刘兴民
国网山东省电力公司东明县供电公司 274500
摘要 随着变电站KYN型10kV高压开关柜全面推广应用，变电站10kV出线几乎均以变电站为中心进行放射形电缆敷设出线。变电站周围直埋电缆数量多、错综复杂，电缆标示桩到处林立，一旦个别标示桩遗失或被盗窃，很难辨别电缆实际走向。当再次进行新增线路敷设施工或周围进行其他土建施工时，极易造成先前直埋电缆遭受外力破坏。因此，通过现代化的计算机管理手段对电力电缆进行的保护和信息管理，构造起直埋电缆的最后一道安全防线，可以有效解决电缆避免遭受外力破坏的这一大难题。
关键词 直埋 光纤 预警 电缆
现阶段计算机在电缆信息管理中的应用，只是作为电力企业的信息管理中的应用，只是作为电力管理信息系统的一个模块，对电缆相关班组的信息进行一些日常档案管理。因此很难保证电缆标示桩万无一失、巡线人员24小时盯防、周围无野蛮施工、无盗窃等事故发生。然而电缆桩遗失后，无法及时发觉。同时因为电缆标示遗失后，不能确定原有线路位置。因此，如何通过现代化的计算机管理手段对电力电缆进行的保护和信息管理，构造起直埋电缆的最后一道安全防线。
一、技术原理及性能指标
（一）系统简介。
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本成果为一种具有无线通讯功能的高压直埋电缆标示桩管理系统，包括：感应取电系统、直埋电缆安全预警系统、无线通讯系统及监控中心后台监控系统。其中感应取电系统包括电能转换器、可控整流器、充电电池，电磁感应原理，通过感应线圈从高压电缆线路上感应交流电压，然后经过电源变换后输出直流电源；直埋电缆安全预警系统包含光纤、HFBR-1414发射器、光纤HFBR-2412接收器、光纤链路传感器；无线通讯系统由GPRS接收、发射模块组成。
将光纤沿直埋电缆距离地表层0.3米处双向横向敷设，即将光信号发送至电缆终端处，并返回在该装置上。当电缆表层周围出现外力施工或盗窃电缆时，首先破坏到电缆上层脆弱的光纤导线，安装至在电缆标示桩内的直埋电缆安全预警系统的声光告警装置迅速发出信号，警告并阻止现场工作人员。同时将信号通过无线通信系统发送至监控中心的后台监控系统，值班人员迅速通知相关管理部门进行相关制止。同时系统以GPS定位电缆标示桩为管理单元，通实时监控平台对全县高压直埋电缆进行台帐管理、故障管理及安全管理。实现减少高压电缆线路巡视、在线监测电缆标志桩的缺失、电缆安全预警、路径图管理等高压电缆运行管理的新模式。
（二）直埋电缆安全预警系统。
技术方案是：该系统以ARM 2138单片机为微控制处理器，由1个光纤HFBR-1414发射器连接一个16路光纤分路器与16根光纤及16个光纤HFBR-2412接收器配合使用组成一套16路光纤链路传感器。3.2寸TFT液晶显示屏输出显示每条被测电缆在线监测状态，当出现异常时单片机启动声光报警装置现场警告，同时由单片机串口通过IE608070-5-103规约与变电站通讯管理通讯。
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（三）感应取电系统。
感应取电模块包括电能转换器、可控整流器、充电电池。是将感应取电技术应用到电缆标示桩，电力线路感应供电装置采用超级电容器作为储能元件，取能元件选用０．１～０．２ｍｍ超细聚氨酯绝缘漆包线绕制成７５００－１６５００匝线圈，磁环设计成为方形开合式结构，高效节能，可以带电安装到高压线路上。利用电磁感应原理，通过感应线圈从高压电缆线路上感应交流电压，然后经过电源变换后输出直流电源。本装置不受线路分布电容、励磁涌流、高次谐波、电流波动的影响，可免维护长期可靠工作。
二、主元器件选取
（一）控制器模块的选择。
ARM2138具有强大的存储空间，内嵌32K片内静态RAM和512K的flash存储器，可以实现在系统可编程（ISP）、在应用可编程(IAP)，2个8路10位A/D转换器，1个D/A转换器，转换迅速准确，引脚资源丰富，多达47个可承受5V电压的通用I/O口，多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、2个高速I2C借口（400Kb/s）、SPI和具有缓冲作用和数据长度可变功能的SSP。
（二）光纤发射及接收元件的选择。
HFBR-1414光发射器和HFBR-2416光接收器组成。电路结构简单、工作性能稳定。价格低廉，通信速率可达5MBd，通讯距离可达3km。发射/接收器元件具有，电路简单、性价比高等优点。
（三）告警元件的选择。
闪灯交替，12V 声音100分贝。外观能突显报警作用，外观能突显报警作用，且与设备易安装，24V电压能使声音更加洪亮。
（四）传感器的选择
将光纤导线易折断缺点巧妙的转化为优点，同时充分利用光纤导线传输距离远、误码率低、速率高、抗强电磁场干扰、低耗能、低衰减、耐腐蚀、体积小、重量轻、便于施工维护、敷设方式灵活、成本低等优点。
三、技术的成熟程度，适用范围和安全性
（一）技术的成熟程度。
目前，感应取电、直埋电缆安全预警、无线通讯等技术已十分成熟。其中直埋电缆安全预警系统已在完成国家发明专利和实用新型专利申请，并获得实用新型专利授权和2014年菏泽职工创新成果贰等奖。
（二）适用范围。
该系统仅仅是以直埋电缆的条数多、电压等级高、电缆电磁场强等复杂情况作为典型事例进行研究。同时适用于各种直埋光缆、线缆等弱点线路及直埋油、气管道。
（三）安全性。
系统将光纤导线更换为铜型或铝型电线，将电线作为传感器，同样沿直埋电缆敷设，其中成本低于光纤导线成本，同时铜线或铝电线耐腐蚀、体积小、重量轻、便于施工维护、敷设方式灵活、无辐射、无污染、成本低等优点。但实验发现，铜导线作为传感器在高压电缆应用时出现强电磁场干扰现象，严重影响测量；同时铜铝导线均出现高耗能、高衰减、高误码率、传输距离近、已发生触电等缺点。
五、效益分析
（一）社会效益。
无线通讯功能标示桩的高压直埋电缆管理系统的应用，能够防止电缆盗窃，减少因电缆受外力破坏而导致的大面积的停电次数；另外，一旦遭受破坏还能够减少停电时间，缩短检修时间，提高电网可靠性，践行“你用电，我用心”的企业理念。
（二）经济效益。
按照全国往年电缆有关的台账资料，10kV高压电缆平均每年遭受外力破坏的条数及负荷损失情况，按照检修费用、材料费用及电量损失计算，每年可减少直接经济损失约达数百万元。每次停电将对化工企业带来数十亿万元的间接经济损失。
参考文献
[1]王振浩，杜长军，城区电力电缆接头温度的在线监测与分析系统，电气应用，2010(1).
[2]肖洪，潘贞存，电力电缆接头运行温度的在线检测，自动化仪表，2002(23).
（作者简介：刘兴民，高级工程师、一级技师，从事电网建设等工作；山东省东明县东关大街121号国网山东省电力公司东明县供电公司。）