山火預(yù)警技術(shù)在輸電線路的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

國(guó)網(wǎng)浙江電力公司麗水供電公司 323000

摘要：由于我國(guó)電網(wǎng)分布的地區(qū)非常廣泛，且?guī)缀纬叽缫脖容^大，我國(guó)輸電線路極易受到山火等自然災(zāi)害的威脅和破壞。但隨著我國(guó)電力資源開(kāi)發(fā)的程度逐漸加深，輸電線路穿過(guò)的高山峻嶺越來(lái)越多，受到自然災(zāi)害的威脅越來(lái)越大。本文主要闡述了山火技術(shù)在輸電線路中跳閘的原因，并分析了目前應(yīng)用廣泛的無(wú)線傳感技術(shù)和遙感山火技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：山火預(yù)警技術(shù)；輸電線路；無(wú)線傳感技術(shù)；衛(wèi)星遙感

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力資源開(kāi)發(fā)速度越來(lái)越快。但是我國(guó)大部分地區(qū)地形比較復(fù)雜，氣候條件也比較復(fù)雜，發(fā)生自然災(zāi)害的可能性比較大。這對(duì)輸電線路的造成極大的危害，很容易出現(xiàn)山火，進(jìn)而發(fā)生輸電線路跳閘、燒毀鐵塔等嚴(yán)重事故。因?yàn)檩旊娋€路重合閘的時(shí)間僅為1秒，但是山火持續(xù)的時(shí)間很長(zhǎng)，因此輸電線路重合閘的成功率非常低。

一、輸電線路受山火影響發(fā)生跳閘的原因

1.受區(qū)域空氣密度下降的原因

由于區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，區(qū)域內(nèi)溫度急劇上升，這將導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)的空氣密度下降。由于區(qū)域內(nèi)部空氣密度急劇下降，區(qū)域內(nèi)氣壓會(huì)慢慢降低，形成低壓中心，這會(huì)使導(dǎo)線與地間隙之間的擊穿電壓降低，很容易使空氣被擊穿，進(jìn)而發(fā)生輸電線路對(duì)地放電的現(xiàn)象。

2.電場(chǎng)發(fā)生畸變

由于電場(chǎng)發(fā)生畸變，導(dǎo)致周?chē)植嫉念w粒觸碰發(fā)生放點(diǎn)現(xiàn)象?；鹧嬷斜旧砭痛嬖诤芏鄮c(diǎn)的電荷，很可能使周?chē)碾妶?chǎng)發(fā)生畸變。而且植被的燃燒很容易使碳化灰燼漂浮在帶電的強(qiáng)電場(chǎng)中。因此在空間電荷和高溫的綜合作用條件下，帶電顆粒會(huì)產(chǎn)生流注放電的現(xiàn)象，這會(huì)使熱游離和火焰化學(xué)電離產(chǎn)生的電荷與顆粒碰撞而產(chǎn)生流注放電，在這個(gè)過(guò)程中很容易出現(xiàn)大量的電荷，當(dāng)這些電荷慢慢聚集到放電通道時(shí)，極易形成電弧，從而發(fā)生空氣被擊穿的現(xiàn)象。

3.空氣熱游離

山火發(fā)生時(shí)，火焰距離輸電線路比較遠(yuǎn)，不容易產(chǎn)生危害。但是山火火焰產(chǎn)生的溫度非常高，達(dá)到1000攝氏度以上，這種情況很容易使空氣產(chǎn)生游離的現(xiàn)象。因?yàn)楦邷厍闆r下地面會(huì)產(chǎn)生游離的帶電粒子，而且會(huì)使地面游離出很多的電子。當(dāng)火苗向高處上升時(shí)，地面的電荷區(qū)也會(huì)隨之上升。在此期間會(huì)產(chǎn)生很多微粒和濃煙，這將使空氣的絕緣性大大降低，從而導(dǎo)致空氣被擊穿，輸電線路發(fā)生對(duì)地放電的現(xiàn)象。

二、無(wú)線傳感技術(shù)

無(wú)線傳感技術(shù)精度比較準(zhǔn)確，受環(huán)境的影響比較小，這種監(jiān)測(cè)方法基于無(wú)線傳感技術(shù)將會(huì)有很大的發(fā)展空間。國(guó)外部分國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始投入使用了，主要運(yùn)用于森林火險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)，但國(guó)內(nèi)運(yùn)用的比較少，多為仿真計(jì)算模型。

1.無(wú)線探測(cè)技術(shù)的傳感器和探測(cè)量

氣象因素的變化（氣候的異常變化、大氣環(huán)流的演變），對(duì)山火發(fā)生的季節(jié)、強(qiáng)度、時(shí)段及其山火蔓延的速度有著密切的關(guān)系。影響山火的氣象因素也比較多，比如降水量、氣溫、風(fēng)速、日照、煙霧等因素，以及各個(gè)因素之間的相互作用都可能對(duì)山火產(chǎn)生極大的影響。地被物的含水量與火勢(shì)的蔓延有著密切的關(guān)系，地被物含水量較大，則火勢(shì)蔓延的速度會(huì)變慢，反之，則會(huì)加快火勢(shì)的蔓延速度。此外，降水量、風(fēng)速和風(fēng)向也是影響林火強(qiáng)度、林火蔓延速度和火災(zāi)面積的重要因素。降水量較大、降水的時(shí)間長(zhǎng)對(duì)降低林火等級(jí)具有重要的影響。而這些因素的考慮對(duì)確定森林火險(xiǎn)指數(shù)、氣象指數(shù)和森林火勢(shì)范圍具有重要的作用。比如國(guó)外某些國(guó)家利用這些微氣象因素繪制全國(guó)森林植被可燃性地圖，這對(duì)預(yù)防和防治森林火險(xiǎn)具有重要的意義。

2.利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)

2.基于GIS和WSN技術(shù)進(jìn)行山火監(jiān)測(cè)

無(wú)線傳感網(wǎng)路是利用GIS和WSN建立的，這種方法是利用無(wú)數(shù)個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，從而對(duì)某個(gè)特定的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)。無(wú)線傳感器可以利用多個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，在無(wú)線傳感器的幫助下，對(duì)山火信息進(jìn)行及時(shí)的采集，并通過(guò)廣域網(wǎng)絡(luò)將收集到的信息傳回基站。待基站對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析之后，從而開(kāi)展評(píng)估和預(yù)測(cè)工作。而且利用GIS技術(shù)，可以將實(shí)際的地理位置與各種數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，在虛擬的網(wǎng)絡(luò)空間中對(duì)發(fā)生的地點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)的具體情況以數(shù)據(jù)和圖形的形式展現(xiàn)出來(lái)。從而為開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作提供具體、準(zhǔn)確的依據(jù)。

3.利用模糊識(shí)別的方法對(duì)地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)

近年來(lái)，我國(guó)很多地區(qū)開(kāi)始使用模糊識(shí)別的方法對(duì)火險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行劃分，而且很多地區(qū)的電網(wǎng)公司將人為因素作為山火預(yù)警等級(jí)的考慮因素。這種方法需要建立一種山火等級(jí)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，比如對(duì)收集的風(fēng)力等級(jí)、空氣溫度、空氣濕度等因素進(jìn)行模糊對(duì)比。比如很多地區(qū)將模糊識(shí)別的方法作為監(jiān)測(cè)的重要方法。這種方法是建立在數(shù)據(jù)矩陣模型的基礎(chǔ)上的，經(jīng)過(guò)處理和加工之后，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)模型和處理過(guò)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)模糊識(shí)別收集的數(shù)據(jù)信息。這種方法可以初步得到一個(gè)較為準(zhǔn)確的火險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)開(kāi)展山火監(jiān)測(cè)工作具有重要的意義。

三、衛(wèi)星遙感技術(shù)

傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感技術(shù)主要有飛機(jī)巡航、人工實(shí)地監(jiān)測(cè)和砍伐輸電線路等方法進(jìn)行預(yù)防。但是這些方法存在成本高、范圍小和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差等缺陷。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1.衛(wèi)星傳感技術(shù)使用的原理

從目前使用情況來(lái)看，衛(wèi)星傳感技術(shù)使用的非常廣泛。這種監(jiān)測(cè)方法具有監(jiān)測(cè)周期較短、監(jiān)測(cè)范圍廣和數(shù)據(jù)傳輸較快等優(yōu)點(diǎn)，具有其它監(jiān)測(cè)方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。這種監(jiān)測(cè)方法利用紅外線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用飛行器或者衛(wèi)星上的紅外探測(cè)儀可以對(duì)地面進(jìn)行大面積的監(jiān)測(cè)。但是這種方法也存在些缺點(diǎn)，比如衛(wèi)星上安裝的探測(cè)器受環(huán)境的影響較大，云層的厚度、探測(cè)的角度和大氣垂直結(jié)構(gòu)等因素都會(huì)影響到數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確度。甚至?xí)霈F(xiàn)假熱點(diǎn)現(xiàn)象的發(fā)生，產(chǎn)生誤判。因此今后工作中可以利用學(xué)者們提出的類(lèi)間方差法、時(shí)域動(dòng)態(tài)法等方法提高數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性。

2.類(lèi)間方差的方法

利用遙感技術(shù)對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行預(yù)測(cè)，重要的一點(diǎn)在于找到溫度的異常點(diǎn)，找出森林火災(zāi)點(diǎn)發(fā)生的像元。這種方法利用背景像元和目標(biāo)點(diǎn)之間的方差進(jìn)行比較，而類(lèi)間方差則表示為背景與目標(biāo)像元之間的相對(duì)差別，但是與背景像元的參數(shù)絕對(duì)值無(wú)關(guān)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以有效的提高火點(diǎn)識(shí)別的效果，消除環(huán)境因素的影響。

3.衛(wèi)星遙感技術(shù)在我國(guó)輸電線路的應(yīng)用

我國(guó)使用遙感技術(shù)主要有風(fēng)云系列、美國(guó)的NOAA系列的極地衛(wèi)星、MODIS和地區(qū)觀測(cè)衛(wèi)星。這些遙感技術(shù)在監(jiān)測(cè)林火方面發(fā)揮了積極的作用。比如EOS衛(wèi)星利用光學(xué)探測(cè)設(shè)備，對(duì)林火進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，這種技術(shù)不僅準(zhǔn)確性高，而且可以實(shí)時(shí)、全天候進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

從目前使用的結(jié)果來(lái)看，我國(guó)南方絕大部分地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始使用這種技術(shù)了。這種監(jiān)測(cè)技術(shù)相對(duì)比較成熟，利用GPS進(jìn)行衛(wèi)星定位，了解相關(guān)火情信息。借助GIS系統(tǒng)，可對(duì)山林火點(diǎn)附近地區(qū)的輸電線路發(fā)出預(yù)警信息。比如云南省利用輸電線路監(jiān)測(cè)平臺(tái)，建立了比較完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這種技術(shù)是在監(jiān)測(cè)終端與遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合基礎(chǔ)上進(jìn)行的，比如在開(kāi)展山火監(jiān)測(cè)和線路監(jiān)測(cè)過(guò)程中，主界面將會(huì)出現(xiàn)紅色的預(yù)警提示信息。預(yù)警的信息主要包括：經(jīng)度、緯度、時(shí)間以及可能受到影響的其它電塔。這種方法可以精確到每個(gè)桿塔的覆冰數(shù)據(jù)、微氣象等因素。而且也可以利用攝像終端對(duì)桿塔進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)桿塔的遠(yuǎn)程控制。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，山火預(yù)警技術(shù)在輸電線路中得到廣泛的運(yùn)用，但依舊存在一些問(wèn)題，比如高精度、遠(yuǎn)距離的探測(cè)器有待研究，衛(wèi)星遙感探火的算法有待細(xì)化等問(wèn)題。加強(qiáng)山火預(yù)警技術(shù)的研究、提高衛(wèi)星遙感技術(shù)的運(yùn)用程度，對(duì)預(yù)防我國(guó)山火的發(fā)生、保障輸電線路的安全具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹永興，張昌華，黃琦，李輝，薛志航.輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J].華東電力，2011.

[2]胡毅，劉庭.輸電線路建設(shè)和運(yùn)行中的制約與技術(shù)創(chuàng)新[J].高電壓技術(shù)，2008，11.

[3]王志平，楊坤，陳光黎.輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障預(yù)警在線監(jiān)測(cè)控制器研究[J].自動(dòng)化與信息工程，2014，03.