輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能和應(yīng)用

摘要：隨著高壓輸電線路的不斷延伸，線路沿線環(huán)境日趨復(fù)雜，外力破壞事故、線路覆冰等事故不斷發(fā)生，線路巡視維護工作量越來越大，急需新技術(shù)的支持，而視頻監(jiān)控技術(shù)的進步以及電廠、變電所的成功應(yīng)用，使輸電線路視頻監(jiān)控成為可能。文章分析了輸電線路視頻監(jiān)控的功能、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：輸電線路；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；電力系統(tǒng)；太陽能供電；無線網(wǎng)絡(luò)；光纖接入 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2015）36-0034-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.016

1 概述

隨著我國經(jīng)濟社會的長足發(fā)展，用電量隨之不斷提高，配套的輸電電壓等級也不斷提高，電網(wǎng)的分布廣、深、大。目前，在我國擁有數(shù)十萬公里的220kV及以上輸電線路。輸電線路迅速增長的同時，維護、巡視輸電線路的工作量也與日俱增，所以采用新的監(jiān)控技術(shù)運用到監(jiān)控輸電線路上是必須的。視頻技術(shù)在變電站中的應(yīng)用已經(jīng)是很成熟的了，但是在野外或者輸電線路上，由于自然環(huán)境惡劣、通道不順暢以及早期太陽能技術(shù)還不能廣泛應(yīng)用的原因，導(dǎo)致遠程視頻監(jiān)控在輸電線路上的應(yīng)用有很大的局限性。前些年，遠程視頻監(jiān)控在輸電線路的監(jiān)控上沒有得到很好的開發(fā)和利用。

近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，太陽能技術(shù)有很大的突破而且應(yīng)用成熟，無線網(wǎng)絡(luò)的興起也為輸電線路的遠程監(jiān)控提供了條件，由此輸電線路的遠程視頻監(jiān)控得以快速發(fā)展。線路工作人員可以在監(jiān)控中心監(jiān)察到整個輸電線路的圖像，為工作人員提高工作效率，更快地發(fā)現(xiàn)故障和危險點，更好更快地確保輸電線路的安全。

2 輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能

2.1 線路危險點周圍環(huán)境的監(jiān)控

輸電線路是整個電力系統(tǒng)的大動脈，電能遠距離傳送主要依靠的是輸電線路。因此，輸電線路的安全運行顯得至關(guān)重要，整個電力系統(tǒng)的安全和效益也取決于輸電線路的安全。目前，我國輸電線路長達數(shù)十萬里，分布廣泛，而且線路所經(jīng)的地區(qū)地形、地貌以及其他自然和社會環(huán)境復(fù)雜多變，許多輸電線路跨越鐵路、公路、山川河流、森林甚至是建設(shè)工地等，所以對輸電線路的巡視監(jiān)控工作尤為重要。在危險點安裝監(jiān)控設(shè)備，不僅能減少工作人的工作量，還能及時發(fā)現(xiàn)各種危險到輸電線路安全的情況，避免許多意外狀況對輸電線路的破壞。

2.2 防線路偷盜事故

輸電線路不僅范圍廣，而且一般裸露在野外，所以桿塔上的金屬構(gòu)件、電力設(shè)備以及電能都成為不法分子的偷盜目標。輸電線路被偷盜給電力部門造成重大損失的同時，也引發(fā)了許多重大事故，人民群眾的生活也深受其害。在采用輸電線路視頻監(jiān)控的同時，密切結(jié)合防盜報警裝置提供遠程報警，連續(xù)不斷的監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)偷盜行為，偷盜現(xiàn)場也會響起報警器對正在偷盜的不法分子起到阻止作用。事后通過視頻監(jiān)控可以為公安部門的偵查提供線索和證據(jù)，最大程度上保護輸電線路的安全，減少損失。

2.3 防線路覆冰

在我國廣袤的土地上，自然環(huán)境復(fù)雜多變，冬季部分地區(qū)如湖南、貴州、河南、湖北、云南、四川及江西等省份輸電線路覆冰現(xiàn)象十分嚴重，導(dǎo)致輸電線路機械和電氣性能下降，甚至導(dǎo)致事故發(fā)生。

實施對輸電線路覆冰情況進行監(jiān)測，線路運行人員可以根據(jù)把握的覆冰的情況，及時采取措施，減輕輸電線路運行的危險和壓力。對于較輕程度的覆冰，可以通過調(diào)整線路負荷加大電流等策略來消除覆冰，排除危險。而對于嚴重的覆冰，雖然不能立即解決問題，但可以通過視頻監(jiān)測對融冰提供指導(dǎo)，最大程度上幫助輸電線路恢復(fù)正常。

2.4 線路導(dǎo)線舞動、風偏變化監(jiān)控

導(dǎo)致輸電線路導(dǎo)線舞動的原因說法不一，現(xiàn)在還沒有被大家普遍認可的說法。氣象、施工以及線路采用分裂導(dǎo)線等因素，都會導(dǎo)致輸電線路舞動。尤其是輸電線路實施分裂導(dǎo)線，子導(dǎo)線之間會互相影響著更加重的輸電線路舞動的可能。導(dǎo)線舞動監(jiān)測裝置在多條輸電線路安裝使用，這為導(dǎo)線舞動研究提供了重要寶貴的依據(jù)。而輸電線路的視頻監(jiān)控裝置可以很好地配合導(dǎo)線舞動的裝置的監(jiān)測，可以更加準確、清晰、及時地將線路舞動情況傳輸給運行人員。

所以，視頻監(jiān)控裝置與導(dǎo)線舞動裝置相結(jié)合對導(dǎo)線舞動實時監(jiān)測，能對導(dǎo)線舞動的防治和研究提供重要的數(shù)據(jù)的視頻，是導(dǎo)線舞動分析的基礎(chǔ)。

3 線路視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)

視頻監(jiān)控發(fā)展的歷史并不算短，最初一般在大樓、銀行網(wǎng)點等地方應(yīng)用，后來經(jīng)過逐步發(fā)展慢慢形成了監(jiān)控系統(tǒng)。隨后電廠和變電所也引進了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)得以推廣在電網(wǎng)改造時期。而在輸電線路的監(jiān)測上引入視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯得晚了許多，輸電線路的視頻監(jiān)控技術(shù)也有其獨特的方面。筆者根據(jù)需求分析以及結(jié)合輸電線路安全運行的應(yīng)用要求，對視頻監(jiān)控產(chǎn)品中的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析研究。

3.1 低功耗技術(shù)和太陽能供電

由于輸電線路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般安裝在輸電線路桿塔上，如果采用鋪設(shè)電纜線對視頻監(jiān)控系統(tǒng)供電，可想而知，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的供電成本太高，耗費的人力物力都太大。另外，因為在輸電線路上并沒有低壓交流電源，所以輸電線路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要運用太陽能供電。視頻監(jiān)控的供電裝置是利用太陽能系統(tǒng)中的太陽能板吸收太陽能，然后將光能轉(zhuǎn)換成電能存儲到太陽能蓄電池中，不斷為視頻監(jiān)控系統(tǒng)供電。

太陽能供電管理系統(tǒng)是由太陽能光伏組件、光伏控制器、蓄電池以及太陽能管理控制電路等重要組件構(gòu)成，為輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的所有硬件提供電源。要注意的是，太陽能組件安裝在線路桿塔上，所有太陽能組件的體積不能過大，蓄電池一般為12V，5～10Ah，太陽能板為30cm*30cm，10～15W。為了克服雨雪天氣的影響，太陽能供電系統(tǒng)采用低耗能的芯片來節(jié)電，這樣保證在雨雪天氣下也能正常工作3～5天。供電系統(tǒng)的儲能設(shè)備為鋰電池，為了保持鋰電池快速充電放電的性能，同時克服鋰電池不能同時充放電的特性，在本系統(tǒng)中運用兩組鋰電池，通過太陽能光伏控制器讓兩組鋰電池輪流充放電，在保證鋰電池安全穩(wěn)定工作的同時還能達到最好的充放電效果，并為嵌入式硬件平臺設(shè)備提供可靠供電。另外，安裝太陽能供電系統(tǒng)時要格外注意太陽能組件的最佳安裝傾角和朝向，在保證系統(tǒng)可靠安裝的同時，獲得最大的能量。endprint

3.2 3G無線網(wǎng)與光纜結(jié)合的通信方式

3.2.1 3G無線網(wǎng)。目前，由于輸電線路所在的自然環(huán)境復(fù)雜多變，所以視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)，不可能采用傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的導(dǎo)線聯(lián)網(wǎng)模式。現(xiàn)在公用移動通信公司GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面不斷擴大，這為輸電線路視頻監(jiān)控的安裝提供了極大方便，只要是GPRS覆蓋的區(qū)域，都可以把視頻信號數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控主站。

第三代移動通信技術(shù)（3rd-Generation）是一種蜂窩移動通信技術(shù)，可以做到數(shù)據(jù)的高速傳輸，而且支持語音、視頻的傳輸，傳輸速度比傳統(tǒng)的2G高幾倍。輸電線路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬要求高，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠傳輸，所以選用3G無線網(wǎng)絡(luò)。目前，3G無線網(wǎng)絡(luò)主要有電信的CDMA2000、移動的TD-SCDMA和聯(lián)通的WCDMA這三大類無線網(wǎng)絡(luò)都有各自的優(yōu)勢，通過對比發(fā)現(xiàn)中國電信的綜合優(yōu)勢比較明顯，網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、帶寬、速度都高于移動和聯(lián)通。如表1所示：

3.2.2 OPGW光纜接入技術(shù)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)如果能夠利用線路上OPGW地線所帶的光纜傳輸圖像、視頻，那么傳輸速度和圖像清晰度都會有很大提高。一般地線會有多余的芯線但是不能隨便接入。

所以，需要采用無線通信將采集的圖像、視頻傳送到光纖接線盒附近，然后通過光纖將信號傳輸?shù)阶冸娬?，隨后傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控系統(tǒng)主機完成信號傳送。由于沿途數(shù)據(jù)接入以及光纖利用率低、損耗大的問題，目前帶光纖的輸電線路還未普遍。

3.2.3 無線網(wǎng)與光纜結(jié)合的通信方式。無線網(wǎng)絡(luò)的方便快捷性以及光纜的高速傳輸速度的優(yōu)勢都讓我們驚嘆，如果能將這兩種方式結(jié)合，那么輸電線路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將會更加優(yōu)越，這既是難點又是優(yōu)點。我們可以在充分利用光纜的條件下分段使用地線，大約5～10公里一段，段內(nèi)各鐵塔采用無線通信傳輸圖像和視頻，到光纜接口處將無線信號接入，如果途中遇到高山、建筑物等阻礙的線路繼續(xù)采用無線通信傳送信號，兩種方式密切結(jié)合發(fā)揮最大優(yōu)勢。無線網(wǎng)與光纜結(jié)合的通信方式既解決了無線通信遠距離傳輸以及信號覆蓋的缺陷，又發(fā)揮了光纜的最大效果。

3.3 防惡劣環(huán)境技術(shù)

由于輸電線路鋪設(shè)范圍廣泛，有的地區(qū)自然環(huán)境極其惡劣，對輸電線路的影響特別嚴重。因此，在特殊嚴峻的環(huán)境下如何更好地保護輸電線路以及線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全是一個重要問題。所以在特殊地區(qū)，線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的防惡劣環(huán)境技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用特別重要。例如線路監(jiān)控系統(tǒng)的裝置外殼是監(jiān)控系統(tǒng)的第一道防護線，必須具有很好的防電磁干擾能力、通風能力、防水防銹能力以及防寒抗凍的能力。

4 線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，國內(nèi)的多條220～500kV線路上安裝使用了視頻在線監(jiān)控系統(tǒng)，對及時發(fā)現(xiàn)排解電力輸電線路的隱患上取得了一定成果。我們都知道傳統(tǒng)的人工巡檢、分散管理的方法不能及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)防外力因素，這一直是困擾線路運行工作人員的難題。而建筑施工破壞，高桿植物影響，盜竊電力設(shè)施以及火災(zāi)、鳥害對輸電線路的破壞是非常大的。

4.1 檢測外力機械入侵

目前，隨著城市化進程的不斷加快，城區(qū)施工建設(shè)力度也隨之加大。由于部分超高機械設(shè)施在施工時的不注意，可能會誤碰導(dǎo)線導(dǎo)致線路跳閘，已經(jīng)威脅到電網(wǎng)的安全和電力的及時輸送，影響了社會生產(chǎn)和人民的日常生活。線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以與報警系統(tǒng)相結(jié)合，當工程機械行駛?cè)胼旊娋€路附近施工，監(jiān)控系統(tǒng)可以對機械進行定位、分析、跟蹤，當危及到輸電線路的安全時，會觸及報警器，產(chǎn)生報警提示，并傳送報警信息。在很大程度上，可以避免外力機械對輸電線路的破壞。

4.2 違章建筑檢測

我們都知道，在輸電線路安全范圍內(nèi)是不允許建設(shè)高層建筑的，因為違章建筑可能會造成輸變電設(shè)備的短路進而造成運營故障。輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助線路運行人員及時查找發(fā)現(xiàn)線路境界范圍內(nèi)的違章建筑，并產(chǎn)生報警提示，幫助工作人員及時排除隱患，最大限度地保護輸電線路的安全，如圖4所示：

4.3 垃圾堆土檢測

垃圾堆土、沙土、煤堆等也是不能堆放在輸電線路安全警戒區(qū)域的，垃圾堆土的高度以及散發(fā)的化學(xué)物質(zhì)都是威脅輸電線路安全的隱患。當垃圾堆土出現(xiàn)在安全范圍內(nèi)時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)會將圖片、視頻及時傳輸?shù)教幚砥鞑⑻崾緢缶畔ⅲ€路運營人員可以及時發(fā)現(xiàn)安全隱患并做出相應(yīng)的排除措施。

4.4 樹木及異物檢測

輸電線路下的樹木都在不斷生長，快速生長的樹木也會對輸電線路的安全造成一定影響。另外，風箏、塑料袋等異物覆在輸電線路上容易造成高壓線之間互相放電，引發(fā)停電等故障。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用可以對快速生長的樹木、異物等實時監(jiān)測，利于線路工作人員及時做出相應(yīng)策略，保證輸電線路的安全。

5 結(jié)語

目前，在智能電力系統(tǒng)中，輸電線路是大動脈，是電力系統(tǒng)最主要的組成部分。運用視頻監(jiān)控系統(tǒng)對輸電線路進行實時監(jiān)控，可以提高輸電線路的管理水平，為保護輸電線的運行和安全提供重要保障。輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)輸電線路的特點進行了升級改造，利用太陽能供電、無線網(wǎng)絡(luò)及光纖接入、防惡劣環(huán)境等技術(shù)為線路安全提供了安全便捷的管理手段，在我國多條高壓輸電線路上應(yīng)用，并取得了一定成果。

參考文獻

[1] 沈科炬，岑宏旗.輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能和應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012，（1）.

[2] 徐青松，張盎然，楊勇.輸電線路視頻在線監(jiān)控系統(tǒng)[J].上海電力，2006，（4）.

[3] 牛斗，曲廣強，曲潔.基于GPRS的電力系統(tǒng)遠程監(jiān)控設(shè)計和研究[J].電子測量技術(shù)，2006，29（5）.

[4] 王扶志.地質(zhì)工程鉆探工藝與技術(shù)[D].中南大學(xué)，2008.

[5] 章紅軍.輸電線路實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].南京航空大學(xué)，2011.

[6] 蔡士義.基于ARM+DSP的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D].太原理工大學(xué)，2008.

[7] 黃敏，李達，朱婷.基于CDMA1X網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31（5）.

[8] 李方村.TD-SCDMA和WCDMA、CDMA2000[J].移動通信，2002，26（2）.

[9] Munasinghe K.S，Jamalipour A.Interworked WiMAX-3G cellular data networks：An architecture for mobility management and performance evaluation[J].IEEE Transactions on Wireless Communications，2009，8（4）.

[10] 詹時斌，程佑前.輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)實用化與可靠性研究[J].啟明星辰，2012，10（9）.

[11] 張秀華.輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)村電氣化，2013，（2）.

[12] 黃新波，孫欽東，王小敬，等.輸電線路危險點遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)[J].高電壓技術(shù)，2007，33（8）.

作者簡介：彭偉夫（1983-），男，國網(wǎng)四川省電力公司信息通信公司中級工程師，碩士，研究方向：電力自動化。

（責任編輯：周 瓊）endprint