路灯电缆防盗检测和定位新方法
第33卷 第17期2009年9月10日Vol.33 No.17Sept.10,2009
路灯电缆防盗检测和定位新方法
曾祥君1,金光明1,张戈力1,杜新建2
(1.长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南省长沙市410076;2.湖南省电力公司长沙路灯管理所,湖南省长沙市410011)
摘要:提出了一种路灯电缆防盗新方法。将一个可调电抗器和一个定值电阻串联接入路灯变压器的中性点与三相输出母线之间,经可调电抗器注入一个变频恒流信号,寻找单相路灯电路的谐振频率。根据谐振频率的大小计算线路上连接的路灯数量,判断线路是否完整,并通过计算找出电缆被盗点。该方法无需在线路末端增加设备,不受变压器型号和线路长度的影响,解决了路灯系统关灯期间断线报警的问题。仿真和实验结果验证了该方法的可行性。关键词:路灯电缆;防盗报警系统;高压钠灯;谐振测量中国分类号:TM75
0 引言
目前,随着社会的快速发展,导致各种金属资源供应紧张。路灯电缆因其输送电压低、布置分散、含铜高等特点而受偷盗者的关注,给公共事业带来了
[1 2]
极大的困扰和隐患。
现有的电缆防盗检测方法主要有4种[3 6]:测漏电流法、测工作电流法、测直流阻抗法、电力载波法。测漏电流法和测工作电流法只能适用于路灯通电条件下,而且受气候和电压波动的影响,可靠性有限。测直流阻抗法和电力载波法能适用于断路工况,但前者受路灯结构的影响不能适用于路灯电缆防盗,后者只能检测出被盗线路,无法进行被盗点定位,而且受电路电容的影响,传输范围有限。上述防盗方法都有一定的局限性,为此,有必要研究新型路灯电缆防盗方法。
为了克服传统电缆防盗方法不适用于路灯电缆的缺点,本文介绍了一种路灯电缆防盗检测和定位新方法。
图1 高压钠灯原理
Fig.1 Principlediagramofhighvoltagesodiumlamp
由于电子触发器与镇流器电感串联后与补偿电容并联,所以镇流器和电子触发器的阻抗可忽略。由此可得,断电工况下路灯可用补偿电容等效。此时,路灯支路可用图2(a)
所示的等效电路图表示。
图2 路灯支路电路
Fig.2 Equivalentcircuitofstreetlampbranches
1 路灯电路及其简化图
在路灯供电系统中,使用的是带电感镇流器、补偿电容和电子触发器的高压钠灯,其电路图如图1所示。
在路灯两端加入低于50V的电压时,电子触发器两端产生的电压不足以使高压钠灯触发,高压钠灯处于断路状态。通过检测可知,电子触发器可以
用一个阻抗很大的电容代替。
收稿日期:2009 03 13;修回日期:2009 06 16。
补偿电容C0在路灯内部补偿电容器的铭牌上有标示,为已知值。每条线路上连接的路灯以及镇流器的型号相同,所以对应的等效电容阻抗值也相等。令C1=C2= =Cn=C0,根据并联电容阻抗的计算方法,路灯电路的简化图如图2(b)所示。其中,路灯支路总电容C=nC0,n为被测电路中路灯的数量。
2 防盗监控原理
2.1 防盗测量原理
在路灯电路简化图中串联一可调电抗器L和
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一个定值电阻R,可以得到防盗测量原理图如图3所示[7 8]
。
图3 电容电流谐振测量原理
Fig.3 Schematicofresonancemeasurementprinciple
测量时,I向检测电路注入恒流变频信号,检测返回电压信号U。当注入电流I与返回电压U的相位相同时,被测电路电容与串联电感发生串联谐振,记录该谐振频率 0,则有:
(1) 0L=0可得被测电路路灯数n为:
n=(2)
0LC0
将式(2)计算出的路灯数量与被测线路中路灯实际的安装数量进行比较。若两者相等,说明该电路路灯电缆连接正常,反之,则出现电缆被盗。2.2 三相路灯系统防盗检测
实际的路灯供电系统采用三相四线制供电,变压器的每条出线连接一条母线。由于每条母线上所连接的所有路灯均为并联连接,所以每条母线所连接的路灯系统电路图也可以用图2(b)来等效。由此可得三相路灯系统防盗检测电路如图4
所示。
生路灯电缆被盗。2.3 误警排除
2.1节和2.2节介绍了当线路路灯检测数量与对应线路路灯安装数量不相等时,判断为电缆被盗。但是实际路灯系统中还有2种因线路路灯检测数量与对应线路路灯安装数量不相等而产生误警的情况,其误警和排除方法分别为:
1)电容损坏。当线路补偿电容老化或击穿时,电路电容会减少,也会发生路灯检测数量与路灯安装数量不相等的状况,产生误警。
2)线路断路故障。当线路发生非电缆被盗的断路故障时,与单相路灯电缆被盗时完全相同,也会产生误警现象。
由于以上2种误警情况均为单相故障,只对该相的路灯检测数量造成影响,而不影响非故障相的路灯检测数量。通常情况下路灯电缆被盗时,三相四线的4根电缆同时被盗。所以当路灯系统中仅有一相路灯监测数量改变时,判断为该相电容损坏或单相断路,当三相路灯检测数量均发生改变时判断为电缆被盗。
2.4 被盗支路的判定及被盗点定位
由于巡检法仅能判定电缆是否被盗,无法判定被盗支路和被盗点。而三相路灯电缆必定在同一地点被盗,所以在判断出电缆被盗后,停止巡检,只需要直接对其中任意一相进行被盗支路的判定和被盗点定位。被盗支路检测图如图5
所示。
图5 支路检测
Fig.5 Circuitdiagramofstreetlampbranches
图4 三相检测电路
Fig.4 Circuitdiagramofthree phasestreetlampsystem
当三相断路器Ka,Kb,Kc断开时,旋转开关Kj开始旋转,当动触头依次连接a,b,c三相触点时,检测仪器分别对A,B,C三相进行巡检,循环读取三相线路连接的路灯数量检测值,并与对应相线路中安装的路灯数量实际值进行比较。如果两者相等,说明该相路灯电缆完整,如果两者不相等,说明该相发
图5用于检测系统对电缆被盗相路灯系统进行被盗支路检测,该相路灯系统用6条支路表示,每条支路负载都可以用图2(b)所示的电路等效。当防盗检测仪器判断A相路灯线路中出现电缆被盗时,调节支路开关K1~K6的状态,使检测回路中有且仅有1条支路,利用图3所示的防盗检测原理依次检测各条支路的电缆状况,找出路灯检测数量与实际安装数量不相等的支路,即被盗支路。读取此时路灯的检测数量n,电缆被盗点在第n根与第n+1根路灯杆之间。
2009,33(17)
3 可调电感的选取
式(2)可以变形为:
(3)
0L
为了考虑滤波电路响应频率和计数器位数等限制,谐振频率必须控制在一定范围内。由式(3)可知,频率仅与电路中连接的路灯数量n有关。在巡检时根据实际路灯数量选取合适值,使线路谐振频率在控制范围内。当出现被盗,路灯数量n减少,将使谐振频率增大,此时适量增大可调电感的大小,使谐振频率降低到控制范围以内。
=
路灯,即每相平均供8盏路灯。在变压器中性点安装检测仪、可调电抗器L、串联定值电阻R和旋转开关Kj,白天路灯线路停电时,三相断路器Ka,Kb,Kc断开,旋转开关Kj依次连接a,b,c三相触点时,检测仪器分别对A,B,C三相进行巡检,测量三相路灯的数量,按照2.2
节和2.4节所描述的方法检测被盗支路和被盗点位置。
4 仿真和实验测试
4.1 仿真测试
为了验证防盗测量法对路灯电缆被盗点定位的精度,构建了基于MATLAB/Simulink的仿真模型,对单相测量过程进行了仿真,结果见附录A。4.2 实验测试
仿真结果显示,被盗点定位结果与电路实际断路点吻合。在此基础上进行了模拟实验,主要考查路灯电缆防盗检测中被盗点定位的检测精度。实验采用110W高压钠灯,其补偿电容为12 F,检测结果如表1所示。
表1 实验测试结果Table1 Experimentresults
n3581114
L/mH
9696505050
f/Hz84 1665 7072 3061 8054 82
C/ F37 2561 1396 92132 65171 95
n计算3 105 098 0811 0514 05
n 0 100 090 080 050 05
图6 工程方案
Fig.6 Projectscheme
6 结语
本文提出了一种路灯电缆防盗检测新方法。该检测方法以电容电流谐振检测方法为基础,检测断路工况下路灯电路的谐振频率,根据频率的大小计算路灯电路中连接路灯的数量,根据路灯的数量判断路灯线路的完整性并进行故障定位。该方法以单相支路为检测对象,不受变压器类型的影响,没有线路长度限制,适合在路灯供电系统断路工况下运行。理论分析、仿真和实验验证了该方法的可行性。附录见本刊网络版(http://www.aeps info.com/aeps/ch/index.aspx)。
注:L为采用的可调电感;f为谐振频率;C为被测电容;n为线
路中连接路灯的实际数量;n计算为根据被测电容计算出的路灯数量;n 为路灯数量检测误差。
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4.3 误差分析
由实验结果可知,通过谐振频率计算出的断路点位置与实际位置有一定误差,主要原因是路灯中补偿电容的大小不精确,允许有10%的误差。但该方案的被盗点定位只是将故障点定位在一定范围内(相邻两盏路灯之间),没有计算到具体某一点,所以该被盗点定位方法允许有一定的误差,只需要将计算出的n值取整数即与实际断路点吻合。较小的测量误差对实际的被盗点定位没有影响。
5 实际工程中的实现方案
针对长沙市路灯管理所提供的一路灯变压器供电的典型电路,设计路灯电缆防盗检测实现方案如图6所示。具有12条供电线路,每条线路供24盏
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曾祥君(1972 ),男,教授,主要研究方向:电力系统微机保护与控制。E mail:[email protected]
金光明(1982 ),男,通信作者,硕士研究生,主要研究方向:电力系统微机保护。E mail:[email protected]
张戈力(1988 ),男,主要研究方向:电力系统自动化。
ANovelAnti theftandLocationMethodofStreetLampPowerCables
ZENGXiangjun1,JINGuangming1,ZHANGGeli1,DUXinjian2
(1.ChangshaUniversityofScienceandTechnology,Changsha410076,China;
2.ChangshaStreetLampManagement,HunanElectricPowerCompany,Changsha410011)
Abstract:Anovelanti theftmethodofstreetlamppowercablesbasedoncapacitancecurrentresonancemeasurementprincipleispresented.Anadjustedreactanceandaresistanceareinseriesconnectionwiththree phasebusesandtransformerneutralpoint.Currentsignalsvaryingwithfrequencyareinjectedtothestreetlamppowersystem,andthentheresonancefrequencyissought.Theequivalentcapacitanceandthelampnumberarecalculated.Whetherthecableisstolenornotcanbejudged,andthefaultpointisalsolocated.Thenovelmethodneedn taddequipmentattheendofstreetlampcables,andit snotinfluencedbylamppowersystem.Analarmcanbesentoutwhenthelamplineisbroken.Simulationsandexperimentsarecarriedout.Resultsshowthattheproposedmethodissimpleandcorrect.
Keywords:streetlampcables;anti theftandalarmsystem;highvoltagesodiumlamp;resonancemeasurement
(上接第111页 continuedfrompage111)
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王 鹏(1977 ),男,通信作者,助理研究员,主要研究
方向:高电压测量技术。E mail:[email protected]
张 军(1970 ),男,高级工程师,主要研究方向:电力系统运行与管理。
余 泳(1966 ),女,高级工程师,主要研究方向:电力系统电网规划。
ANewTypeofOn lineMonitoringSystemforElectricalEnduranceofCircuitBreaker
WANGPeng1,ZHANGJun2,YUYong3,L Zhiqiang4,LUOChengmu1
(1.TsinghuaUniversity,Beijing100084,China;2.XiningElectricPowerCompany,Xining810003,China;
3.GansuElectricPowerResearchInstitute,Lanzhou730050,China;
4.DingxiPowerSupplyCompany,Dingxi743000,China)
Abstract:Electricalenduranceisoneofthemainparametersfortheconditionassessmentofcircuitbreakers.Torealizetheon linemonitoringofelectricalenduranceforthecircuitbreakersunder10kVvoltagelevelinseveralsubstations,anewtypeofmonitoringsystemisdeveloped,inwhichamethodproposedisusedtocalculatetheelectricalendurancewiththemeasuredcurrentatthe10kVsideofpowertransformerandpositionchangeinformationofcircuitbreakers.Themonitoringsystemhasthecharacteristicoflowcostandcanbeinstalledevenunderchargedstate.
Keywords:circuitbreaker;on linemonitoring;electricalendurance;faultheavycurrent