与预警的过程。
对电流检测模块4的电流值与预设标准值进行对比，以此实现防盗监测与预警的过程为：
根据回路电流低于基准电流的95％，即认其中一相被盗割；
若回路电流大于基准电流的110％，则认为电缆被人为三相短路，存在被盗风险。
S1和S2中构建的检测检测回路中，回路电流计算公式为：
其中：IR为回路检测电流，U为激励电压，L为电缆等效距离，R总为回路等效电阻，RA＝RB＝RC为电缆每相每公里电阻值，R为装置终端电阻，R0为接线电阻，ABC三相相同。
在原理上：
电力电缆的电气参数主要包含一次参数和二次参数，其中电阻、电容、电感构成了主要的构成参数。非在运电缆的建模省去了运行电压电流和接地系统，可采用低压检测电路直接应用在整条电缆上并进行测试。本发明的回路电流的监测原理为：对非在运电缆一侧电缆端部ABC三相或单相线芯进行串并接，在另一侧的线芯和护套安装监测模块，监测模块可定时发送直流激励电压并同步检测回路电流信号的方式，来检测被监测电缆的状态，器等效电路如图4所示。
电缆回路电流计算公式为：
其中：IR为回路检测电流，U为激励电压，L为电缆等效距离，R总为回路等效电阻，RA＝RB＝RC为电缆每相每公里电阻值，R为装置终端电阻，R0为接线电阻，ABC三相相同。
根据上述计算方式，可计算出电缆回路电流。
监测模块由直流激励电源和采样电阻构成，单次测量周期内，由激励电压源发出稳态直流电压信号，根据欧姆定律在回路上产生对应的电流信号，两者呈线性关系；每个检测记录周期，可对应地读取电流值，该组电流值与预设的激励电压值呈线性正比例关系、与被测电缆及装置前置电阻、终端电阻成反比例关系。
在装置安装时期，根据电缆规格和长度，首先可根据计算公式计算出回路电流理论值，同时可测得被测电缆回路电流的初始实测值，通常由于长度和阻值误差回路电路的理论值和实测值存在一定偏差，因此，装置安装后的回路电流预警值应参考初始实测值进行偏差计算。
预警监测装置采用光伏太阳能供电直流18V，同时备有铅酸蓄电池作为后备电源，并保留交流220V供电接口，电源切换依靠内置电源管理模块自动进行电源选择及切换。
装置内置激励电压模块通过R终端电阻输出10V直流电压至待测电缆，电流检测模块通过采样回路电流判断是否超过阈值，若超过阈值，通过群发短信/微信向管理人员推送报警信息，装置报警灯闪烁。
对非在运电缆进行在线监测时，首先对A、B两相电缆两端导体线芯用铜线/铝线进行并联，然后与C相导体线芯进行串联，使电缆形成一个电流回路，再在其中一侧的A相导体和C相导体接入预警监测装置。检测时首先通过微信小程序参数配置界面，输入电缆参数和长度，然后启动装置输出10V直流激励电压至电缆端，最后通过测量回路电流的大小来检测电缆的状态。
电缆断电检测功能
预警监测装置还具备断电检测功能。若偷盗人员先将装置拆除，再进行盗割，装置定时监测不到回路电流，立即将装置异常报警信息群发至用户。
预警监测装置基于回路电流检测原理，回路电流的大小跟回路电阻包括电缆电阻、终端电阻、接线电阻、电缆长度以及接线方式有关。
为便于现场安装与接线，本方案采用三芯电缆二并一串接线方式，在电缆另一端ABC三相分别串接阻值相等的接线电阻，如图3所示。
本发明中非在运电缆防盗在线监测与预警系统，包括检测主机、三相连接线6、光伏组件、服务器7，其中具体地参见图1和图2。
检测主机包括壳体1和设于所述壳体1中的电源管理模块2、与所述电源管理模块2连接的激励电压模块3、与激励电压模块3的输出端连接的电流检测模块4，所述激励电压模块3与非在运电缆5近端的A相端头和B相端头连接，所述电流检测模块4与非在运电缆5近端的C相连接，所述激励电压模块3输出预设大小的直流电压至待测电缆，电流检测模块5获取回路电流的数值。电源管理模块2选用主流的电源管理芯片。
三相连接线6设于非在运电缆5的另一端，所述三相连接线6的3个连接端分别与所述非在运电缆5远端的A相端头、B相端头和C相端头连接，以此实现A相导体、B相导体并联，之后与C相导体串联；
光伏组件与所述电源管理模块2连接，用于所述检测主机的供电；
服务器7与所述检测主机通信连接，用于对电流检测模块4的电流值与预设标准值进行对比，以此实现防盗监测与预警。
检测主机中还包括蓄电池8，所述蓄电池8与所述电源管理模块2连接。
电源管理模块2还与220V市电连接，当蓄电池8和光伏组件均无法输出预设的工作电压时，电源管理模块2切换至市电供电。
非在运电缆防盗在线监测与预警系统还包括用户端9，所述用户端9与所述服务器7通信连接，用于调整服务器7中的计算参数，并获取监测与预警状态信息。
光伏组件包括太阳能板10。
激励电压模块3用于输出1～50V的直流激励电压。电流检测模块4包括电流传感器。非在运电缆防盗在线监测与预警系统还包括通讯模块11，所述通讯模块11分别与激励电压模块3和电流检测模块4连接，所述通讯模块11与所述服务器7通信连接。
检测主机的检测回路中的终端电阻R为10～50Ω，所述三相连接线6在检测回路中的接线电阻R0为5～20Ω。
具体实施时：
以阳泵8128-22跨越电缆为例，电缆型号为YJV-3*400mm2，电缆长度0.7856km，阻值为0.0621Ω/km，激励电压12V，终端电阻R为30Ω，接线电阻R0为10Ω，正常情况下回路电流计算公式为：
其中：IR为回路检测电流，U为激励电压，L为电缆等效距离，R总为回路等效电阻，RA＝RB＝RC为电缆每相每公里电阻值，R为装置终端电阻，R0为接线电阻，ABC三相相同。
根据计算公式，正常情况下电缆回路理论基准电流为：
1若AB相并联情况下，电缆三相中的任意一相被盗割，则：
R总＝2×(L×RC+R0)＝20.09Ω
IR ′＝90％IR
考虑干扰引起的数值波动，某一时刻回路电流低于基准电流的95％，即认为AB并联的其中一相电缆被盗割。
2若电缆中间被短路
①电缆最前端短路
若电缆在最前端被短路，则电缆等效电阻为0，回路电流为:
②电缆1/2处短路
若电缆在1/2处被短路，则无末端接线电阻R0，电缆等效电阻为：
③电缆2/3处短路
若电缆在2/3处被短路，则无末端接线电阻R0，电缆等效电阻为：
从计算结果可以看出，无论电缆在哪个位置被人为三相短路，电流变化都非常大，这是由于电缆中间短路后切断了末端接线电阻R0，线路等效电阻会大大降低，引起回路电流激增。
考虑干扰引起的数值波动，若某一时刻回路电流大于基准电流的110％，即321.96mA，则认为电缆可能被人为三相短路，存在被盗风险。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过激励电压模块(3)向非在运电缆(5)的近端的A相端头和B相端头输出预设大小的直流电压；
S2：通过电流检测模块(4)获取非在运电缆(5)的近端的C相端头处反馈的电流信号，并基于电流信号获取具体电流值；
S3：通过服务器(7)对电流检测模块(4)的电流值与预设标准值进行对比，以此实现防盗监测与预警的过程。
2.根据权利要求1所述的一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，其特征在于，S1中，还包括将三相连接线(6)设于非在运电缆(5)的另一端，所述三相连接线(6)的3个连接端分别与所述非在运电缆(5)远端的A相端头、B相端头和C相端头连接，以此实现A相导体、B相导体并联，之后与C相导体串联。
3.根据权利要求1所述的一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，其特征在于，S1中，所述激励电压模块(3)通过蓄电池(8)或光伏组件供电。
4.根据权利要求1所述的一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，其特征在于，S2中，所述电流检测模块(4)通过蓄电池(8)或光伏组件供电。
5.根据权利要求3或4所述的一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，其特征在于，通过电源管理模块(2)调控由蓄电池(8)或光伏组件供电。
6.根据权利要求2所述的一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，其特征在于，S1和S2中构建的检测检测回路中的终端电阻R为10～50Ω，所述三相连接线(6)在检测回路中的接线电阻R0为5～20Ω。
7.根据权利要求1所述的一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，其特征在于，S3中，对电流检测模块(4)的电流值与预设标准值进行对比，以此实现防盗监测与预警的过程为：
根据回路电流低于基准电流的95％，即认其中一相被盗割；
若回路电流大于基准电流的110％，则认为电缆被人为三相短路，存在被盗风险。
8.根据权利要求7所述的一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，其特征在于，S1和S2中构建的检测检测回路中，回路电流计算公式为：
其中：IR为回路检测电流，U为激励电压，L为电缆等效距离，R总为回路等效电阻，RA＝RB＝RC为电缆每相每公里电阻值，R为装置终端电阻，R0为接线电阻，ABC三相相同。
9.根据权利要求8所述的一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，其特征在于，电缆最前端短路时，则电缆等效电阻为0。
10.根据权利要求8所述的一种非在运电缆防盗在线监测与预警方法，其特征在于，若电缆在1/2处被短路，则无末端接线电阻R0，电缆等效电阻为：
若电缆在2/3处被短路，则无末端接线电阻R0，电缆等效电阻为：
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