旧城改造过程中的线路防外破检测方法研究

引言

近年来,深圳经济发展迅速,引来大批开发商投资,深圳的旧城区不可避免地向现代化城市靠拢,在这个过程中,必然会涉及很多旧城改造项目。旧城改造会涉及住户的搬迁,从而出现很多无人居住的房子,此时就会出现偷盗低压架空线路的盗窃分子。巡逻队在白天巡逻,所以盗窃者往往选择在夜间行窃,城区内存在很多监控死角,因此盗窃架空线路的行为具有操作简单、难发现、难追查、难治理、随机性、突发性等特点,不仅给电网带来了巨大的经济损失,同时也给电网工作人员和社会治安人员带来了不小的麻烦。

除盗窃因素外,一些施工操作不规范而破坏线路的人为因素也是导致线路破坏的主要原因之一,并且还会威胁施工人员的生命安全。

针对上述问题,本文根据旧城改造项目低压配电线路运行状态与负载的特点,对线路防外破的检测方法进行研究。

1现状分析

1.1线路防外破检测方案研究现状

传统的线路防外破检测主要依靠人工巡检,通常有以下几种方式:(1)定期巡检,由工作人员定期到现场进行查看:(2)故障后检修,即线路故障后,检修人员到事故现场进行故障排查:(3)固定视频监控,在关键固定位置安装监控,由值守人员通过屏幕远程观看现场情况。

目前主流的线路防外破检测方案为可视化巡视方案,即在输电线路杆塔上安装视频监控拍摄装置,利用人工智能领域的图像识别技术识别出线路通道内的故障隐患,再通过无线3G/4G的通信方式获取信息,最后将线路故障的预警信息通过推送技术上传至巡视人员的手机App。

在识别故障信息时所用到的核心技术可分为以下三个类别:传统视频监控技术、雷达技术、超声波回声测距技术[7]。

1.2现有技术存在的问题

现有巡视方式在解决旧城改造过程中的线路盗窃问题时主要存在下列几个问题:

(1)硬件设施投资较大,监控设备使用的流量成本较高。

(2)设备维护所需的人力、物力和成本较高。

(3)设备成像结果受天气因素影响较大,在恶劣天气下结果较差。

(4)AI算法还有很大的改善空间,目前有较高的误报率。

2断电检测法

2.1旧城改造线路特点分析

为了防止盗窃行为的发生,往往需要用到更加简单、可靠、高效的方案,而不需要投入过多的人力、物力和硬件设施,所以本文通过分析旧城改造过程中线路的特点来制定逻辑简单、结果可靠的电力线路防外破检测方法。

在旧城改造过程中,用户搬迁致使配网的末端无负载,也导致线路被盗时不能及时发现,同时由于10kV及以上线路外破告警装置配备齐全,所以被盗的往往是线电压为380V的低压架空线路。

根据以上特点,制定了一套通过断电后的测量装置的测量结果来判断线路被盗后线路所发生的故障类型的方法,本文将其称为"断电检测法"。在检测装置检测出故障类型后,通过硬件装置可与电网运维等相关工作人员进行通信,发出故障信息、地点信息和警告信息,便于工作人员了解具体情况,最终及时制止偷盗分子的盗窃行为。

2.2方法原理

如图1所示,在配网线路的负荷侧安装呈三相星型连接的3个电压测量装置,将电压测量装置用电压表来代替,同时前文已提到旧城改造过程中配网末端处于空载状态。图中MCU表示微控制单元。

图l配网侧线路示意图

线路盗窃者造成的故障为从配电变压器二次侧出线到用户电表箱之间线路的断线故障,通常将这一段线路称为表前线。当盗窃分子造成不同类型的线路故障时,电压表的测量数值会发生相应变化,假设21、22、23为电压表V1、V2、V3的测量电压值,下面根据图1来讨论以下几种故障情况:

(1)正常运行状态:21、22、23均为220V。

(2)当发生单相断路故障时,例如当+相表前线断线时,电压表21为0V,其余两表均为220V,A相和C相断线则同理。

(3)当发生两相断路故障时,例如当+、A两相表前线断线时,21、23为0V,22为220V。

(4)当发生三相断路故障时,无论开关K1是否闭合,21、22、23的值均为0V。开关K1用来与中性线断线情况相区分,详见下文。

2.3方法改进

在实际情况中,经常出现偷盗分子盗取中性线的现象,所以对上述方法进行进一步的讨论和改进,考虑中性线断线情况。

(1)只有中性线断线:此时只通过3个电压表的测量结果无法与其他断线故障做出区分,需要借助MCU编程控制或硬件设计等辅助手段将其中一个电压表人为断开,假设将电压表V1断开,则此时22＋23=380V。根据此特征可以将中性线断线与其他故障区分开来。

(2)中性线断线＋单相断线:此时无论哪一相线路发生单相断线,都有21＋22＋23=380V。

(3)中性线断线＋两相断线:假设断线相为+、A,该故障情况同样需要借助MCU的程序控制,当21、22、23的值均为0V的结果传给MCU时,MCU控制开关K1由断开转为闭合,此时22由0V转变为220V。注意:只有满足21=22=23=0V时,才可让K1闭合。

结果总结如表1所示。

3硬件设计

根据前文所述的断电检测法可对MCU进行编程,最终以MCU为核心、与其他关键硬件电路所组成的硬件逻辑简图如图2所示。图2是图1的后续部分,其左侧的配电线路表前线即代表了图1所示的内容。前文已提及V1、V2、V3为电压测量装置,在实际应用中使用电压互感器进行电压测量,以便将220V的电压信号转换成MCU可读取的小于5V的电压信号。MCU对整流后的电压信号进行故障检测,接收到故障信号后发送信号给NA一Iot模块,最后由NA一Iot将告警短信发送至手机。

基于防盗窃目的,本硬件装置的使用场景需要其24h不间断工作,所以供电电源应由电表箱中的220V交流电经变压器后再进行整流滤波供电。另一方面,由于在偷盗行为发生时会发生断电,所以装置需要在断电期间由其他供电方式获取能量完成告警信息的发送。

断电期间的供电可采用以下两种方案:

图2硬件逻辑简图

(1)采用外部锂电池供电:

(2)在电路的电源位置并联一个大电容。

装置外壳采用导轨式塑料外壳,现场安装位置为电表箱内的导轨上。与此同时,为精确定位故障位置,应在室外的配电线路上每隔一段距离安装一台断电检测装置。安装方式如下:首先对线路外绝缘剥皮,然后将装置的电压互感器测量端子通过线夹夹在线路上,最后做好绝缘防护工作。另一方面,由于220V的配电线路不可避免地会对装置产生电磁干扰,所以装置应充分考虑抗电磁干扰性能。

提高装置的抗电磁干扰性能,有以下几种方式:

(1)选用频率较低的VMC:

(2)在电源处设计减小电源噪声的电路:

(3)合理分布元件,尽量避免电路信号线间的交叉干扰。

由于装置安装地点为室外,应进一步考虑装置的防水与散热性能,在设计电路时通过对器件进行合理排布增强散热性能,选择外壳时,应选择有散热孔的散热性能良好的外壳。防水方面,应在塑料外壳的最外层加上一层金属外壳。

考虑到金属外壳对天线信号具有屏蔽作用,3N-BIt模块所连接的天线应放置在金属外壳外部。通过对金属外壳进行打孔并在孔位处安装防水接头充分提升防水性能。

4结语

据统计,2021年深圳仅一条街道内丢失的低压架空线路就长达千米,整个深圳因盗窃架空线路而造成的经济损失可达数十万元。

为制止低压架空线路的偷盗现象,本文提出了断电检测法,该方法具有简单、可靠、高效的优点,且所搭配的硬件成本低、寿命长、抵抗自然环境能力强,完全适用于防盗的应用场景。装置可在识别出线路故障后将故障发生地点和故障类型第一时间以告警短信的方式发送给相关工作人员,便于及时发现并追回被盗的线路,将犯罪分子绳之以法,以防类似事件的发生,对减小电网经济损失和提升社会治安水平具有重要意义。