（东北大学信息科学与工程学院，辽宁省 沈阳市 110819）
摘要：我国机井变压器铜芯被盗事件频频出现。基于此现实情况下，本文介绍了机井变压器的防窃技术的背景与意义，介绍了国内外关于机井变压器防窃技术的研究现状，并在此基础上提出了一种基于物联网的机井变压器防窃技术，指出了其主要研究内容和具体功能模块，最后进行了总结。通过本技术的实施，可以有效减少机井变压器被窃风险。
关键词：机井变压器；物联网；防窃技术
1 绪论
我国农村地区的供电系统环境复杂、数量大范围广，且负荷分散[1]。我国农田地域广阔，为了方便农村灌溉，我国建设机井变压器数量庞大。而机井变压器等电力设施一般放置在较为偏僻的地方，机井变压器铜芯被盗事件频频出现，这不仅干扰了当地居民正常生活，在农忙季节还严重影响了农业生产[2]。机井通电工程的台区大多数都在农田中，位置偏远，远离居民区，变压器功用一般为灌溉农田，因此会有长时间用电闲置期[3]。在春灌时则更需要加强对变压器的检查，如果变压器被盗则需要重新安装、接线，这不仅加大了供电企业的运营成本,也会对当地生产活动造成严重的负面影响[4]。下图所示为农用变压器被盗取内部铜芯后的残骸。
图1 被盗取铜芯后的农用变压器残骸
有效的变压器防盗装置可以有效减少配电变压器被盗事件的发生，能使居民用电可靠性得到显著提高，原来用于修复被盗变压器设备所需的人力物力也可以因此而转用于电网中的其他用途[6]。如今，国内外对于机井变压器的防盗研究成果主要是表现在以下的两个方面：其一，传统的现场性硬件保护[5]；其二就是以电子仪器为依托的变压器检测保护、开发和应用防盗报警系统[7]。前者是在变压器上面安装一个防盗锁,进而达到防盗的目的[8]；而后者一般指在配电变压器的四周安装人体感应仪，当有犯罪分子靠近并触碰变压器时，感应仪就会通过向后台人员报警的方式阻止犯罪分子实施犯罪[9]。因为变压器智能防盗装置的研发需求越来越大，所以设计一种基于物联网的机井变压器防盗锁的必要性越发突出。
2 基于物联网的机井变压器防盗锁
为了适应当今环境下的机井变压器的防盗技术，应当主要应研究以下三个内容：（1）研究电子防盗系统的物理架构；（2）研究传输防盗报警信息的无线通信技术；（3）研究包含报警信息采集、通信与动作响应的机井变压器防盗保护方案。电子防盗系统的物理架构方面主要面向变压器防盗锁、传感器、摄像头、GPRS无线通信模块、供电系统。传输防盗报警信息的无线通信主要考虑防盗报警信息的随机性、实时性、多主体多时间尺度等特性，在此基础上，应当考虑经济性、适应性、信号强度等因素选择适当的无线通信方式，如GSM、GPRS等；并兼顾报警信息和视频信息的传输信息容量，以确定无线通信的通信协议、组网方式、通信接口、数据集成接口、数据隔离和安全防护，研发数据无线通信模块[10]。机井变压器防盗保护方案。对报警信息采集、通信与动作响应的机井变压器防盗保护方案进行研究，是前两个内容的融合应用。机井变压器防窃系统结构图如图2所示。
图2 机井变压器防窃系统结构图
3 具体功能模块
3.1 电子防盗系统的物理架构
首先，应当针对不同防盗锁的性能进行优劣对比，选取适当的防盗锁，在此基础上对比不同电子传感器的场景适应情况、施工难度以及可能的误触发条件，从中选取适当的传感器与防盗锁进行联合设计，保证既满足防盗功能也能产生报警信号。此外，还应分析市面上已有的机电一体化电子螺栓，将之与设计中的带传感器的防盗锁进行优劣对比。
其次，针对不同摄像头，对其的适用性、经济性，以及施工难度进行分析，选取其中一种摄像头作为监控使用。基于经济性考虑选择一种蜂鸣器作为警笛使用。针对供电系统，估计整套设备所需电量，选择适当的光伏板和蓄电池设计不间断供电系统，使之满足正常条件下整个电子防盗系统的长时间用电需求。
最后，设计整个电子防盗系统的硬件电路，将之前所选择的各种硬件器件进行整合，使整个硬件电路满足防盗、报警、通信等功能的要求，并对整套系统进行经济性分析，分析投入与收益是否成正相关。
3.2 传输防盗报警信息的无线通信技术
首先，应针对GSM、GPRS、蓝牙等无线通信方式进行对比，考虑经济性、适应性、信号强度等因素，选择其中一种无线通信方式作为连接本地与上位机的媒介，并对已选择的无线通信方式的通信协议、组网方式进行研究，然后依旧通信协议对本地通信接口进行选型。应当分析报警信息该使用何种数据集成接口，研究报警信息数字信号的数据隔离和安全防护，基于以上研究结果，研发数据无线通信模块，使之能应用到不同的场景当中。
其次，应针对接收防盗报警信息的上位机系统，研究与无线通信方式相匹配的上位机平台接口，根据通信协议，编译上位机针对报警信息的数据解析程序，并对通信信道进行通路测试，保证上位机能够接收到报警信息并且能够向电子防盗系统发送信号。还应当研究上位机平台系统界面，以便实时显示各机井变压器的运行状态量。
最后，针对上位机接收到的报警信息，应对真实的、而不是误报的报警信息设计一套向管理者通知的程序，如发短信、电话通知等方式，使管理者第一时间得到变压器被盗信息，将变压器被盗损失降至最低。
3.3 包含报警信息采集、通信与动作响应的机井变压器防盗保护方案
对于报警信息采集方案的确定，首先，应通过对防盗设备进行选型以确定摄像头种类并具体分析其工作机制，研究摄像头不同位置对其监视视角的影响；同时还应研究机井变压器防盗摄像头的位置选定与封装的统一处理方案，确保摄像头对机井变压器的覆盖化监视。其次，应当研究摄像头的监视触发机制，分析不同触发机制下的供电需求，内存需求等；研究摄像头的实时抓拍方案以及录像留存机制，确保摄像头对报警信息的实时性采集和可查性。最后应综合以上方案，构建报警信息采集方案及其系统。
对于报警动作触发判断方案，首先，应研究变压器形状、大小等因素对防盗锁设置数量以及布局的影响，设计针对不同条件下的变压器防盗锁布局方案，分析不同防盗锁布局下的保护能力与防盗能力。其次，应分析单个防盗锁或组合防盗锁的破防状态、供电系统蓄电池和摄像头异常状态的诱发原因和后果，研究报警信息的动作响应机制。最后，应设计报警信息的触发判断逻辑，并通过实物实验平台验证，降低报警信息误报率。
对于基于物联网的防盗保护方案，首先，应分析基于物联网的机井变压器防盗系统报警信息在发送端和接收端的处理方法，研究包含布防控制、连接状态、报警状态的远程布防程序；其次，应分析上位机平台和移动终端在防盗系统中的作用和角色，研究基于物联网的报警信息终端共享和联动系统。
现场应用效果如图3、图4所示。
图3 现场应用情况
图4 现场监控画面
4 结论
针对用于农村灌溉的机井变压器被盗现象严重的问题，通过本技术的实施，提出基于物联网的机井变压器防盗保护方案，研究防盗报警信息无线通信技术和报警信息采集与动作响应技术，研发对机井变压器进行实时监测与防盗保护系统，以减少机井变压器被窃风险。
参考文献
[1]王劲松.基于无线图像传输的变压器防盗在线监测系统的研究与实现[D].重庆大学,2008.
[2]刘阳京.基于GPRS农网台区变压器防盗报警监控系统研究[D].湖南大学,2013.
[3]陈柳.变压器智能防盗装置研究[D].华南理工大学,2016.
[4]贡德忠,刘永军.浅析电力变压器防盗报警系统[J].农村电工,2012,20(06):30.
[5]潘岳清,洪鸣.关于变压器防盗报警系统的研究[J].科技资讯,2012(35):127.
[6]刘阳京.基于C8051F020单片机设计的农电网电力设备防盗报警系统[J].价值工程,2018,37(12):145-147.
[7]张立军.偏远地区配电变压器防盗监控系统的设计[D].山东科技大学,2011.
[8]黄国良.电力设备防盗智能系统技术研究与应用[D].华南理工大学,2016.
[9]范文健,陈波,尹超,周涛.浅谈配电变压器防盗技术[J].通讯世界,2015(21):91-92.
[10]谢志鹏.广州白云区变压器防盗系统设计[D].华南理工大学,2016.
作者简介：杨波（1976.02-），男，辽宁沈阳人，大学本科，工程师，主要从事新能源，物联网，电气控制和电力通信等领域研究工作。
论文作者:杨波
论文发表刊物:《知识-力量》2019年9月37期
论文发表时间:2019/8/8
标签：变压器论文; 机井论文; 防盗锁论文; 信息论文; 无线通信论文; 方案论文; 上位论文; 《知识-力量》2019年9月37期论文;