基于GIS的电力电缆的防盗监测定位系统及监测方法

摘要

本发明公开的基于GIS的电力电缆的防盗监测定位系统及监测方法，在短时间内发送一个由多个低压脉冲信号组成的小信号脉冲群，在一定程度上防止了误报以及提高了定位精度。小脉冲群在电缆屏蔽层中传播，对脉冲的损耗要比在芯线中传播要小，从某种程度上也节省了电能。采用GPRS消息发送模块，能够让上位机与终端时刻保持连接，确保报警消息能及时准确的发出。搭载有GIS的上位机能准确定位盗割点的地理位置，并能给出到达盗割点的最佳抢修行动路线，便于工作人员能够快速前去抢修。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统电缆防盗技术领域，具体涉及一种基于GIS的电力 电缆的防盗监测定位系统，本发明还涉及采用上述系统进行监测的方法。

背景技术

电力施工方在敷设电缆完毕后，往往被不法分子盗割，造成财产的损失 及工程项目的拖延。特别是在野外施工时，电缆丢失的情况比较多。甚至有 些时候，电缆被盗割后过了很长时间才发现。依靠人员看护可以解决一些问 题，但是距离长、巡查难度大，在有人看护情况下仍然不能避免电缆盗割。 另外，就目前的电缆测试仪而言，他们的误报率高，定位不够精确，不能准 确给出盗割点的地理位置。因此，迫切需要借助技术的手段来改进和解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于GIS的电力电缆的防盗监测定位系统，解 决了现有电力电缆的盗割的不能准确定位地理位置问题。

本发明的另一目的是提供基于GIS的电力电缆的防盗监测方法。

本发明采用的技术方案是，基于GIS的电力电缆的防盗监测定位系统， 包括CPU主控模块，CPU主控模块上分别连接有脉冲群保护单元、脉冲群 驱动单元、触控式液晶屏、电池电源，CPU主控模块还通过GPRS发送模块 与搭载有GIS的上位机通信，电池电源还分别与触控式液晶屏、GPRS发送 模块相连接。

本发明所采用的另一技术方案是，基于GIS的电力电缆的防盗监测方 法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：测试及设置；

步骤a：通过触控式液晶屏选择并确定当前所要检测电缆的长度和绝缘 层材质，CPU主控模块确定其所对应的发射信号的脉冲数、宽度以及波速；

步骤b：CPU主控模块发出PWM波，后经脉冲群驱动单元放大后进入 电缆，经反射后波形再被CPU主控模块捕获；

步骤c：CPU主控模块接收到反射信号群后关闭计时器，存储该时差为 标准时差；

步骤2：投运；

步骤a：CPU主控模块按照某一个周期不断发出PWM波，后经脉冲群 驱动单元放大后进入电缆，经反射后波形再被CPU主控模块捕获；

步骤b：CPU主控模块先比对两次波，判断极性是否相同，若相同，则 将检测到的时差和标准时差做差，若不相同，则继续发送PWM波；

步骤c：如果发生盗割，将差值带入公式计算，算出盗割点到检测点的 距离，其计算公式为：故障距离=本次时差/标准时差×电缆总长；

步骤d：CPU主控模块向主机或终端发送信息，信息内容包括该检测器 的编号、位置和盗割点的地理位置。

本发明的特点还在于，

其中的步骤1的步骤a中脉冲数确定依据为：当电缆长度小于10km时， 一次发射3个脉冲；当电缆长度大于10km时，每增加5公里就相应的增加 一个脉冲；脉冲宽度确定依据为：电缆长度小于等于1km时，建议脉宽为 0.2μs；当电缆长度大于1km小于10km时，建议脉宽为2μs；当大于10km 时，每增加5km，就相应的增加1μs；波速的确定依据为：油纸绝缘取160m/μs， 交联聚乙烯取170m/μs，聚氯乙烯取180m/μs，橡胶取220m/μs。

其中的步骤2的步骤d中低压输出脉冲信号群均为10～100伏，脉冲宽 度的范围为0.2～4μs。

本发明的有益效果是，本发明方法和现有测试方法相比优点在于，它在 短时间内发送一个由多个低压脉冲信号组成的小信号脉冲群，在一定程度上 防止了误报以及提高了定位精度。小脉冲群在电缆屏蔽层中传播，对脉冲的 损耗要比在芯线中传播要小，从某种程度上也节省了电能。采用GPRS消息 发送模块，能够让上位机与终端时刻保持连接，确保报警消息能及时准确的 发出。搭载有GIS的上位机能准确定位盗割点的地理位置，并能给出到达盗 割点的最佳抢修行动路线，便于工作人员能够快速前去抢修。

硬件方面，本发明所采用了新型“小信号脉冲群法”来定位盗割点的地 理位置，其中的GIS定位技术，以及基于GPRS的信息通信技术都是成熟的 技术。16位单片机发出的PWM波宽度可调，且具有高精度的捕获功能，输 出频率最高达66MHz，能够满足所有电缆测试的工程技术要求。具有抗干 扰能力强，实时监控效果好，定位精度高，误报率低的特点，并且体积小， 重量轻，安装方便。

附图说明

图1是本发明防盗监测定位系统终端的功能结构框图；

图2是“测试及设置模式”下发送与接收到的脉冲群波形图；

图3是“投运模式”发送与接收到的脉冲群波形图；

图4是“测试及设置模式”的工作流程框图；

图5是“投运模式”的工作流程框图；

图6是基于GIS的电力电缆的防盗监测定位系统实现框图。

图中，1.CPU主控模块，2.脉冲群保护单元，3.脉冲群驱动单元，4.触控 式液晶屏，5.电池电源，6.GPRS发送模块，7.搭载有GIS的上位机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明基于GIS的电力电缆的防盗监测定位系统的结构，如图1所示， 包括CPU主控模块1，CPU主控模块1上分别连接有脉冲群保护单元2、脉 冲群驱动单元3、触控式液晶屏4、电池电源5，CPU主控模块1还通过GPRS 发送模块6与搭载有GIS的上位机7通信，电池电源5还分别与触控式液晶 屏4、GPRS发送模块6相连接。

CPU主控模块1，用于发出不同脉冲数的PWM信号群与捕获从电缆反 射的信号群，并且可以控制脉冲群驱动单元输出信号群的幅值；脉冲群保护 单元2，保护CPU因信号幅值过大而被烧坏；脉冲群驱动单元3，用于将 CPU发出的PWM波放大成不同幅值的小信号脉冲群；可拆卸的触控式液晶 屏4，用于设置脉冲数、脉冲宽度以及脉冲幅值，满足不同用户的需求；GPRS 发送模块6，用于向上位机发送盗割点的精确位置；电池电源5，对整个系 统供电；搭载有GIS的上位机7，采用工业控制计算机，装有GIS系统，用 于显示盗割点的确切地理位置和给出到达盗割点的最佳路径。

如图2所示，在“测试及设置模式”下：通过触控屏设置被测电缆的各 项信息，确定信号传导的标准时差。图中，相应两波峰间距离就是标准时差， 脉冲群个数可以自己设定，前面的脉冲群为发出脉冲群，后面脉冲群为接收 脉冲群；

如图3所示，在“投运模式”下：CPU连续发射三个5V，长度0.2～4μs 脉冲波，经驱动模块放大后输出一个幅值范围10～100V不等的小信号脉冲 群，发射的脉冲信号进入电缆，经传导和反射后被CPU捕获单元捕获，接 着CPU将比对两次波形的极性是否相同，若相同则进一步计算故障距离， 并通过GPRS发送模块发送盗割点的精确地理位置，上位机会通过GIS准确 定位并在地图上显示盗割点的确切位置。如果正常，则控制CPU循环发射 脉冲信号。图中，相应两波峰间距离就是标准时差，脉冲群个数可以自己设 定，前面的脉冲群为发出脉冲群，后面脉冲群为接收脉冲群；

本发明采用上述系统进行监测的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：测试及设置：

第一步：通过触控式液晶屏选择并确定当前所要检测电缆的长度和绝缘 层材质，CPU主控模块将会确定其所对应的发射信号的脉冲数、宽度以及波 速。其脉冲数确定依据为：当电缆长度小于10km时，一次发射3个脉冲； 当电缆长度大于10km时，每增加5公里就相应的增加一个脉冲。脉冲宽度 确定依据：电缆长度小于等于1km时，建议脉宽为0.2μs；当电缆长度大于 1km小于10km时，建议脉宽为2μs；当大于10km时，每增加5km，就相应 的增加1μs。波速的确定依据为：油纸绝缘取160m/μs，交联聚乙烯取170m/μs， 聚氯乙烯取180m/μs，橡胶取220m/μs。

第二步：CPU主控模块发出PWM波，后经脉冲群驱动单元放大后进入 电缆，经反射后波形再被CPU主控模块捕获。

第三步：CPU主控模块接收到反射信号群后关闭计时器，存储该时差为 标准时差。

步骤2：投运：

第一步：CPU主控模块按照某一个周期不断发出PWM波，后经脉冲群 驱动单元放大后进入电缆，经反射后波形再被CPU主控模块捕获。

第二步：CPU主控模块将会先比对两次波，判断极性是否相同，若相同， 则将检测到的时差和标准时差做差，若不相同，则继续发送PWM波。

第三步：如果发生盗割，将差值带入公式计算，算出盗割点到检测点的 距离。其计算公式为：故障距离=本次时差/标准时差×电缆总长。

第四步：CPU主控模块向主机或终端发送信息，信息内容包括该检测器 的编号、位置（经纬度）和盗割点的地理位置。其中，所述的低压输出脉冲 信号群均为10～100伏，脉冲宽度范围0.2～4μs。

如图1所示，在“测试及设置模式”下（流程图如图4），将触控屏接到 电缆防盗割系统上，启动“测试模式”，然后需要人工进行设置需要防护电缆 的各项属性，其中主要包括长度以及它的绝缘层材料等，CPU会由输入的各 项参数分别确定小信号群的在电缆屏蔽层中传导的波速以及每个小信号的 脉冲宽度。然后进行在电缆完好情况下的测距试验，首先，将电缆屏蔽层（也 就是导电层）直接接到脉冲驱动单元的端口上，另外，导电层还要接CPU 的信号捕获端口。由于电缆导电层接地，捕获单元第一次接收的是从驱动单 元发出的脉冲群，第二次接收到的将是反射回的是一个负脉冲群（如图2）， 此时CPU就会计算两次脉冲到来的前后时差，然后将该时差记录并保存为 “标准时差”，并且在显示屏上显示该电缆的准确长度。在测试完毕后，断电 并拔下触控屏端口，此时，就可以将保存有标准时差的防盗监测器加载在需 要监测的电力电缆的一端上。

如图1所示，在“投运模式”下，首先，将电缆屏蔽层（也就是导电层） 接在脉冲驱动单元的端口上，另一端接CPU的信号捕获端口。此时，整个 系统被设置为“投运模式”，（流程图如图5）。正常情况下，CPU会周期性的 发出一个小信号脉冲群，该信号群会经驱动单元放大后进入电缆。若电缆导 电层接地，反射回的将是一个负脉冲群（如图2），与发射波极性相反，在经 过内置的波形比对电路比对后，CPU发现无异常，则会命令整个系统继续重 复上述过程，直至发现故障打破循环。当发生盗割时，首先，反射回的脉冲 群应该是一个正脉冲群（如图3），接着，CPU会在捕获到该信号后，经过 与发射波极性比对后发现与发射波极性相同，从而跳出循环，开始计算两次 对应脉冲的时差，该时差必不等于零。接着，根据提前写好的程序和公式， 根据计算的“实际时差”和“标准时差”来计算盗割点到检测点的距离。最后， 命令GPRS模块向上位机发送盗割点的确切地理位置。最终，盗割点的精确 地理位置以及到达该盗割点的最佳路径将会被整合出来并在上位机的屏幕 上显示，以便相关人员前去进行紧急处理。

如图6所示，首先，电缆防盗监测终端工作在“测试及设置模式”，该 模式下，可通过可拆卸式触控屏设置被测电缆的各项信息，确定信号传导的 标准时差，然后存储在终端的标准数据区，并把该标准数据通过GPRS通信 基站发送到上位机，上位机针对该终端的信息设置该电缆的物理地图信息。 然后，电缆防盗监测终端工作在“投运模式”，如果电力电缆没有盗割，终 端一直发送脉冲群、接收脉冲、发送正常信息到上位机，上位机收到该信息 后，在计算机屏幕中显示正常信息。如果发生盗割，电缆防盗监测终端会通 过GPRS通信基站向上位机发送盗割点的地理位置，这样上位机基于GIS会 在屏幕上显示盗割点的详细位置，并给出到达该盗割点最佳路线，并通过短 信形式发送这些信息给相关负责人，相关负责人立即采取补救措施。