变压器电子防盗预警技术研究
摘要： 电力的供应，特别是野外变压器及变电设备的安全、可靠的运行一直是社会、企业、百姓以及媒体关注的焦点。对于变压器设备的运行状况和安全状况进行无人自动监控已经迫在眉睫，成功的对变压器设备的运行状况及安全进行实时监控具有深远的应用意义。本文介绍了变压器电子防盗技术的网络架构及技术组成，研究了变压器防盗过程中主要技术功能及新技术在防盗中的技术应用。
Abstract： The power supply， especially the field transformer and substation equipment"s safe and reliable operation has been the focus of society， enterprises， and the common people. The unmanned automatic monitoring for the operation of the transformer equipment and safety conditions is imminent， the real-time monitoring of successful operation condition and safety of transformer equipment has far-reaching application significance. This paper introduced the network architecture and the technology of transformer electronic security technology， studied the technology functions of transformer anti-theft and the application of new technology in security.
关键词： 防盗终端；网络技术；变压器防盗；软件应用
Key words： anti-theft terminal；network technology；transformer anti-theft；software applications
中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）36-0240-03
1 变压器电子防盗技术的主要数据构成及其内容
变压器电子防盗预警系统的主要结构系统图如图1。
根据防盗体系结构图，将变压器防盗预警系统的数据传输分为四个物理层次结构，第一层为传感层，将需要传感的数据信息进行采集、传感。第二层为数据处理层，将传感层采集回的信息数据进行分类、汇总、分析和判断，去伪存真。第三层为网络联络传输层，将数据处理层的信息进行传输联络，进行人机接口。第四层为信息应对层，是将防盗信息进行处理、处警及进行管理分类、存储、汇总等（见图2）。
下面对各个物理层次的结构进行详细说明：
1.1 传感层 传感层是对变压器的安装位置、所处环境等信息进行采集的过程，并通过开关量信号、模拟量信号及通讯量信号将变压器的工作状态及位置状态及现场环境状态的数据进行采集。具体采集的数据有：A、B、C三相断电信号；N相断电信号；外红检测信号；微波检测信号；现场声音信号；现场视频信号、现场振动信号；门开信号；设备位移信号等，各种信号以不同的数据传输方式传递于数据处理层。每种信号根据需要可分为单一信号到多种信号进行数据采集。
传感层设备有：视频摄像装置、门控开关、红外线检测传感器、微波检测传感器、接近开关、音脉输入传感器及位移传感器等。
1.2 数据处理层 数据处理层主要功能是针对变压器位置相对固定工作状态及现场环境信息的改变进行以时间片轮转方式进行监控，从变压器固定信息及工作状态的的改变中判断出变压器被盗的预警信息，并对该信息进行核实、分析，并将核实分析的数据上通过网络传输层传至信息应对层。为避免发生误报、漏报等情况，要对不同通道及不同类型的数据信息进行逻辑运算，从而分析出变压器被盗的预警信息。
数据处理层的物理设备以预警主机为主，预警主机核心元件可以采用ARM9或ARM11系列芯片，其多媒体功能使实时传输设备现场的视频及音频信息成为可能，从而有效的实现人防+技防的功能。外围采用开关量、模拟量、通讯量驱动芯片为主，对现场数据进行分析、核实和逻辑运算，避免信息误报和漏报。
数据处理层的硬件结构如图3。
1.3 网络传输层 网络传输层是将数据处理层的的信息传送到信息对应层，主要目标是将数据进行不同方式的有效传输，从而使信息数据得到最终应用。
网络传输层的方式有以下几种：
1.3.1 有线传输：有限传输的特点是需要线缆进行连接传输，针对于电力部门的有线传输可采用电力载波的方式进行有线传输。电力载波虽可用于“智能家居”及互联网应用，但现阶段虽有一些缺点：比如配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送和通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号以及一般电力载波信号只能在单相电力线上传输等特点，但随着电力载波技术的不断发展，必将在电子防盗预警方面得到应用。
1.3.2 无线传输：无线传输是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种传输通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通讯，人们把二者合称为无线移动通讯。
现阶段GSM（900M/1800MHz）技术是应用于电力设备防盗预警的主要方式，主要用于防盗终端和接收终端的物理设备。无线蜂窝网络控制报警主机利用GSM短信息数据传输模式及语音功能平台完成智能报警数据远程传输及控制，该系列主机具有功能实用、质量优良、工作稳定可靠等特点，适应室外各种环境使用，广泛应用于电力、石油、矿山等所有在户外工作的电力设备的安全保护，由于GSM全球无线移动通讯网络信号覆盖面积广，真正实现了低价优质的超远距离方便、灵活的智能无线控制及报警，解决了固定电话有线或无线大功率报警控制的局限性；GSM接收终端主机GSM短信及语音接收主机主要完成GSM短信数据及语音拨号转换为标准RS232串口通讯协议功能，通过RS232串口与电脑相连组成接警中心。
其功能特点：
①支持GSM900MHz/1800MHz无线蜂窝电话网络；
②一个标准RS232串口，通讯波特率9600BPS；
③支持标准SMS数据格式，具有接收及发送短信功能；
④可实现来电显示及通话控制功能；
⑤配置工作电源，数据收发指示；
⑥工作电源：AC220V输入，DC7.2-9Vl输出。
随着技术的不断发展，卫星通讯也必将用于电力设备防盗预警中。
1.4 信息应对层 信息应对层是对变压器防盗预警信息的处理与处警过程，是将传输的防盗预警信息通过各种方式二次传输到需到得理的设备及所需的管理人员手中，从而做到对信息的处警。
常用的信息应对层设备有：手机应对终端和计算机处理终端等。
手机处理应对终端是利用GSM网络通过短信或是语音方式将防盗预警信息通知到管理人员手中，由管理人员根据得到的信息进行二次数据应对处理。
计算机终端应对处理终端是利用计算机网络技术及计算机应用管理技术对得到的防盗预警数据进行系统化、网络化、管理化的预警信息处理。通常由计算机及网络硬件和计算机处理软件两部分组成。
现阶段常用的GSM接收主机功能如下：
GSM短信及语音接收主机主要完成GSM短信数据及语音拨号转换为标准RS232串口通讯协议功能，通过RS232串口与电脑相连组成接警中心。
功能特点：
①支持GSM900MHz/1800MHz无线蜂窝电话网络；
②一个标准RS232串口，通讯波特率9600BPS；
③支持标准SMS数据格式，具有接收及发送短信功能；
④可实现来电显示及通话控制功能；
⑤配置工作电源，数据收发指示；
⑥工作电源：AC220V输入，DC7.2-9Vl输出。
1.5 接警中心软件 接警软件是采用专业综合报警信息接收平台，采用GSM网络短信（SMS）与语音及固定电话网语音混合方式接收报警信息。软件应集报警接收、用户数据库、GSM短信、报警语音电话报警、即时打印报警资料等各项功能于一体，它的显示界面直观、形象、友好，无须专业的操作知识，更无须专业的操作人员，学习掌握快、使用简洁方便。
软件功能实现：
①监控中心全中文窗口界面，可全面显示整套系统的运作状态。
②监控中心系统容量：1024个监控点。
③系统管理员必须输入系统密码后才能对系统进行操做。
④可通过界面上的图标清晰地掌握菜单中的功能。
⑤具有个人资料登记、授权、添加、删除、修改和查询操作。
⑥可随时填加并定义新的入网客户。
⑦系统软件可准确地分辩多种不同类型报警信息。
⑧系统对数据能快速分辩警情类型、启动中心警笛，显示出报警点具体编号，具体位置及所处区域路线图。
⑨可统计每月、每季度、每年各种报警情况。
⑩监控中心全中文窗口界面，可全面显示整套系统的运作状态。
？輥？輯？訛Window98/NT/2000/XP操作系统。
2 解决的重大技术落后问题及应对解决方案
在变压器电子防盗预警装置的研制过程中，解决的重大技术落后问题及解决方案如下：
2.1 针对变压器防盗点的位置定位和实际地理信息对应问题 对于每个被监控的变压器设备防盗点的位置定位问题如何能够直观的，实时的、友好的显示在屏幕上，从而达到实时性和合谐统一性完美结合，从而使管理人员能够及时、方便的对设备发出的预警信息进行响应，这是一个仁者见仁、智者见智的问题，由于每个人的审美观点和文化习惯不同，因此，造成理论上的无所适从。经过多方研究和对文化的深层次剖析以及人们的操作习惯等进行考查，最终采用能过的地图形式+经纬度进行实时防盗点的定位。首先将标准的地图文件入计算机内存中，根据不同的经纬度显示不同的地理位置。在系统设置时，将相应报警点的经度和纬度输入计算机中与想应点的GPRS号码对应。这样就可以实时的实现报警点与地理位置的对应关系。由于采用标准的地理信息文件，地图信息采用常用的地理信息文件，与GPS导航仪采用同样的地理信息文件。随着地理信息文件的更新，用户可以在网上进行更新地理信息文件。这就很好的解决了不同人员的审美观和地理信息与实际设备的对应关系。
2.2 报警数据传输过程中信息延时问题的处理 由于信息的传输方式采用短信传送方式，而短信传送的方式是将信息安全传送至SP供应商，再由SP供应商将信息传送到中心平台于是就产生了信息实时安全到达的问题。如果由于SP供应商的问题，就有可能出现信息延时现象。这在警事业务应用中是一个致命问题。如何解决此类事件的发生就成为变压器电子防盗预警装置成败的关键。由于我们的技术人员从事网络通讯多年，于是采用振铃呼叫加信息安全握手来实现信息的实时安全到达问题。其工作原理是这样的：当发生警情时，防盗终端自动发送一条信息给系统中心，当系统中心接收到终端发来的报警信息后便自动发送一条短信给相应的终端，终端接到中心发恶报短信后便确认中心收到警事信息，如果在相应的时间内没有收到中心发来的确认消息，则终端接着发送第二条，第三条信息，直到收到接收中心发送来的确认短信为止。如果连续三次都没有收到接收中心发送来的确认信息，则终端对中心进行拔号连接。中心接到报警终端的拔号后，即可进行相关程序的处理。这样便很好的解决了报警数据传输过程中信息丢包的错误，保证信息的安全到达。
2.3 关于终端对于管理人员的信息处理问题 终端如何处理防盗信息，只是做为网络终端向信息中心发送警务信息还是可以做为单独设备使用，如果做为单独设备应如何使用？因此，考虑到设备的使用情况及应用范围，我们将变压器电子防盗预警装置的使用外延进行扩展，使其不仅可做为网络设备的终端，又可做为单台设备进行独立预警防盗，并使其不仅可用于变压器防盗，并将其功能扩充为村镇重要信息点的防盗，比如水泵防盗，库房防盗等等。当防盗终端收到有线的防盗信息后，可通过手机设置、中心设备等方式使终端向最多五个警务相关人员发出防盗信息。这样就将变压器电子防盗终端从网络中解脱出来，成为可连网可独立的设备进行使用。
2.4 野外环境中设备本身的防盗问题 由于多数变压器装在野外，风吹日晒，环境恶劣，并且，防盗终端本身的防盗就成为问题。
针对此种情况，我们将防盗终端的机壳设计为铝压铸，全密封，防水，使其安全防护等级达以IP55级，更利于长期野外使用。对于设备自身的防盗问题，我们采用了以下几种方式进行自身防盗防护。
①设备本身内部的振动开关，有效的防止了设备被撞击和暴力破坏的可能。当对设备进行暴力破坏时，设备内部的振动开关将此种振动信息通过短信形式发送至相关人员及接收中心。以便中心及相关人员进行相应处理。
②设备门处的接近开关，有效防止设备被无撤防的被打开。当处于设防状态时，设备门的状态也在监控之下，当门被告打开时，设备将同样发送相关的警务信息。
③外部的防振动开关，有效的解决了外部设备的暴力状态。当处于设防状态时，外部被监控设备的振动状态也在监控之下，当外部设备发生振动时，设备将同样发送相关的警务信息。
④内部的备用电池电源系统有效防止设备线路被切割时同样能够发出警务信息。电池告警电压：6.0V，将电池电压低于6V时，向中心和相关人员发送设备自身状态警务信息。
3 目前变压器防盗预警处理存在的问题及下一步需要改进的思路
针对现有设备的研发，依然存在一些问题需要考虑。
3.1 太偏远地区，由于手机各大电信服务商网络未能覆盖地区的重要产品防盗。在太过偏远地区，由于各大电信运营商的网络未能覆盖，因此采用基于SP服务的预警信息将不能有效的使用，而更偏远的地区其警情发生率大于常规地区，将如何解决此类问题，是下一步设备进行改造时应着重考虑的问题。是否可采用无线网络加SP服务形式的服务有待于进一步的研究。
3.2 拟将太新型能源使用于防盗终端上的问题。针对于变压器长时时不用的情形和设备本身的耗电的问题与现在提倡的环保节能和低碳生活有效的联系在一起，是下一步设备着重考虑的问题。如何将太能能，风能等自然环境能源用于设备备用能源的储备和使用将是未来考虑的重点方向。
3.3 将语音、图像功能应用于防盗终端问题。随着三代、四代手机的应用，将语音、图像信号应用于预警信息中已经成为可能，甚至动画信息的传递从网络数据的传输已经成为可能，如何充分利用现代传输信息，共同分享服务运营商的科技成果，将运营商的科技成果应用到警事信息中，有效的提高事后责任认定具有重大意义。
3.4 电源变压器电子防盗预警装置中现常用的为锂电池后铅酸电池做为断电时系统的备用电池，其有效工作时间多在两三天左右。做为防盗预警装置，其全天候24小时的防盗特点与现常用的备用电源的系统产生了矛盾。因此，如何利用可持续电源做为变压器防盗系统备用电源至关重要。当然，采用电池电源加太阳能电源的的结合，不失为一个良好的解决方案。
参考文献：
[1]Uyless Black，COMPUTER ENTWORKS Prentice-Hall，1987.
[2]罗军舟.TCP/IP协议及网络编程技术[M].清华大学出版社.
[3]李丹明.单片机原理与应用[M].南京大学出版社.