10kV铠装电缆防盗报警初步探索 及其在路灯供电系统中的应用

摘要：鉴于地埋铠装电缆被盗割或被外力破坏所造成的损失通常都很巨大，因此本研究工作的结晶—地埋铠装电缆防盗报警系统的经济与社会效益必将十分显著，它的推广与实施也必将是城市路灯供电系统建设的一项重要内容。在分析地埋铠装电缆对于城市供电系统的作用的基础之上，本文对这种电缆当前所面临的人为盗割模式以及相应的防盗报警技术方案进行了分析，提出了一种基于单端反激通信检测技术的地埋铠装电缆防外力破坏的新理论及其实施方案。

关键词：铠装电缆，路灯供电、外力破坏，防盗报警

城市照明是现代城市建设中的重要组成部分，它服务于交通安全和人们的生产、生活，美化了城市容貌，为创造良好的投资环境起着举足轻重的作用。符合视觉功能的照明质量是保障交通安全、社会治安、人民群众从事生产、娱乐活动所必不可少的条件。然而，路灯照明系统在亮化城市、美化城市的同时，也面临着巨大的现实威胁。

随着用电负荷的增加，配电网电力供应系统逐步向环网型电源供应方式发展。采用架空工艺的输电电缆，影响市容且容易受到冰冻灾害的影响，也容易造成电磁污染。因此，为了增强供电的可靠性和安全性，作为城市环网供电网络的重要组成部分，城市路灯照明的10kV配电系统大多采用穿管地埋、电缆沟或者电缆隧道等方式。为了方便维护，电缆沟的走线空间比较宽敞。这就为犯罪分子的盗割提供了可乘之机。在10kV电力电缆的盗窃案件中，犯罪分子通过盗窃犯罪行为所获得的利益可能仅有几百元、数千元，但他们这几百数千元的非法收益，却要国家付出巨大的代价。

城市环网柜之间的距离一般为数千米左右，通过10kV地埋铠装电缆连接。因此，根据线路容量的不同，每根铠装电缆的价值大约为十几万元至一百万元不等。在铠装电缆被剥皮之后，即使一次简单的修复，仅仅一套电缆接头的修复成本就需要上万元，更不用说中间连接电缆的巨大成本了。

最近几年，在中国的一线及二线城市的路灯照明系统中，因地埋铠装电缆被盗割而造成的直接经济损失，已经从2003年的几十万元，逐步飙升到最近两年的数千万元甚至更多；而它引起的城市公共安全与社会稳定等方面的间接损失更是难以计量。因此，针对10kV地埋铠装电缆的防盗报警已经成为城市照明管理人员迫切需要解决的课题。

一、电缆线路被盗割模式

铠装电缆通常有工作电缆与备用电缆之别。通过对盗割现场的深入观察与分析，我们发现：针对不同的情况，存在着以下两种非常专业的盗割模式：

模式一：仅盗割备用电缆（又称“联络线”）。由于联络线本身仅作为备用电路，正常情况并不投入供电。因此，盗窃者会先断开联络线两头的开关，再用汽油锯或者液压剪将电缆截成小段，并进而偷盗整根备用电缆。由于备用电缆一般情况下是未接入负载的，其被盗割后就很难为管理部门所察觉。

模式二：仅盗割外屏蔽层。对于工作电缆，即正在供电的电缆，由于铠装电缆的外屏蔽层是铜带且不带电，所以盗窃者的主要目的是为了盗取外屏蔽层。他们先用刃具剥除铠装电缆的外护套，再用汽油锯或者液压剪锯断铠装层（又称“钢带”），然后才实施对外屏蔽层（又称“铜带”）的盗割，使得线路以一种非常危险的方式继续供电。在这种方式下，电缆实际上已经被破坏并处于部分报废状态，随时都有发生短路、爆炸等异常的可能。

因此，地埋铠装电缆防盗的技术难点主要归结为两点：

（1）既要防止工作状态中的电缆被盗割，又要防止非工作状态中的电缆被盗割；

（2）既要防止铜芯被盗割，也要防止铜带被盗割。

二、电缆防盗报警的几种型式

针对地埋铠装电缆的防盗割需求，目前在行业内的相关工作，分别采取了多种不同的技术方案。综合起来，核心技术如下所述。

3．1  全隔离式高压带电状态检测技术。现在高压检测技术已经取得长足的进步并成功地应用到了高压铠装电缆防盗系统。全隔离式高压带电状态检测技术可方便地完成对高压带电状态的测量。采用该技术进行高压检测时，具有检测方便、容易普及和应用范围广等优点。

其原理框图如下图所示： 其工作原理如下：氖泡与高压电阻串联，然后氖泡将电信号转变为光信号；在氖泡的一侧设置光敏元件，从而再将电信号转化为光信号。光电感应的检测方式，其功率消耗近似于零。通过这种方式，把10kV电压与下位机设备完全分离开，成功地实现了对10kV电力电缆的全隔离监测。同时，在电网末端无负载的状态下，也能正常监测电力线，弥补了使用互感器等其他信号采集方式在这方面的不足。

优点：可以实现对高压侧的带电状态检测，一旦高压侧断电，即可发出报警信号，防范对联络线的盗割。

缺点：无法应对盗割模式二，即针对外屏蔽层的盗割。

3．2  红外探测或激光对射技术。其基本原理是通过在电缆沟道安装红外或激光对射装置，监测是否有人进入电缆沟道，进行电缆防盗报警。

优点：一旦有未经授权或许可的人进入沟道，即可报警。

缺点：老鼠等其它物体遮挡光线时，容易产生误报；电缆沟较长或弯道较多时，红外或激光对射装置的数量较多，安装工程量大，成本较高；检测设备的供电问题难以解决。

3．3  电力线载波技术。其基本原理是通过在电缆芯线加载信号，采用通信原理，进行电缆防盗报警。

优点：可以应对盗割模式一：联络线的盗割。

缺点：无法应对盗割模式二，即针对外屏蔽层的盗割；当负载电流变化大时，容易误报。

3．4  井盖防盗。其基本原理是通过在电缆沟道井盖处安装微动开关或人体红外及微波探头监测是否有人由井盖处进入电缆沟道，进行电缆防盗报警。

优点：当有未经授权或许可的人接近或打开盖板时，可以及时报警。

缺点：当偷盗电缆的人通过挖地道进入电缆沟偷盗时不能报警；当电缆沟较长时，需要安装的监测点太多，施工量太大；容易误报，导致频繁出警，浪费警力与资源。

优点：可以增加盗割的难度，延缓实施盗割的时间。

缺点：智能化程度低下，当穿管被破坏后，管理部门依然无法知晓并及时采取措施；防盗范围有限，窃贼可以选择电缆沟盖板而非工作井盖实施盗割；电缆穿管的施工量大、工期长、成本高、后期维护难度较大。

三、单端反激通信检测技术的基本原理

上述技术方案的基本思路都是间接检测：将导电层中的电参数作为检测对象，或是采用红外辐射探测。在10kV地埋铠装电缆防盗领域，这些方案虽各有优点，但均存在漏报与误报的共同缺点。因此，上述方案都虽有理论价值或局部效果，但缺乏工程实用性与推广使用的价值。

本文所提出的单端反激通信检测技术是一种新型的检测理论，由三大模块组成，包括：激励模块、检波模块与检测模块，如下图所示：

激励模块：用于产生激励信号，并通过被保护电缆的铠装层发射激励信号。其中的信号发生器用于产生激励信号。输出接口用于与被保护电缆的第一端面耦合，将信号发生器产生的激励信号导入被保护电缆的铠装层。该激励信号沿待测电缆传播，在到达待测电缆的第二端面时，部分信号会返回回来，形成反馈信号，且该反馈信号与激励信号的波形类似。例如激励信号为正弦波，则反馈信号为含有谐波分量的正弦波。

检波模块：用于通过被保护电缆的第一端面接收反馈信号，并计算反馈信号与激励信号之间的当前差值。该模块包括：输入接口、检波单元、鉴相单元。

检测模块：用于根据检波模块计算获得的所述当前值与预置的标准值之差，判断所述待测电缆长度是否改变。其中，标准差是被保护电缆的长度未改变前，通过所述电缆检测装置测得的反馈信号与激励信号之间的标准差。

此外，电缆检测装置还包括告警模块，用于在所述检测模块判定所述待测电缆长度改变时进行告警。各个模块的工作原理如下图所示： 利用单端反激通信检测技术的10kV供电电缆防盗报警装置，可以在电缆的一端对整根电缆进行监测，其安装、操作都十分方便。无论电缆本身是否带电、是否处于工作状态，都可以通过单端反激通信检测技术，准确发出电缆报警信号。该方案不仅可以有效应对偷盗模式⑴：联络线的盗割，而且也可以妥善应对偷盗模式⑵：仅盗割保护层。该技术方案是一种较为完善的电缆防盗解决方案，目前尚未发现其明显的缺陷。

四、铠装电缆防盗报警系统的拓扑结构、工作原理与主要功能

地埋铠装电缆防盗报警系统是由现场终端、监控中心以及无线通信网络组成的一个系统性解决方案，其系统拓扑结构如图二所示。其中，现场终端是整个系统的核心，它既可以独立运行，也可组网运行。如果独立运行，现场终端就是前文描述的10kV供电电缆防盗报警装置。整个系统中还可以兼容、配置红外探测器、红外对射管、震动传感器等前端设备，还可以进行视频联动报警输出。通过监控中心，该系统还可以实现环境信息、报警信息的远程传输与集中管理。
作为整个系统的核心，现场终端的原理框图如图三所示。其主要设计特点如下：

无线通信。采用GSM/GPRS移动通信网络作为通信平台，实现无线通信与组网。因此，不需要为新增的监控点专门铺设传输线路。GSM/GPRS移动通信网络为公用信息系统，不仅信号覆盖广、通信可靠性高，而且整个通信网络由运营商负责维护，维护成本极低；

模块化设计。采用成熟的总线技术、标准化的接口管理，对所有功能进行模块化设计。新增的功能与入侵探测器可以迅速加入到原有系统，实现了整个控制系统的即插即用、快速扩容、高度智能；

注重可靠性管理。采用工业级高性能微处理器作为核心控制芯片，确保产品对电磁环境的适应能力；采用严格筛选的电子元器件与SMT电子装联工艺，高质量的PCB材料，确保产品对机械环境的适应能力；
该系统具有自身防破坏报警功能以及后台录音、现场监听、现场喊话、现场鸣警等功能，可以设置多个短信与语音报警号码（含固定电话）；能够提供多路外设接口，可以外接被动入侵探测器或主动入侵探测器，从而实现环境监控报警；为了便于检测与维护，所有防区与外设均可通过手机远程布防与撤防。

五、成功案例

以该技术为核心的产品，已经在深圳市的重要路灯管理路段投入实用近两年的时间。我们的研究工作突破了高压地埋铠装电缆防盗领域长期存在的联络线防盗、铠装层防盗以及全天候防盗等行业性技术瓶颈，大大提高了该领域的防盗能力，改善了城市10kV环网配电系统的供电可靠性。

案例一、2010年9月6日中午12点30分，深圳市路灯管理部门安装在南山区留仙大道的10kV电缆防盗报警器向值班人员发出警报，提示在留仙大道西延长线至中兴通讯厂区的一个电缆沟内的电缆出现异常。深圳市路灯管理部门的巡查人员迅速赶往现场。盗贼仓惶逃窜，并在现场遗留下作案工具一套、准备装铜皮的口袋三个等等。具体图片参见图四与图五。
案例二、2010年10月7日凌晨2点15分，深圳市路灯管理部门安装在福田区白石三道的10kV电缆防盗报警器向值班人员发出警报，深圳市路灯管理部门的巡查人员迅速赶往现场。盗贼从电缆沟里仓惶爬出，并与巡查人员发生遭遇后逃逸。现场遗留下作案工具、瓶装水等等。具体图片参见图六与图七。
案例三、2012年4月23日上午10点04分，深圳市路灯处安装在填海区白石三道3#至白石四道4#箱的10kV铠装电缆报警器向值班人员发出短信和电话警报，提示有人盗窃。巡查人员迅速赶到现场，当场抓住盗窃嫌疑人一名，缴获作案工具一批，及时制止了电缆盗窃行为。目前，该嫌疑人已被依法移送司法机关。

在上述案例中，我们发现在同一电缆沟内，未安装防盗报警器的许多电缆，均已被剥皮数十米至上百米不等。这些电缆基本已经报废。经现场检查，安装有防盗报警器的路灯电缆，只有铠装层被剥开5-6米，而内部结构尚未被破坏，经简单处理后即可恢复使用。

深圳市路灯管理部门对所有安装防盗报警器的线路进行了全面检查，结论是：至今尚未报警的防盗报警器均处于正常工作状态，相应的电缆完好无损。

对于电气设备而言，深圳市的气候环境与电磁环境是非常恶劣的。其气候环境的特点是气温高、湿度大、雨季长、台风多；其电磁环境的特点是：频繁的雷电天气引起的天然电磁干扰源多、拥堵的交通以及众多的工厂引起的人为电磁干扰源多。经过近两年时间的现场运行，事实充分证明：本文所提出的新理论的具备正确性与实用性；基于本研究工作的10kV电缆防盗报警器完全适应深圳市恶劣的气候环境与电磁环境，运行稳定、反应灵敏，值得信赖。

六、小结

长期以来，深圳市路灯系统的10kV供电电缆在较大的范围内被剥皮、被盗割，而且是修复后又反复被剥皮、被盗割，严重影响了城市路灯供电系统的安全与稳定。因此，10kV电缆的盗割形势是非常严峻的。基于本研究工作的10kV电缆防盗报警器，可以减少甚至防止针对电缆的剥皮、盗割等犯罪行为，有效打击电缆盗窃团伙的嚣张气焰。

此外，该产品还可以对10kV电缆的自然老化等原因引起的物理缺陷以及野蛮施工等原因引起的外力破坏进行及时报警，防止产生短路、爆炸等严重后果，从而提升城市景观路灯的可靠性管理水平。

【参考文献】

1、商新建，周永，董建平著；一种路灯电缆防盗报警解决方案；中国照明2007年第5期

2、邓杰文著；10kV电力电缆遭受外力破坏的原因分析及防治措施；科技资讯2010年第12期

3、PaulHorowitz，WinfieldHill著；吴利民等译；电子学；电子工业出版社；2009

4、WaltJung著；张乐峰、张鼎译；运算放大器应用技术手册；人民邮电出版社；2009

5、Renesas Electronics Corp；Ｒcj09b0019_r8c_2425usermanual；2008