CN209343484U - 基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统，包括首端监测装置和末端监测装置，首端监测装置与电力电缆的供电首端的火线和零线连接，末端监测装置与所述电力电缆的用电末端的火线和零线连接，首端监测装置包括电源电路、首端微控制器、交流接触器、直流电压转换电路、恒流直流输出电路、有无电切换及无电监测电路、有无电检测电路、首端无线通信电路，末端监测装置包括变压器、过零检测电路、末端微控制器、末端无线通信电路。本实用新型实现了对电力电缆有电状态和无电状态分别监测的功能，并能实现两种监测模式的自动转换，具有全面、及时、精准、高效监测的优点。

Description

基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种电力电缆防盗监测系统，尤其涉及一种基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统。

背景技术

电力电缆是用于传输和分配电能的电缆，电力电缆常用于城市地下电网、发电站引出线路、工矿企业内部供电及过江海水下输电线。电力电缆由于其内含铜芯线，具有较高回收价格，所以被盗事件常有发生。电力电缆被盗不但让国家或企业损失巨大，而且给很多重要领域带来极大的安全隐患。因此，解决电力电缆防盗报警的时效性和准确性就迫在眉睫。

目前采用的电力电缆防盗技术主要有以下几种：电力载波法，漏电流检测法，电缆末端加装通讯检测设备，以及人工巡检实现等解决方案。其中，电力载波法因为电力载波的本身特性，容易受到线路本身的干扰导致电力载波通信误报率高，通讯距离有限的问题；漏电流检测法则是在需要检测的电路上增加零序电流互感器来检测漏电，结合实际的线缆被盗基本都是同一管线的线缆全部被偷的情况，针对这个情况，漏电流检测无法起到报警的作用；电缆末端加装通讯检测设备，此种方式一般为GPRS通讯方式，存在接入点信号强度和运营商网络覆盖以及后期SIM卡充值管理等运维问题，无形中增加了系统的成本。人工巡检是最原始的办法，也是最不能起到效果的办法，投入的人力，物力最后收效甚微，接近淘汰。综上，传统电力电缆防盗监测技术存在各自问题，难以实现有电、无电状态均能精确监测并自动转换监测模式的功能。

比如，专利号为“ZL 201610686407.3”的实用新型专利公开了一种电缆防盗装置，包括检测主机和末端节点，检测主机包括控制单元、电流脉冲发送单元、电流环信号解析单元；控制单元控制电流脉冲发送单元向末端节点发送电流脉冲信号；末端节点对电流脉冲信号进行解析并根据解析结果向检测主机的电流环信号解析单元发送应答电流脉冲信号；检测主机的电流环信号解析单元对应答电流脉冲信号进行解析并将解析结果传输至控制单元；控制单元根据解析结果计算末端节点地址信息并根据地址信息判断末端节点是否丢失并在末端节点丢失时将丢失信息上传至路灯管理器。该专利仅仅公开了整体电路框架结构，而且是以电流脉冲信号的检测作为判断依据，其模式单一。

再比如，专利号为“ZL 201721913274.5”的实用新型公开了一种电缆防盗装置，包括均与智能始端线路连接的智能末端和监控终端，智能始端为安装于监测电缆始端的电缆芯连接装置和信号发射接收器，智能末端为安装于监测电缆末端的电缆芯短接装置，信号发射接收器通过电缆芯连接装置、电缆芯短接装置在监测电缆内形成监测回路；监控终端包括控制器和警示装置，控制器根据接收的智能始端所传输信息控制警示装置工作。该专利采用GPRS无线方式配合特定的结构来实现电缆防盗，因为移动，联调，电信三大运营商为了更好的开展4G业务，早期的2G_GPRS频率资源在逐步减少，且2G的GPRS信号受安装位置、基站覆盖范围和SIM卡充值管理等诸多因素的影响导致后期的可维护性低，运维难的问题。

又比如，专利号为“ZL 201510608927.8”的实用新型专利，公开了一种电缆防盗系统及电缆防盗方法，电缆防盗系统包括：防盗控制单元和防盗终端单元，防盗控制单元包括：主控制模块；主通信模块，与主控制模块相连；交流电检测模块，分别与主控制模块和电缆相连，检测电缆中是否有交流电；阻抗测试模块，分别与主控制模块和电缆相连，采集电缆上的阻抗信息；防盗终端单元包括：终端控制模块；终端通信模块，与终端控制模块相连，且终端通信模块与主通信模块之间通过电力载波通讯；电压检测控制模块，分别与终端控制模块和电缆的火线、零线相连，利用电压检测控制模块调节电缆上的阻抗和电压。该专利主要采用阻抗判断法加电力载波方式，其电力载波的通讯同样存在容易受线路干扰导致通讯丢包率高导致的误报问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统，包括首端监测装置和末端监测装置，所述首端监测装置与电力电缆的供电首端的火线和零线连接，所述末端监测装置与所述电力电缆的用电末端的火线和零线连接；所述首端监测装置包括用于将交流电源转换为直流电源且包括后备电池的电源电路、用于作为信号检测和执行控制的首端微控制器、用于在所述首端微控制器控制下实现所述电力电缆通断控制的交流接触器、用于将所述电源电路的后备电池的电压转换为不同电压的直流电压转换电路、用于输出恒流直流电源的恒流直流输出电路、用于进行有无电状态切换和无电状态时监测电缆被盗的有无电切换及无电监测电路、用于检测位于所述交流接触器的常开触点后方的所述电力电缆是否有电的有无电检测电路、用于实现远程无线通信的首端无线通信电路，所述电源电路的交流输入端与所述电力电缆的供电首端的火线和零线连接，所述电源电路的多个直流电源输出端分别与所述首端微控制器的电源输入端、所述直流电压转换电路的电源输入端、所述有无电切换及无电监测电路的电源输入端和所述有无电检测电路的电源输入端连接，所述直流电压转换电路的电源输出端与所述恒流直流输出电路的电源输入端连接，所述恒流直流输出电路的恒流电源输出端与所述有无电切换及无电监测电路的恒流电源输入端连接，所述有无电检测电路的检测端分别与位于所述交流接触器的常开触点后方的所述电力电缆的火线和零线连接，所述有无电检测电路的检测电压输出端与所述有无电切换及无电监测电路的检测电源输入端连接，所述有无电检测电路的检测信号输出端和所述有无电切换及无电监测电路的检测信号输出端分别与所述首端微控制器的有无电检测信号输入端连接，所述首端微控制器的通断控制输出端与所述交流接触器的控制输入端连接，所述交流接触器的多个常开触点分别串联连接于所述电力电缆的供电首端的火线上，所述首端微控制器的远程无线通信端与所述首端无线通信电路的本地通信端连接；所述末端监测装置包括用于对交流电源进行变压的变压器、用于产生过零检测信号的过零检测电路、用于作为信号检测和执行控制的末端微控制器、用于实现远程无线通信的末端无线通信电路，所述变压器的初级线圈的两端分别与所述电力电缆的用电末端的火线和零线连接，所述变压器的次级线圈的两端分别与所述过零检测电路的电源输入端连接，所述过零检测电路的检测信号输出端与所述末端微控制器的过零检测信号输入端连接，所述末端微控制器的远程无线通信端与所述末端无线通信电路的本地通信端连接；所述电力电缆防盗监测系统还包括云平台服务器，所述首端无线通信电路和所述末端无线通信电路分别与所述云平台服务器无线通信连接。

上述结构中，首端监测装置和末端监测装置分别与电力电缆的供电首端和用电末端的火线和零线连接，具有实现电力电缆有电状态和无电状态分别监测的功能，云平台服务器分别与首端监测装置和末端监测装置无线通信连接实现两个监测装置相互协调配合和自动转换的功能，从而实现对电力电缆的任何状态均能进行精准的防盗监测的目的；上述交流接触器的三个触点对应一组三相四线制电力电缆的三根火线，如果有多组三相四线制电力电缆，则可以为多个交流接触器；具体地，交流接触器的正极与首端微控制器的通断控制输出端连接，交流接触器的负极与电源电路的直流输出端的负极连接（也是首端微控制器的电源输入端负极），这样就实现了对交流接触器的控制。

作为优选，所述过零检测电路包括整流桥堆、第一电阻、第二电阻、光耦合器和第一二极管，所述整流桥堆的交流电源输入端分别所述变压器的次级线圈的两端连接，所述整流桥堆的直流电源输出端的正极分别与所述第一电阻的第一端和所述第一二极管的正极连接，所述第一电阻的第二端与所述第一光耦合器的正极输入端连接，所述第一二极管的负极与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第一光耦合器的正极输出端和所述末端微控制器的过零检测信号输入端连接，所述整流桥堆的直流电源输出端的负极、所述第一光耦合器的负极输入端、所述第一光耦合器的负极输出端和所述末端微控制器的负极电源输入端相互连接。

进一步，为了便于末端监测装置在有无交流电时均能正常使用，所述末端监测装置还包括末端充电电池和常规的末端电池管理电路，用于对所述末端充电电池进行充电管理并在没有交流电源时自动启用所述末端充电电池的所述末端电池管理电路分别与所述末端充电电池和所述末端微控制器对应连接。

进一步，为了对其它末端电子设备供电，所述末端监测装置还包括第一电容、第二电容和三端稳压器，所述三端稳压器的正极输入端分别与所述第一二极管的负极和所述第一电容的正极连接，所述三端稳压器的正极输出端与所述第二电容的正极连接并作为所述末端监测装置的直流电源输出端的正极，所述第一电容的负极、所述第二电容的负极、所述三端稳压器的负极和所述整流桥堆的直流电源输出端的负极相互连接。

根据实际需要，三个所述末端监测装置为一组且分别与所述电力电缆的用电末端的多条火线一一对应连接，所述末端监测装置为一组或多组。三个末端监测装置与一组三相四线制的电力电缆的三条火线对应，零线共用；如果有多组电力电缆，则有多组末端监测装置对应。

作为优选，为了为无电监测模式提供多个稳定的恒流直流电源，所述恒流直流输出电路包括第一三端可调稳压器、第二三端可调稳压器、第三三端可调稳压器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电容、第四电容、第五电容、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一三端可调稳压器的正极输入端、所述第二三端可调稳压器的正极输入端和所述第三三端可调稳压器的正极输入端相互连接并作为所述恒流直流输出电路的电源输入端的正极，所述第一三端可调稳压器的正极输出端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端、所述第一三端可调稳压器的负极、所述第三电容的正极、所述第四电阻的第一端和所述第二二极管的正极相互连接，所述第二三端可调稳压器的正极输出端与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端、所述第二三端可调稳压器的负极、所述第四电容的正极、所述第六电阻的第一端和所述第三二极管的正极相互连接，所述第三三端可调稳压器的正极输出端与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端、所述第三三端可调稳压器的负极、所述第五电容的正极、所述第八电阻的第一端和所述第四二极管的正极相互连接，所述第三电容的负极、所述第四电阻的第二端、所述第四电容的负极、所述第六电阻的第二端、所述第五电容的负极和所述第八电阻的第二端相互连接并作为所述恒流直流输出电路的输入端负极和输出端负极；所述第二二极管的负极、所述第三二极管的负极和所述第四二极管的负极分别作为所述恒流直流输出电路的三个恒流直流输出端正极。恒流直流输出电路的三个恒流直流输出端分别对应一组三相四线制电力电缆的三根火线，如果有多组三相四线制电力电缆，则可以有多个上述恒流直流输出电路，或者，上述恒流直流输出电路还具有更多个恒流直流输出端。

作为优选，为了准确检测位于交流接触器的常开触点后方的电力电缆的火线是否有电，从而为采用有电监测模式还是无电监测模式提供准确依据，所述有无电检测电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第六电容、第七电容、无极电容、第二光耦合器、第五二极管、第六二极管和桥式整流器，所述第九电阻的第一端与所述电源电路的直流电源输出端的正极连接并作为所述有无电检测电路的第一个直流电源正极，所述第九电阻的第二端、所述首端微控制器的有无电检测信号输入端、所述第十电阻的第一端和所述第二光耦合器的正极输出端相互连接，所述第二光耦合器的负极输出端和所述第十电阻的第二端连接并作为所述有无电检测电路的第一个直流电源负极，所述第二光耦合器的正极输入端与第十一电阻的第一端连接，所述第十一电阻的第二端、所述第六电容的正极、所述第五二极管的负极和所述第十二电阻的第一端相互连接，所述第十二电阻的第二端、所述第六二极管的负极和所述第十三电阻的第一端相互连接，所述第十三电阻的第二端、所述第七电容的正极和所述桥式整流器的输出端正极相互连接并作为所述有无电检测电路的第二个直流电源正极，所述第六电容的负极、所述第五二极管的正极、所述第六二极管的正极、所述第七电容的负极和所述桥式整流器的输出端负极相互连接并作为所述有无电检测电路的第二个直流电源负极，所述桥式整流器的一个交流输入端分别与所述第十四电阻的第一端和所述无极电容的第一端连接，所述第十四电阻的第二端与所述第十五电阻的第一端连接，所述第十五电阻的第二端和所述无极电容的第二端分别与位于所述交流接触器的常开触点后方的所述电力电缆的其中一条火线连接，所述桥式整流器的另一个交流输入端与所述电力电缆的供电首端的零线连接；所述第十一电阻的第二端作为所述有无电检测电路的检测电压输出端的正极。上述有无电检测电路可以为一个或多个，一般而言，对于一组三相四线制的电力电缆，有一个有无电检测电路即可，因为很少出现三根火线不同步的情形，当然，为了更加精确，也可以采用三个有无电检测电路分别对一组三相四线制的电力电缆的三根火线分别进行检测。如果有多组三相四线制电力电缆，则可以有多个上述有无电检测电路。

作为优选，所述有无电切换及无电监测电路包括第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第九电容、第一继电器、第二继电器、第七二极管和第八二极管，所述第二继电器的正极与所述有无电检测电路的检测电压输出端的正极连接，所述第二继电器的负极与所述有无电检测电路的第二个直流电源负极连接，所述第二继电器的常闭触点的第一端与位于所述交流接触器的常开触点后方的所述电力电缆的其中一条火线连接，所述第二继电器的常闭触点的第二端与所述第八二极管的负极连接，所述第八二极管的正极、所述第一继电器的负极和所述第十八电阻的第一端相互连接，所述第一继电器的正极、所述第十八电阻的第二端和所述第七二极管的负极相互连接，所述第七二极管的正极与所述恒流直流输出电路的其中一个恒流直流输出端正极连接，所述恒流直流输出电路的输入端负极和输出端负极均与所述电力电缆的供电首端的的零线连接，所述第一继电器的常开触点的第一端与所述电源电路的直流电源输出端的正极连接，所述第一继电器的常开触点的第二端与所述第十六电阻的第一端连接，所述第十六电阻的第二端、所述第九电容的正极、所述第十七电阻的第一端和所述首端微控制器的有无电检测信号输入端相互连接，所述第九电容的负极和所述第十七电阻的第二端分别与所述有无电检测电路的第一个直流电源负极连接。上述有无电切换及无电监测电路是针对一个回路的电路结构，一组三相四线制的电力电缆对应有三个有无电切换及无电监测电路，每一个的电路结构与上相同，其直流回路也是三个独立的回路；如果有多组三相四线制电力电缆，则可以有更多个上述有无电切换及无电监测电路；同时，有无电切换及无电监测电路和有无电检测电路均能实现对应火线是否有电的检测，为首端微控制器提供更加可靠的判断依据，从而实现更加精确的有无电检测。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过首端监测装置、末端监测装置和云平台服务器实现对电力电缆有电状态和无电状态分别监测的功能，并能实现两种监测模式的自动转换，从而实现对电力电缆的任何状态均能进行精准防盗监测的目的，而且不依赖载波通信和GPRS通信，克服了通信质量不稳定、效率低的问题，具有全面、及时、精准、高效监测的优点。

附图说明

图1是本实用新型所述基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统的电路原理总图；

图2是本实用新型所述基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统的恒流直流输出电路的电路原理图；

图3是本实用新型所述基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统的有无电检测电路的电路原理图；

图4是本实用新型所述基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统的有无电切换及无电监测电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本实用新型所述基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统包括首端监测装置、末端监测装置和云平台服务器，根据需要，末端监测装置可以为一个或多个，图1中示出了一个具体的末端监测装置和两个示意的末端监测装置，三个结构相同；所述首端监测装置包括用于将交流电源转换为直流电源且包括后备电池的电源电路、用于作为信号检测和执行控制的首端微控制器即首端MCU、用于在所述首端微控制器控制下实现所述电力电缆通断控制的交流接触器K1、用于将所述电源电路的后备电池的电压转换为不同电压的直流电压转换电路、用于输出恒流直流电源的恒流直流输出电路、用于进行有无电状态切换和无电状态时监测电缆被盗的有无电切换及无电监测电路、用于检测位于所述交流接触器K1的常开触点K1-1后方的所述电力电缆是否有电的有无电检测电路、用于实现远程无线通信的首端无线通信电路，所述电源电路的交流输入端与所述电力电缆的供电首端的其中一根火线L1和零线N连接，本实用新型的电力电缆为三相四线制电力电缆，包括三根火线L1、L2、L3和一根零线N，本实用新型中所述电源电路的交流输入端与所述电力电缆的供电首端的其中一根火线L1和零线N连接，所述电源电路的多个直流电源输出端分别与所述首端微控制器的电源输入端、所述直流电压转换电路的电源输入端、所述有无电切换及无电监测电路的电源输入端和所述有无电检测电路的电源输入端连接，所述直流电压转换电路的电源输出端与所述恒流直流输出电路的电源输入端连接，所述恒流直流输出电路的恒流电源输出端与所述有无电切换及无电监测电路的恒流电源输入端连接，所述有无电检测电路的检测端分别与位于所述交流接触器K1的常开触点K1-1后方的所述电力电缆的其中一根火线L1和零线N连接，所述有无电检测电路的检测电压输出端与所述有无电切换及无电监测电路的检测电源输入端连接，所述有无电检测电路的检测信号输出端和所述有无电切换及无电监测电路的检测信号输出端分别与所述首端微控制器的有无电检测信号输入端连接，所述首端微控制器的通断控制输出端与交流接触器K1的控制输入端连接，交流接触器K1的三个常开触点K1-1分别串联连接于所述电力电缆的供电首端的火线L1、L2、L3上，所述首端微控制器的远程无线通信端与所述首端无线通信电路的本地通信端连接；所述末端监测装置包括用于对交流电源进行变压的变压器T1、用于产生过零检测信号的过零检测电路、用于作为信号检测和执行控制的末端微控制器、用于实现远程无线通信的末端无线通信电路、用于提供末端后备电源且能充电的末端充电电池BT1、用于对末端充电电池BT1进行充电管理并在没有交流电源时自动启用末端充电电池BT1的末端电池管理电路、第一电容C1、第二电容C2和三端稳压器，所述过零检测电路包括整流桥堆、第一电阻R1、第二电阻R2、第一光耦合器OP1和第一二极管D1，变压器T1的初级线圈的两端分别与所述电力电缆的用电末端的其中一根火线L1和零线N连接，变压器T1的次级线圈的两端分别与所述整流桥堆的交流电源输入端连接，所述整流桥堆的直流电源输出端的正极分别与第一电阻R1的第一端和第一二极管D1的正极连接，第一电阻R1的第二端与第一光耦合器OP1的正极输入端连接，第一二极管D1的负极与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端分别与第一光耦合器OP1的正极输出端和所述末端微控制器的过零检测信号输入端连接，所述整流桥堆的直流电源输出端的负极、第一光耦合器OP1的负极输入端、第一光耦合器OP1的负极输出端和所述末端微控制器的负极电源输入端相互连接，所述末端微控制器的远程无线通信端与所述末端无线通信电路的本地通信端连接；所述首端无线通信电路和所述末端无线通信电路分别与所述云平台服务器无线通信连接；所述末端电池管理电路分别与所述末端充电电池BT1和所述末端微控制器对应连接；所述三端稳压器的正极输入端分别与第一二极管D1的负极和第一电容C1的正极连接，所述三端稳压器的正极输出端与第二电容C2的正极连接并作为所述末端监测装置的直流电源输出端的正极UO，第一电容C1的负极、第二电容C2的负极、所述三端稳压器的负极和所述整流桥堆的直流电源输出端的负极GND相互连接。图1中示出了与一组三相四线制的电力电缆对应的三个结构相同的末端监测装置，末端监测装置1连接火线L1，末端监测装置2连接火线L2，末端监测装置3连接火线L3，其它连接方式相同；如果有多组电力电缆，则有更多个末端监测装置对应。

如图2所示，所述恒流直流输出电路包括第一三端可调稳压器U1、第二三端可调稳压器U2、第三三端可调稳压器U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，第一三端可调稳压器U1的正极输入端、第二三端可调稳压器U2的正极输入端和第三三端可调稳压器U3的正极输入端相互连接并作为所述恒流直流输出电路的电源输入端的正极Ui1，第一三端可调稳压器U1的正极输出端与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端、第一三端可调稳压器U1的负极、第三电容C3的正极、第四电阻R4的第一端和第二二极管D2的正极相互连接，第二三端可调稳压器U2的正极输出端与第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端、第二三端可调稳压器U2的负极、第四电容C4的正极、第六电阻R6的第一端和第三二极管D3的正极相互连接，第三三端可调稳压器U3的正极输出端与第七电阻R7的第一端连接，第七电阻R7的第二端、第三三端可调稳压器U3的负极、第五电容C5的正极、第八电阻R8的第一端和第四二极管D4的正极相互连接，第三电容C3的负极、第四电阻R4的第二端、第四电容C4的负极、第六电阻R6的第二端、第五电容C5的负极和第八电阻R8的第二端相互连接并作为所述恒流直流输出电路的输入端负极和输出端负极VSS1；第二二极管D2的负极、第三二极管D3的负极和第四二极管D4的负极分别作为所述恒流直流输出电路的三个恒流直流输出端正极IO1、IO2、IO3。

如图1和图3所示，所述有无电检测电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第六电容C6、第七电容C7、无极电容C8、第二光耦合器OP2、第五二极管D5、第六二极管D6和桥式整流器DB1，第九电阻R9的第一端与所述电源电路的直流电源输出端的正极连接并作为所述有无电检测电路的第一个直流电源的正极Ui2，第九电阻R9的第二端、所述首端微控制器的有无电检测信号输入端、第十电阻R10的第一端和第二光耦合器OP2的正极输出端相互连接，第二光耦合器OP2的负极输出端和第十电阻R10的第二端连接并作为所述有无电检测电路的第一个直流电源的负极VSS，第二光耦合器OP2的正极输入端与第十一电阻R11的第一端连接，第十一电阻R11的第二端、第六电容C6的正极、第五二极管D5的负极和第十二电阻R12的第一端相互连接，第十二电阻R12的第二端、第六二极管D6的负极和第十三电阻R13的第一端相互连接，第十三电阻R13的第二端、第七电容C7的正极和桥式整流器DB1的输出端正极相互连接并作为所述有无电检测电路的第二个直流电源的正极，第六电容C6的负极、第五二极管D5的正极、第六二极管D6的正极、第七电容C7的负极和桥式整流器DB1的输出端负极相互连接并作为所述有无电检测电路的第二个直流电源的负极VSS2，桥式整流器DB1的一个交流输入端分别与第十四电阻R14的第一端和无极电容C8的第一端连接，第十四电阻R14的第二端与第十五电阻R15的第一端连接，第十五电阻R15的第二端和无极电容C8的第二端分别与位于交流接触器K1的常开触点K1-1后方的所述电力电缆的其中一条火线L1连接，桥式整流器DB1的另一个交流输入端与所述电力电缆的供电首端的零线N连接；第十一电阻R11的第二端作为所述有无电检测电路的检测电压输出端的正极VO。上述有无电检测电路与一组三相四线制的电力电缆对应；为了更加精确，也可以采用三个有无电检测电路分别对一组三相四线制的电力电缆的三根火线分别进行检测。

如图1和图4所示，所述有无电切换及无电监测电路包括第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第九电容C9、第一继电器K2、第二继电器K3、第七二极管D7和第八二极管D8，第二继电器K3的正极与所述有无电检测电路的检测电压输出端的正极VO连接，第二继电器K3的负极与所述有无电检测电路的第二个直流电源负极VSS2连接，第二继电器K3的常闭触点K3-1的第一端与位于交流接触器K1的常开触点K1-1后方的所述电力电缆的其中一条火线L1连接，第二继电器K3的常闭触点K3-1的第二端与第八二极管D8的负极连接，第八二极管D8的正极、第一继电器K2的负极和第十八电阻R18的第一端相互连接，第一继电器K2的正极、第十八电阻R18的第二端和第七二极管D7的负极相互连接，第七二极管D7的正极与所述恒流直流输出电路的其中一个恒流直流输出端正极IO1连接，所述恒流直流输出电路的输入端负极和输出端负极VSS1均与所述电力电缆的供电首端的零线N连接，第一继电器K2的常开触点K2-1的第一端与所述电源电路的直流电源输出端的正极即所述有无电检测电路的第一个直流电源的正极Ui2连接，第一继电器K2的常开触点K2-1的第二端与第十六电阻R16的第一端连接，第十六电阻R16的第二端、第九电容C9的正极、第十七电阻R17的第一端和所述首端微控制器的有无电检测信号输入端相互连接，第九电容C9的负极和第十七电阻R17的第二端分别与所述有无电检测电路的第一个直流电源负极VSS连接。上述有无电切换及无电监测电路是针对一个回路的电路结构，一组三相四线制的电力电缆对应有三个有无电切换及无电监测电路，每一个的电路结构与上相同，其直流回路也是三个独立的回路。

实际应用中，首端监测装置可以安装在电力电缆首端的配电柜中，也可以单独安装；末端监测装置可以安装在电力电缆末端的配电柜中，也可以单独安装。

下面对本实用新型的有无电检测电路的原理进行具体说明：

如图3所示，当L1、N通有交流220V电压时，通过无极电容C8、第十四电阻R14、第十五电阻R15、桥式整流器DB1（型号AB10S）和第七电容C7组成一个阻容降压电路，其工作原理是：利用无极电容C8的通交隔直特性，在AC220V、50Hz交流电流过无极电容C8时，无极电容C8产生的等效阻抗公式是：

其中，Cz表示第二电容C2的容抗，单位：Ω；π：取3.14；f表示交流电的频率，中国电网的标准为50Hz；C表示无极电容C8的容量，取1uF；带入公式计算可得：

Cz=1/(2*3.14*50*0.000001) = 3185Ω。

由上图可知，等同于在桥式整流器DB1前面串入3185Ω的一个动态大电阻完全可以实现降压作用，且没有碳膜电阻的发热，电路实现方式简单可靠。

该阻容降压电路最大的电流提供能力为：

Ic=2*π*f *C*U

其中，Ic表示1uF电容条件下该电路最大能提供的电流能力；π：取3.14；f表示交流电的频率，中国电网的标准为50Hz； C表示无极电容C8的电容容量，取1uF；U表示该电路接入的L1、N电压为AC220V；代入公式可得：

Ic= 2*3.14*50*0.000001*220 = 0.069A 即，69mA。

经由第十三电阻R13、第十二电阻R12、第五二极管D5、第六二极管D6组成的2级串联稳压电路将桥式整流器DB1整流后的电压稳定在5V，再由第十一电阻 R11和第二光耦合器OP2组成隔离电路，在L1、N线路有通交流电时，通过第九电阻R9和第十电阻R10串联分压提供给首端微控制器一个0V的有电判断电平，实现有电判断；当L1、N线路没有通交流电时，通过第九电阻R9和第十电阻R10串联分压提供给首端微控制器一个2.5V的有电判断电平，实现无电判断。

如图4所示，有无电切换及无电监测电路的原理如下：无电状态时，第二继电器K3不动作，第二继电器K3的常闭触点K3-1将20MA的直流检测信号加入到L1线路中，当L1线路通过零线N和变压器T1的初级线圈形成回路时，第一继电器K2被驱动，第一继电器K2的常开触点K2-1吸合，通过第十六电阻R16、第十七电阻R17、第九电容C9的分压，形成2.5V的无电正常信号提供给首端微控制器作为无电正常的判断依据，实现无电报警监测的完整回路；有电状态时，第二继电器K3动作，第二继电器K3的常闭触点K3-1断开，防止L1通交流电对恒流直流输出电路进行电流倒灌，实现了有电断开的保护；同时，第一继电器K2断开，第一继电器K2的常开触点K2-1断开，形成0V的无电正常信号提供给首端微控制器作为有电正常的判断依据，实现有电报警监测的完整回路。

如图1所示，本实用新型的末端监测装置的一些电子元件的优选参数、功能以及整个末端监测装置的原理如下：

变压器T1：采用工频变压器，其作用有两点，一是作为末端监测装置的电源提供，将AC220V电压降为AC10V电压；二是利用变压器T1的初级线圈在无电防盗检测时作为一个等效电阻为20mA直流电流信号提供通路，与被监测的电力电缆的其中一条火线L1和零线N构成完成的电流回路，配合首端监测装置进行无电防盗监测。

整流桥堆：型号为MB10S，作用为整流。

第一电容C1和第二电容C2：为电解电容，作用为将整流桥堆的脉动直流滤波为平滑直流电压。

第一电阻R1和第二电阻R2：采用碳膜电阻。

第一光耦合器OP1：型号为LTV217，作用是配合第一电阻R1和第二电阻R2为末端微控制器提供100Hz的过零检测信号，用于判断是否有交流电。

第一二极管D1：为普通二极管，作用是隔离整流桥堆和以第一光耦合器OP1为主的过零检测电路；没有第一二极管D1的隔离，以第一光耦合器OP1为主的过零检测电路将不能正常工作。

三端稳压器：型号为ASM1117-5.0V，作用是为后面的电路提供5.0V的稳定直流电压。

末端电池管理电路：在被监测线路有通交流电时，对后备充电电池BT1进行充电；当被监测线路无电时，利用后备充电电池BT1对末端监测装置进行供电，保障系统的全天候正常工作。

末端微控制器：主要通过端口ZERO1对过零信号进行识别，标记系统此时是有电模式还是无电模式。

防盗监测原理如下：当电力电缆的用电末端的火线L1和零线N有交流电时，通过变压器T1和整流桥堆得到一个100Hz的脉动直流信号（即工频50Hz信号的2倍）。此时，由于第一二极管D1的隔离作用，100Hz的脉动直流信号通过第一电阻R1和第一光耦合器OP1的作用，在第二电阻R2和第一光耦合器OP1的输出端产生一个对应的100Hz的方波信号，送入末端微控制器，末端微控制器判定线路有正常通交流电，进入有电监测模式；在此状态下，如果电力电缆中段被切断，末端微控制器将不会收到100Hz的方波信号，则判断电力电缆可能被盗并发出报警。当电力电缆的用电末端的火线L1和零线N没有交流电时，末端微控制器将不会收到100Hz的方波信号，则进入无电监测模式，由首端监测装置实现防盗监测。

下面结合本实用新型优选的全方位防盗监测方法进行具体说明，但下述方法不是唯一方法，也不是本实用新型的保护对象，这是为了更加详细说明本系统的工作原理。

结合图1-图4，本实用新型所述基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统的优选监测方法，包括以下步骤：

步骤1：所述首端微控制器控制交流接触器K1闭合，所述电力电缆的供电首端和用电末端相互连通；

步骤2：所述有无电检测电路检测位于所述交流接触器K1的常开触点K1-1后方的所述电力电缆的其中一条火线L1是否有电，并将检测电压输出给所述有无电切换及无电监测电路，如果对应的火线L1有电，则所述有无电检测电路的检测电压输出端有电压输出，所述有无电切换及无电监测电路的第二继电器K3导通，其常闭触点K3-1断开，所述恒流直流输出电路的对应恒流电源输出端IO1与对应火线L1断开，同时所述有无电切换及无电监测电路的第一继电器K2断开，其常开触点K2-1断开，则所述有无电检测电路和所述有无电切换及无电监测电路均向所述首端微控制器发送没有电压输出的有电检测信号，所述首端微控制器收到有电检测信号后进入有电监测模式并通过所述首端无线通信电路向所述云平台服务器发送线路有电监测标记，然后转到步骤3；如果所述对应的火线L1无电，有无电检测电路检测到无电，则所述有无电检测电路的检测电压输出端没有电压输出，所述有无电切换及无电监测电路的第二继电器K3断开，其常闭触点K3-1闭合，所述恒流直流输出电路的对应恒流电源输出端IO1通过对应火线L1与变压器T1的初级线圈连通形成闭合回路，同时所述有无电切换及无电监测电路的第一继电器K2闭合，其常开触点K2-1闭合，则所述有无电检测电路和所述有无电切换及无电监测电路均向所述首端微控制器发送有电压输出的无电检测信号，所述首端微控制器收到无电检测信号后进入无电监测模式并通过所述首端无线通信电路向所述云平台服务器发送线路无电监测标记，然后转到步骤6；

步骤3：所述云平台服务器收到有电监测标记后，通过对应的所述末端无线通信电路对所述末端微控制器下发有电查询指令；

步骤4：所述末端微控制器接收到所述云平台服务器的查询指令后执行有电查询，通过对所述过零检测电路的检测信号输出端的过零信号判断，判断变压器T1的次级线圈是否有电，如果有电，则判断所述电力电缆的用电末端的对应火线L1有电，则按预先设定的上报时间不间断地向所述云平台服务器发送有电信息且重复步骤3和步骤4，如果无电则转至步骤5；

步骤5：所述末端微控制器发出对应电力电缆可能被盗的报警信号，报警方式可以为音视频报警，同时向所述云平台服务器发送有电监测报警信息，所述云平台服务器根据需要保存该信息并进行信息推送，完成本次有电监测模式的电力电缆防盗监测；

步骤6：所述云平台服务器收到无电监测标记并进入无电监测模式；

步骤7：如果所述有无电切换及无电监测电路的第一继电器K2的常开触点K2-1保持闭合，则持续向所述首端微控制器发送有电信号；如果所述有无电切换及无电监测电路的第一继电器K2的常开触点K2-1断开，则转至步骤8；

步骤8：所述有无电切换及无电监测电路向所述首端微控制器发送无电信号，所述首端微控制器发出对应电力电缆可能被盗的报警信号，报警方式可以为音视频报警，同时向所述云平台服务器发送无电监测报警信息，所述云平台服务器根据需要保存该信息并进行信息推送，完成本次无电监测模式的电力电缆防盗监测。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统，包括首端监测装置和末端监测装置，所述首端监测装置与电力电缆的供电首端的火线和零线连接，所述末端监测装置与所述电力电缆的用电末端的火线和零线连接；其特征在于：所述首端监测装置包括用于将交流电源转换为直流电源且包括后备电池的电源电路、用于作为信号检测和执行控制的首端微控制器、用于在所述首端微控制器控制下实现所述电力电缆通断控制的交流接触器、用于将所述电源电路的后备电池的电压转换为不同电压的直流电压转换电路、用于输出恒流直流电源的恒流直流输出电路、用于进行有无电状态切换和无电状态时监测电缆被盗的有无电切换及无电监测电路、用于检测位于所述交流接触器的常开触点后方的所述电力电缆是否有电的有无电检测电路、用于实现远程无线通信的首端无线通信电路，所述电源电路的交流输入端与所述电力电缆的供电首端的火线和零线连接，所述电源电路的多个直流电源输出端分别与所述首端微控制器的电源输入端、所述直流电压转换电路的电源输入端、所述有无电切换及无电监测电路的电源输入端和所述有无电检测电路的电源输入端连接，所述直流电压转换电路的电源输出端与所述恒流直流输出电路的电源输入端连接，所述恒流直流输出电路的恒流电源输出端与所述有无电切换及无电监测电路的恒流电源输入端连接，所述有无电检测电路的检测端分别与位于所述交流接触器的常开触点后方的所述电力电缆的火线和零线连接，所述有无电检测电路的检测电压输出端与所述有无电切换及无电监测电路的检测电源输入端连接，所述有无电检测电路的检测信号输出端和所述有无电切换及无电监测电路的检测信号输出端分别与所述首端微控制器的有无电检测信号输入端连接，所述首端微控制器的通断控制输出端与所述交流接触器的控制输入端连接，所述交流接触器的多个常开触点分别串联连接于所述电力电缆的供电首端的火线上，所述首端微控制器的远程无线通信端与所述首端无线通信电路的本地通信端连接；所述末端监测装置包括用于对交流电源进行变压的变压器、用于产生过零检测信号的过零检测电路、用于作为信号检测和执行控制的末端微控制器、用于实现远程无线通信的末端无线通信电路，所述变压器的初级线圈的两端分别与所述电力电缆的用电末端的火线和零线连接，所述变压器的次级线圈的两端分别与所述过零检测电路的电源输入端连接，所述过零检测电路的检测信号输出端与所述末端微控制器的过零检测信号输入端连接，所述末端微控制器的远程无线通信端与所述末端无线通信电路的本地通信端连接；所述电力电缆防盗监测系统还包括云平台服务器，所述首端无线通信电路和所述末端无线通信电路分别与所述云平台服务器无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统，其特征在于：所述过零检测电路包括整流桥堆、第一电阻、第二电阻、第一光耦合器和第一二极管，所述整流桥堆的交流电源输入端分别所述变压器的次级线圈的两端连接，所述整流桥堆的直流电源输出端的正极分别与所述第一电阻的第一端和所述第一二极管的正极连接，所述第一电阻的第二端与所述第一光耦合器的正极输入端连接，所述第一二极管的负极与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第一光耦合器的正极输出端和所述末端微控制器的过零检测信号输入端连接，所述整流桥堆的直流电源输出端的负极、所述第一光耦合器的负极输入端、所述第一光耦合器的负极输出端和所述末端微控制器的负极电源输入端相互连接。

3.根据权利要求2所述的基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统，其特征在于：所述末端监测装置还包括末端充电电池和末端电池管理电路，用于对所述末端充电电池进行充电管理并在没有交流电源时自动启用所述末端充电电池的所述末端电池管理电路分别与所述末端充电电池和所述末端微控制器对应连接。

4.根据权利要求2所述的基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统，其特征在于：所述末端监测装置还包括第一电容、第二电容和三端稳压器，所述三端稳压器的正极输入端分别与所述第一二极管的负极和所述第一电容的正极连接，所述三端稳压器的正极输出端与所述第二电容的正极连接并作为所述末端监测装置的直流电源输出端的正极，所述第一电容的负极、所述第二电容的负极、所述三端稳压器的负极和所述整流桥堆的直流电源输出端的负极相互连接。

5.根据权利要求1所述的基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统，其特征在于：三个所述末端监测装置为一组且分别与所述电力电缆的用电末端的多条火线一一对应连接，所述末端监测装置为一组或多组。

6.根据权利要求1-5中任何一项所述的基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统，其特征在于：所述恒流直流输出电路包括第一三端可调稳压器、第二三端可调稳压器、第三三端可调稳压器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电容、第四电容、第五电容、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一三端可调稳压器的正极输入端、所述第二三端可调稳压器的正极输入端和所述第三三端可调稳压器的正极输入端相互连接并作为所述恒流直流输出电路的电源输入端的正极，所述第一三端可调稳压器的正极输出端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端、所述第一三端可调稳压器的负极、所述第三电容的正极、所述第四电阻的第一端和所述第二二极管的正极相互连接，所述第二三端可调稳压器的正极输出端与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端、所述第二三端可调稳压器的负极、所述第四电容的正极、所述第六电阻的第一端和所述第三二极管的正极相互连接，所述第三三端可调稳压器的正极输出端与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端、所述第三三端可调稳压器的负极、所述第五电容的正极、所述第八电阻的第一端和所述第四二极管的正极相互连接，所述第三电容的负极、所述第四电阻的第二端、所述第四电容的负极、所述第六电阻的第二端、所述第五电容的负极和所述第八电阻的第二端相互连接并作为所述恒流直流输出电路的输入端负极和输出端负极；所述第二二极管的负极、所述第三二极管的负极和所述第四二极管的负极分别作为所述恒流直流输出电路的三个恒流直流输出端正极。

7.根据权利要求6所述的基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统，其特征在于：所述有无电检测电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第六电容、第七电容、无极电容、第二光耦合器、第五二极管、第六二极管和桥式整流器，所述第九电阻的第一端与所述电源电路的直流电源输出端的正极连接并作为所述有无电检测电路的第一个直流电源正极，所述第九电阻的第二端、所述首端微控制器的有无电检测信号输入端、所述第十电阻的第一端和所述第二光耦合器的正极输出端相互连接，所述第二光耦合器的负极输出端和所述第十电阻的第二端连接并作为所述有无电检测电路的第一个直流电源负极，所述第二光耦合器的正极输入端与第十一电阻的第一端连接，所述第十一电阻的第二端、所述第六电容的正极、所述第五二极管的负极和所述第十二电阻的第一端相互连接，所述第十二电阻的第二端、所述第六二极管的负极和所述第十三电阻的第一端相互连接，所述第十三电阻的第二端、所述第七电容的正极和所述桥式整流器的输出端正极相互连接并作为所述有无电检测电路的第二个直流电源正极，所述第六电容的负极、所述第五二极管的正极、所述第六二极管的正极、所述第七电容的负极和所述桥式整流器的输出端负极相互连接并作为所述有无电检测电路的第二个直流电源负极，所述桥式整流器的一个交流输入端分别与所述第十四电阻的第一端和所述无极电容的第一端连接，所述第十四电阻的第二端与所述第十五电阻的第一端连接，所述第十五电阻的第二端和所述无极电容的第二端分别与位于所述交流接触器的常开触点后方的所述电力电缆的其中一条火线连接，所述桥式整流器的另一个交流输入端与所述电力电缆的供电首端的零线连接；所述第十一电阻的第二端作为所述有无电检测电路的检测电压输出端的正极。

8.根据权利要求7所述的基于恒流直流电的电力电缆防盗监测系统，其特征在于：所述有无电切换及无电监测电路包括第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第九电容、第一继电器、第二继电器、第七二极管和第八二极管，所述第二继电器的正极与所述有无电检测电路的检测电压输出端的正极连接，所述第二继电器的负极与所述有无电检测电路的第二个直流电源负极连接，所述第二继电器的常闭触点的第一端与位于所述交流接触器的常开触点后方的所述电力电缆的其中一条火线连接，所述第二继电器的常闭触点的第二端与所述第八二极管的负极连接，所述第八二极管的正极、所述第一继电器的负极和所述第十八电阻的第一端相互连接，所述第一继电器的正极、所述第十八电阻的第二端和所述第七二极管的负极相互连接，所述第七二极管的正极与所述恒流直流输出电路的其中一个恒流直流输出端正极连接，所述恒流直流输出电路的输入端负极和输出端负极均与所述电力电缆的供电首端的零线连接，所述第一继电器的常开触点的第一端与所述电源电路的直流电源输出端的正极连接，所述第一继电器的常开触点的第二端与所述第十六电阻的第一端连接，所述第十六电阻的第二端、所述第九电容的正极、所述第十七电阻的第一端和所述首端微控制器的有无电检测信号输入端相互连接，所述第九电容的负极和所述第十七电阻的第二端分别与所述有无电检测电路的第一个直流电源负极连接。