电力线、电力设备防盗报警监测系统

一、概 述

随着全球经济的不断发展，我国市场经济也飞速发展，电力作为我国生产及国民经济必须的能源供应近年已呈现供不应求的局势。同时随着铜价的一路飙升，回收价格居高不下，社会治安问题也呈上升趋势，偷盗、抢劫犯罪案件层出不穷，犯罪分子疯狂作案，有恃无恐地偷盗、抢劫、破坏电力设施及电力线路，使国家的电力供应及财产遭受巨大的破坏，人们的生产及生活遭受巨大的干扰及损失。也给供电部门、有关企业的管理、维护工作带来巨大的压力，对供电企业的经济利益和社会利益造成巨大的损失。根据我们收集的资料估算，一个县每年因此造成的直接经济损失都在100万元以上，中小城市200万元以上，发达地区的一个供电所的直接经济损失都在100万元左右。
另外，随着大规模的城乡电网改造的逐步完善，使我国配电网得到了很大的改善， 配电网硬件设施和网络架构明显加强，电网的安全、经济运行有了切实的保障。而广大电力用户对电能质量和供电服务,则相应提出了更高的要求，需要配变管理实现精细化、科学化、数字化和集中化管理，有效提高用电质量、改善企业经济效益和社会效益。需要建立电力设备防盗报警系统、配变监测分析系统、电压监测管理系统、电能质量管理系统实现科学、精细的配电管理，实时掌握配变运行数据，及时发现、处理故障，保证供电质量。同时根据在电网建设中避免重复投资建设，降低系统建设成本的要求，本方案将电力设备防盗报警系统、配变监测系统和电压监测系统结合在一起，通过一个GPRS通道，实现远程实时监测、管理。
我司技术人员科学地利用电力低压配电台区内电力网络资源，利用电力线载波通信方式设计出一种性能稳定、可靠性高、报警准确的电力线防盗报警监测系统。 本系统综合应用了电力监测技术、数字电路、电力载波扩频通信技术、微处理器、GPRS/CDMA1x远程通信技术和计算机应用技术等，能准确判断出线缆、设备被盗位置，主站系统通过电话、手机和声光提示报警,让管理维护人员能够及时掌握盗窃和故障信息，及时处理，降低损失。同时实时监测配变运行状态，及时发现、处理故障，通过专业的配变管理系统软件分析处理数据，查询各项参数的报表、曲线等，为营销系统、线损分析、负荷预测和扩容报装规划提供科学的数据，实现配变管理的信息化、科学化和精细化管理。

二、方案简述

该系统由线路报警集中器、线路报警终端、配电综合监测仪、《电力设备防盗报警监测系统》软件和GPRS通信终端、中国移动或中国联通无线网络、低压电力线路和电力行业内部网等构成。

1.1  系统示意图（如图1-1，1-2示）
将线路报警终端安装在台区线路的负荷末梢和骨干线路的某些节点上，将线路报警集中器安装在10kV配电变压器出线侧。线路报警终端监测线路的电源状态。线路报警集中器通过电力线载波通信查询线路报警终端状态，并读取线路报警终端监测到的数据。线路报警集中器通过查询的结果和线路报警终端发送的数据判断线路故障情况，并将故障信息通过移动的GPRS通信发送至电力设备防盗报警系统主站，主站系统根据故障点的网络结构图判断出故障点的具体位置，并通过电话、手机和声光提示报警。配电综合监测仪安装在配变台区的出线端，监测配变运行的电压、电流、频率、功率、功率因数和电能等参数，同时报警集中器通过RS232通信转发配电综合监测仪数据，通过GPRS通道将数据发送至数据中心。各供电所工作站通过电力设备防盗报警系统客户端软件实时查询各配变台区线路、设备的在线数据状态和数据等，在盗窃报警发生后也在客户端显示报警信息。

台区内各线路报警终端、报警集中器、GPRS通信终端和配电综合监测仪的安装、运行模拟图，如图1-2示。

系统数据流向及处理过程，如系统数据流向图，图1-3所示。

三、方案原理

系统采用移动GPRS专业无线数据（无线DDN）传输通道和低压电力线载波通信，具有网络覆盖面广，无需建设网络，费用低廉，移动灵活和数据安全等特点。
线路报警终端直接接入到低压线路的三相四线回路，通过微处理器判断各相线路电源状态，同时结合低压电力载波通信技术，将监测点故障状态准确判断，具备警笛声光报警接口。终端设计原理简洁、实用，功能完善，具有稳定、可靠、准确、易维护、性价比高等优点。
配电综合监测仪实时监测电压、电流、零序电流、相位、频率、正、反向有功和无功功率，功率因数、电能量等用电参数，计算负荷率、三相不平衡率。可以设定统计时间的间隔，在定时数据、告警信息和故障信息产生后主动将数据发送至报警集中器。
线路报警集中器具有实时日历时钟、参数设置、存储、告警、通信和故障判断等功能。本方案主要针对电力线报警功能作详细阐述，线路报警集中器采用载波通信技术和GPRS通信技术，通过监测信息、线路报警终端通信状态、线路报警终端监测数据判断线路故障点情况，在故障时立即将故障信息发送至主站。
电力局通过APN专线方式连接到移动公司GPRS路由器，移动公司提供配置固定的APN用户名称和固定IP资源、隧道及保密传输协议。线路报警集中器通过GPRS网络以专用APN通道的方式与电力局信息中心数据库服务器进行数据交互,电力局局域网内的任意授权用户可以访问该服务器,查看分析数据。在供电所运行的电力设备防盗报警系统客户端软件将该供电所管理辖区内出现故障的线路进行准确定位告警，通知相关线路管理、维护人员。

四、系统功能简介

4.1  监测功能
24小时监测台区内线路及设备运行状态，发生盗窃事件和线路、设备故障立即告警。
实时监测配变用电数据，测量电压、电流、零序电流、相位、频率、正、反向有功和无功功率，功率因数、电能量等用电参数，计算负荷率、三相不平衡率。
记录被监测电源的停电时间和运行时间，统计供电可靠率。
记录被监测电源的每天电压越上、下限时间，并计算电压合格率。

4.2  电力线、设备防盗报警及事件告警功能
10kV台区变压器进线三相或某相断开，发出告警信号。
10kV台区变压器出线三相或某相断开，发送告警信号。
台区内0.4kV某段主干线路断开，发送告警信号并发出报警信息。
台区内0.4kV某条支线断开，发送告警信号并发出报警信息。
窃贼采用预先搭线方式，在用电低谷时剪断某段线路的相线时，发送告警信号并发出报警信息。
通过将三相负载转移到某相的方式，在用电低谷时剪断某段线路的两相时，发出告警信号。
注：以上断开信号含A、B、C三相和零线任一根线路断开。

4.3  通信功能
载波通信功能：实现台区内24小时100％全网覆盖。
GPRS远程通信功能：远程无线通信，覆盖面广，无需网络建设，运行、维护成本低。

五、主要技术指标

5.1  线路报警集中器
5.1.1　额定技术参数
额定电压Un：   3×220V/380V(三相四线)
电压测量范围： ±20％Un
额定频率：     50Hz

5.1.2　防盗报警技术参数
台区内通信方式：  电力线载波
报警方式：    自动报警（声光报警、电话、手机短信）
布防区域及时间：24小时台区内主干线和所有支线的三相四线回路
灵敏度：发生故障后，在3～30s内成功发出报警信号
报警信息内容：台变名称编号、线路位置、警情发生时间、报警时间等
识别高水平盗窃手段：
全台区断电后窃线，可自动识别停电或错峰状态还是电力设备被盗窃
盗窃台区内某段主干线路
盗窃台区内某支线的任一回路
通过预先搭接的方式，在用电低谷时盗窃某段线路的三相相线
通过将三相负荷转移到某相的方式，在用电低谷时盗窃某段线路的两相。

5.1.3 内置闪存容量
存储容量：存储容量1M～8M字节，可连续存储180日以上的集中器运行数据。

5.1.4 现场数据采集及远程通讯配置要求
具备RS232通讯接口，可与配电综合监测仪通信，并将监测数据和报警数据通过GPRS/CDMA1x通信发送至主站。

5.1.5 工作电源要求
采用三相电源供电，断一相、另两相仍能正常工作。
正常工作电压：0.7Un～1.2Un

5.1.6 时钟误差
时钟误差：≤0.5秒/日（23℃）

5.1.7 数据保存时间
数据保护：断电后数据保存时间≥10年。

5.1.8 工作条件
工作温度：－25℃－+70℃　

5.1.9 产品功耗
功耗：≤3.8VA/400V

5.1.10　其他
平均无故障时间(MTBF)≥50000小时。

5.2  线路报警终端
5.2.1　工作电源要求
采用单相电源供电，正常工作电压：0.7Un～1.2Un

5.2.2　通信方式
单相电力线载波，波特率300～1200bps

5.2.3　监测数据
三相四线电压回路

5.2.4　工作条件
工作温度：－25℃－+70℃
　
5.2.5　产品功耗
功耗：≤1W

5.2.6　安装方式
户外杆上、墙面挂装

5.2.7 安全及防护
具有防水、防潮、耐高温、防雷击等功能

5.2.8 选配接口
*现场警笛声光报警接口和备用电池。

5.3  配电综合监测仪    （选配装置）
5.3.1 配电综合测控仪符合的国家标准和行业标准：
1)DL/500-92 电压监测仪订货技术条件
2)GB12325-90 电能质量  供电电压允许偏差
3)GF-115-03 电力系统电压与无功技术导则
4)GF-116-03 电力系统谐波管理暂行规定
5)GB/T14549-93 电能质量  公用电网谐波
6)GB11920—89 电站电气部分集中控制装置通用技术条件
7)GB/T6587-86 电子测量仪器环境试验
8)GB/T4793-84 电子测量仪器安全要求
9)GB/T11463-89 电子测量仪器可靠性试验
10)SD325-89 电力系统电压和无功技术导则
11)DL/T 614-1997 多功能电能表
12)DL/T 645-1997 多功能电能表通讯规约
13)DL/T 721-2000 配网自动化系统远方终端

5.3.2 产品质量证书
产品具有《制造计量器具许可证》
产品通过《电力工业部无功补偿成套装置质量检验测试中心的低压无功补偿控制器产品型式试验和电压监测仪产品型式试验》。

5.3.3 产品主要技术要求
工作环境：T -20℃～+55℃ C.H≤85%；极限运行条件≤+70℃，C.H≤90%

5.3.4额定技术参数
被监测额定电压Un： 3×220V/380V(三相四线) 
被监测额定电流In： 5A（三相）
被监测的电力系统额定频率： 50Hz

5.3.5 主要性能
5.3.5.1监测数据种类
测定每5分钟（时间可调）电压、电流、零序电流、相位、频率、正、反向有功和无功功率，功率因数、电能量等用电参数，计算负荷率、三相不平衡率。
记录被监测电源的停电时间和运行时间，统计供电可靠率。
记录被监测电源的每天电压越上、下限时间，并计算电压合格率。
按照用户设置时间间隔，将测量数据的平均值定时存储在非易失性存储器中。
具有电力参数越限告警和装置故障自检告警功能。

5.3.5.2数据采集及输出
采用GPRS设备远程无线传输数据，通讯速率不低于9600bps。
具备一个RS485数据输出接口和一个USB数据输出接口或者近距离无线通信接口。(RS485可以与多功能电能表通信，通信规约可以定制)

5.3.5.3 现场显示
128×64点阵中文液晶显示，自动背光控制。
通过显示面板显示以上测量，计算及记录参数，电压、电流、相位、功率等测量值可三相同屏显示，并可通过按键操作切换显示各类参数。
 
5.3.6主要技术指标
电压监测范围：176～265V
电流监测范围：0～6A
计量准确度
电压测量  0.5级　有功功率  0.5级                        
电流测量  0.5级    无功功率  1.0级
频率测量  0.1级    有功电量  1.0级                        
功率因数  1.0级    无功电量  2.0级
时钟精度：0.5秒/日（23℃）
存储容量
连续84日用电数据记录（每15分钟记录一次）。
工作电源
采用三相电源供电，断一相、两相仍能正常工作，预留外部电源接口，并按适当数量提供备用电源，能在停电状态下采集数据。
掉电后数据能保存≥10年
掉电后时钟正常运行时间≥10年
电流接线端子能满足4mm2铜线，电压端子能满足2.5 mm2铜线。
采用面板式和后板式安装（可选）。

5.4  配电线路防盗报警监测系统软件功能
1、通过GPRS、CDMA1x与通过无线方式接入的子站通讯。
2、以中间站的方式提供实时数据库，方便本系统和第3方系统获取实时遥
测信息、遥信信息及告警信息。
3、提供声光告警提示报警，将盗窃报警信息通过电话、手机短信或与系统连接的其它通信方式发送至相关管理部门或人员实现报警。
4、提供通道监视数据，监视每个通道的通讯原始码数据。可启动、暂停单个通讯链路的监视任务。帮助运维人员判断通讯故障。并可将通讯原始码保存为文本文件，以供我公司售后服务人员帮助判断通讯故障。
5、提供遥控、遥调和定值参数设定界面，便于用户执行相关操作。
6、显示带时标的SOE事件信息。
7、存历史数据和告警数据，写入数据库系统。
8、告警信息分类后，按值班轮流表，分别发送到不同的责任人手机上。
9、配置管理
提供系统配置功能操作，并记录详细的操作记录。包括用户管理、设备管理、通讯链路管理等一系列的配置管理工作。
10、历史数据、报表曲线查询
查询历史数据、报表、曲线并打印。各种历史数据和报表，均可保存为HTML格式，方便传输和数据交换。可用EXCEL和IE浏览器方便的阅读。

六、系统特点

1、报警终端对电力线路电压信号进行采样分析，以此来判别电力线路的正常状态，实时有效地监测电力线路或电力变压器等设施，在发生缺相、断电、断路或遭到其它人为破坏时，系统及时分析和逻辑判断，并迅捷报警，告之地点、时间、原因。
2、利用现有电缆传输监控信号（电力载波通信），不用铺设线路，安装、维护方便，零运行成本。 
3、远程监控采用GPRS/CDMA1x通道，无需网络建设、运行、维护成本低，系统建设投入产出比高。
4、信息反应快捷。系统可在3至30秒内发出报警信号。 
5、报警信息准确，内容包括：配变名称、编号、线路位置、警情发生时间、报警时间等。
6、可识别各种高水平盗窃手段
全台区断电后窃线
盗窃台区内某段主干线路
盗窃台区内某支线的任一回路
通过预先搭接的方式，在用电低谷时盗窃某段线路的三相相线
通过将三相负荷转移到某相的方式，在用电低谷时盗窃某段线路的两相。
7、可自动识别停电还是电力设备被盗。
8、将电力设备防盗和配变监测管理集中在一起，采用一个通信通道，避免重复投资建设，降低系统建设成本。
9、系统的分层、分级、分布式管理的设计思想为系统进行方便的扩展提供基础。主站通信前置设备，服务器、数据库、工作站及网络设备等硬件，软件模块等都可以方便的扩充，就象是搭积木一样。系统具有分布式、积木式和可扩展性等优点。