基于雷達(dá)原理的架空輸電線路防外力破壞系統(tǒng)的研究綜述

沈陽(yáng)工程學(xué)院 于杰承 高 陽(yáng) 李東陽(yáng)

基于雷達(dá)原理的架空輸電線路防外力破壞系統(tǒng)的研究綜述

沈陽(yáng)工程學(xué)院 于杰承 高 陽(yáng) 李東陽(yáng)

目前由于電力線路的地理位置和環(huán)境條件的特殊性，會(huì)給供電公司及電力用戶帶來(lái)不可預(yù)估的經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)對(duì)電網(wǎng)可靠安全、人員生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成了很大的威脅。本文針對(duì)架空輸電線路防外力破壞系統(tǒng)的工作原理，及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了闡述，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部所應(yīng)用的雷達(dá)原理及系統(tǒng)各部分功能進(jìn)行了總結(jié)，架空輸電線路走廊進(jìn)行各類外力破壞的防御工作極其重要，能夠極大程度的避免電網(wǎng)的損壞，為電力系統(tǒng)提供了可靠的安全性、經(jīng)濟(jì)性，其應(yīng)用前景極為廣闊。

防外力；雷達(dá)；聲光報(bào)警；智能系統(tǒng)

0. 引言

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，公路，鐵路，管道網(wǎng)絡(luò)，改進(jìn)和完善各類大型施工機(jī)械設(shè)備的地區(qū)電力設(shè)施保護(hù)得到了廣泛的應(yīng)用，但因?yàn)殡娏€路所在地理位置與環(huán)境問(wèn)題的特殊性，在時(shí)刻威脅設(shè)備安全可靠運(yùn)行此類事件除了會(huì)給供電公司及電力用戶帶來(lái)不可預(yù)估的經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)對(duì)電網(wǎng)可靠安全、人員生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成了很大的威脅，造成很壞的負(fù)面影響，由此可見(jiàn)對(duì)架空輸電線路走廊進(jìn)行各類外力破壞的防御工作極其重要，本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)進(jìn)行研究，構(gòu)建輸電線路外力破壞監(jiān)測(cè)、預(yù)警系統(tǒng)[1]，實(shí)現(xiàn)對(duì)外力破壞隱患點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握隱患點(diǎn)的施工情況，當(dāng)影響輸電線路安全運(yùn)行時(shí)，遠(yuǎn)程發(fā)出預(yù)警信息并通過(guò)短信及時(shí)告知線路運(yùn)維人員，以便及時(shí)制止外力破壞行為。

1. 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況

國(guó)外目前，行業(yè)中針對(duì)架空輸電線路的防外力破壞系統(tǒng)也存在不少，比較常見(jiàn)的一種系統(tǒng)名稱為“視頻防外力破壞監(jiān)測(cè)裝置”。是一種遠(yuǎn)程視頻采集傳輸系統(tǒng)，通過(guò)安裝在桿塔上的攝像機(jī)采集周邊的圖象信號(hào)、再經(jīng)無(wú)線或有線方式遠(yuǎn)傳到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)桿塔環(huán)境的實(shí)時(shí)觀察，掌握桿塔、突發(fā)事故點(diǎn)周圍環(huán)境變化。

其工作原理是在輸電線路桿塔上架設(shè)一部工業(yè)攝像機(jī)，利用攝像機(jī)24小時(shí)不間斷對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行畫(huà)面監(jiān)視，此類系統(tǒng)另一個(gè)核心部件為圖像移動(dòng)偵測(cè)感知模塊，該模塊利用圖像差異原理，對(duì)比攝像機(jī)高速畫(huà)面前后兩幀間是否存在差別，將差異點(diǎn)框選出來(lái)，并標(biāo)注在視頻圖像的一個(gè)完整幀中，當(dāng)一組畫(huà)面幀重疊起來(lái)播放時(shí)，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)此外來(lái)物會(huì)被跟蹤監(jiān)視[2]。

2. 系統(tǒng)前端裝置工作原理

前端裝置的電源采用感應(yīng)與高性能電池相結(jié)合的方法。數(shù)據(jù)采集采使用高精度雷達(dá)測(cè)距和三位加速度傳感器測(cè)傾角以及高精度溫度傳感器測(cè)量導(dǎo)線溫度的方式。主控板收集完所有相關(guān)參量后，結(jié)合判定模型確定進(jìn)入監(jiān)視區(qū)域種類，得出結(jié)果值后上送至后臺(tái)系統(tǒng)，通訊方面我們采用了低功耗GPRS或3G模塊向監(jiān)測(cè)中心發(fā)送數(shù)據(jù)。

前置系統(tǒng)中安裝于現(xiàn)場(chǎng)的智能監(jiān)控裝置，具有多目標(biāo)識(shí)別跟蹤、危險(xiǎn)行為判別、干擾事件過(guò)濾、危險(xiǎn)告警事件追溯、記錄存檔等實(shí)時(shí)智能監(jiān)控功能；其安裝于現(xiàn)場(chǎng)的智能監(jiān)控裝置，當(dāng)判定現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生外力破壞危險(xiǎn)事件時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警，并向用戶PC/ MP端發(fā)送告警信息[3]。

3. 硬件部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 H.264視頻報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸

與MPEG-2視頻推出了H.26x和編碼技術(shù)相比，它具有高的圖像質(zhì)量和編碼效率高的優(yōu)點(diǎn)。然而，編碼過(guò)程的計(jì)算復(fù)雜度非常高。如何降低計(jì)算復(fù)雜度，提高編碼速度是H.264視頻處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本項(xiàng)目將三個(gè)方面研究實(shí)現(xiàn)H.264網(wǎng)絡(luò)視頻編碼技術(shù)：H.264視頻編碼算法優(yōu)化；DSP系統(tǒng)中視頻編碼應(yīng)用的硬件加速；H.264視頻信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸。

3.2 H.264視頻報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸

本文使用網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)工具包實(shí)現(xiàn)了RTP／RTCP實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，主要包括TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的配置和使用，以及實(shí)現(xiàn)基于RTP／RTCP協(xié)議的應(yīng)用服務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)視頻編碼器進(jìn)行性能進(jìn)行測(cè)試，檢驗(yàn)視頻編碼器的實(shí)時(shí)效果；完成了進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性測(cè)試，驗(yàn)證了視頻編碼器的準(zhǔn)確性。檢測(cè)結(jié)果表明本文研究和實(shí)現(xiàn)的視頻編碼器具有良好的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

3.3 高效跟蹤太陽(yáng)能電池板工作原理

太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)由PLC主控單元、傳感器和信號(hào)處理單元、光伏模塊、電磁機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制模塊和電源模塊組成。系統(tǒng)由可編程邏輯控制器PLC單元、傳感器檢測(cè)和信號(hào)處理單元、光伏模塊、電磁機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制模塊、系統(tǒng)電源模塊組成，通過(guò)PLC控制和監(jiān)控程序、PC監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理程序控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行[4]，使系統(tǒng)能始終保持太陽(yáng)能電池板和光照的垂直，使其最大化地接收太陽(yáng)能，則能充分利用豐富的太陽(yáng)能資源，保證視頻設(shè)備的供電可靠。

4. 軟件部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)據(jù)管理展示實(shí)現(xiàn)機(jī)制

分析代理服務(wù)器：接收原始采集量與結(jié)果值，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行二次校驗(yàn)，由于導(dǎo)線弧垂具有一段持續(xù)性的規(guī)律變化，所以可以通過(guò)歷史數(shù)據(jù)篩選個(gè)別突變的異常數(shù)據(jù)。在分析服務(wù)器上錄入現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)變動(dòng)的規(guī)律參考，如導(dǎo)線下方出現(xiàn)異物的特征；異物軌跡變動(dòng)時(shí)的報(bào)警關(guān)聯(lián)。

4.2 主備工作模式

監(jiān)測(cè)裝置的核心部分即中央處理器，是監(jiān)測(cè)裝置的大腦，如果發(fā)生故障將直接導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法工作。從計(jì)算機(jī)服務(wù)器雙機(jī)備份的角度出發(fā)，將設(shè)備主處理單元等設(shè)計(jì)為主備智能的工作模式，當(dāng)核心主處理器發(fā)生故障時(shí)，智能切換到從處理單元，并且無(wú)縫切換，保障設(shè)備的正常運(yùn)行。核心模塊的配置信息存儲(chǔ)在公眾的記憶中，當(dāng)備份模塊開(kāi)始，對(duì)工作模塊的工作結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)的自動(dòng)加載，不需要重新配置。

4.3 完善的現(xiàn)場(chǎng)覆冰視頻監(jiān)控功能

采用H.264視頻處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)清晰覆冰連續(xù)視頻和圖像的采集、錄像功能。

采用全方位無(wú)盲點(diǎn)工業(yè)攝像機(jī)，對(duì)導(dǎo)線、桿塔、線路走廊及周圍環(huán)境進(jìn)行全方位監(jiān)控，能夠在后臺(tái)看到清晰、流暢線路視頻[5]；線路管理人員在后臺(tái)人員可遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)視覺(jué)方位，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)覆冰狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程錄像和危險(xiǎn)關(guān)鍵點(diǎn)圖像抓拍[6]。

5. 結(jié)論

研究該系統(tǒng)可對(duì)輸電線路自身以及周邊狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便于值班人員實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)狀況；可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的入侵行為迅速進(jìn)行聲、光信息警告，震懾違法違規(guī)行為，起到及時(shí)制止的作用；對(duì)地監(jiān)測(cè)雷達(dá)可以有效測(cè)量出經(jīng)過(guò)監(jiān)視區(qū)域物體的高度和移動(dòng)速度，以此來(lái)判定外力入侵的物體類型；本系統(tǒng)前端監(jiān)測(cè)裝置屬于線上單元，在單元內(nèi)部植入了溫度測(cè)量傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)導(dǎo)線溫度，結(jié)合導(dǎo)線增容計(jì)算模型，給出線路增容建議[7]。由此可見(jiàn)該系統(tǒng)研究對(duì)架空輸電線路走廊進(jìn)行各類外力破壞的防御工作極其重要，其應(yīng)用前景極為廣闊。

[1]馮堯,苑舜,董鶴楠,張佳斌.儲(chǔ)能系統(tǒng)在微電網(wǎng)諧波抑制中的應(yīng)用[J].東北電力技術(shù),2017(2):1-4.

[2]黨偉,趙樹(shù)野,許云飛,曹陽(yáng),劉海波.一種改進(jìn)的線損分?jǐn)傆?jì)算方法[J].東北電力技術(shù),2017(2):52-56.

[3]董光哲.輸電線路防外力破壞綜合監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的研究[D].華北電力大學(xué),2013.

[4]于潔.輸電線路防外力破壞預(yù)警系統(tǒng)研究[D].華北電力大學(xué),2015.

[5]王國(guó)勝,張聲圳.輸電線路防外力破壞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[J].陜西電力,2013(8):64-67.

[6]黃少雄,黃太貴,程栩.智能變電站信息一體化平臺(tái)建設(shè)方案研究[J].東北電力技術(shù),2012(2):21-24.