高壓輸電線實時監(jiān)控系統(tǒng)安裝

趙東平 葉 青 葉小壯

（國網(wǎng)河南省電力公司洛陽供電公司 河南洛陽 471000）

因為國民經(jīng)濟不斷發(fā)展，隨之電網(wǎng)規(guī)模也持續(xù)擴張，高壓輸電線路的維護以及運行任務也持續(xù)增多，對電網(wǎng)運行的安全性以及可靠性要求也持續(xù)提升，而電網(wǎng)外部環(huán)境也變得愈加復雜起來，比如高壓輸電線路四周建筑的施工、塔材盜竊、導線上懸掛異物、線路跨越以及導線覆冰等原因造成的電力事故在不少區(qū)域頻繁發(fā)生。災害的主動預防是最近這些年電網(wǎng)發(fā)展的最主要趨勢，在我國的十二五規(guī)劃之中提出了建設智能電網(wǎng)的具體要求。當前智能電網(wǎng)也已經(jīng)變成目前全球電力系統(tǒng)變革發(fā)展的最新動向，而且被認為屬于21世紀電力系統(tǒng)的關鍵科技創(chuàng)新與發(fā)展趨勢，很多配套電力智能監(jiān)測系統(tǒng)同樣已經(jīng)在全國范圍中逐漸應用起來。

最近這些年，為了強化我國電力輸送的安全性，電力行業(yè)逐漸開始對智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行試點，主導思想是以電力指揮平臺作為核心，且以無線作為輸送信道，選用綠色能源來提供電力保證，依靠智能視頻分析技術，進行事故自動報警以及自主管理，使得維護的成本以及工作量大幅降低，同時使維護效率有效提升，減少了事故地發(fā)生。

高壓輸電線路實時監(jiān)控系統(tǒng)主要的特征為：智能視頻實時監(jiān)控作為系統(tǒng)核心，形成一套比較完整高效的自動線路巡視以及意外事故自動識別報警系統(tǒng)，確保應急響應的準確性與及時性，降低停電的次數(shù)，提高供電的可靠性，減少供電的成本，最終達到生產(chǎn)效率提升的目的。

1 系統(tǒng)的組成

此種監(jiān)控系統(tǒng)主要是為了實現(xiàn)對于高壓輸電線路的全方位監(jiān)控，避免鐵塔電纜遭受破壞或盜竊、實時監(jiān)控電力保護區(qū)中的非法施工入侵與占用、電力線路沿線突發(fā)的火災與樹木過高之類的報警等，且實時提供各種現(xiàn)場信息狀況。還需要實現(xiàn)視頻信息、氣象溫度等狀況參數(shù)的收集、處理以及異常情況的識別報警功能。對此，要在所有高壓線鐵塔上進行高清攝像頭的安裝，對設定區(qū)域進行監(jiān)控，攝像頭收集到視頻信號，依靠無線傳輸方式，傳送至中繼基站，然后數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸至監(jiān)控中心，最后監(jiān)控中心針對視頻數(shù)據(jù)信息進行儲存、視頻內(nèi)容的智能分析與事故的觸發(fā)報警控制，并且在電視墻上實時展示出來。

此系統(tǒng)是由視頻實時監(jiān)控節(jié)點、監(jiān)控中心與無線通信網(wǎng)絡等模塊構(gòu)成，其整體構(gòu)造框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體構(gòu)造框圖

2 模塊的設計

2.1 前端視頻實時監(jiān)控節(jié)點

如圖2表示，視頻實時監(jiān)控節(jié)點是在輸電線路中鐵塔上面，其主要實現(xiàn)視頻信號的收集與編碼、氣象與溫度等參數(shù)的收集以及遠程無線通信傳輸功能。此節(jié)點主要是通過前端視頻實時監(jiān)控模塊、主控模塊、供電模塊以及采集參數(shù)模塊構(gòu)成。

（1）前端視頻實時監(jiān)控模塊：對被監(jiān)測線路實時的圖像信號進行采集，依照實際需求，能夠采取分辨率不同的紅外攝像頭以及高清攝像頭。此監(jiān)控模塊具備攝像機遠程控制錄像、拍照、聚焦、變焦、調(diào)整方位與設定預制位之類功能。使用帶有多方位控制的云臺攝像機、網(wǎng)絡攝像機以及高速球攝像機，能夠完成水平360°，±90°以及0～90°的全方位旋轉(zhuǎn)。而為了可以給監(jiān)控中心的智能圖像識別提供方便，一個監(jiān)控點能夠采取多位置同時設置多部攝像機對視頻進行采集的方案。這樣監(jiān)控中心就能夠同時獲得節(jié)點于某一時間多角度的照片，就能夠為隱患故障的及時掌握提供方便。其視頻采取的是業(yè)界最高壓縮率的H264編碼格式，能夠盡可能減少傳輸?shù)膸挕?/p>

（2）采集參數(shù)模塊：是由很多參數(shù)采集裝置構(gòu)成，分別對導線的溫度參數(shù)、多種氣象狀況、線路的風偏參數(shù)、縱向的傾斜參數(shù)以及桿塔的橫向傾斜等參數(shù)。

（3）供電模塊，供電模塊能為節(jié)點裝置提供電力保障。此設計中的供電系統(tǒng)采取的是太陽能供電，其主要依靠太陽能控制裝置、太陽能電池以及蓄電池組件。而太陽能控制裝置作用為對系統(tǒng)整體的工作狀態(tài)進行控制，且對蓄電池起到一種過充電保護以及過放電保護的作用。蓄電池作用主要是在有光照之時把太陽能電池組件供出電能進行存儲，直至需要之時再進行釋放。太陽能電池組件屬于太陽能供電系統(tǒng)之中的核心組件，也屬于太陽能供電系統(tǒng)之中最有價值的部分。作用是把太陽輻射的能量轉(zhuǎn)換成電能，以及送至蓄電池之中進行存儲。

（4）主控模塊，主控模塊屬于視頻實時監(jiān)控節(jié)點控制的核心。其主要的功能為把視頻采集模塊中采集到的視頻信號信息封裝成為IP數(shù)據(jù)包再通過通信網(wǎng)絡傳輸至監(jiān)控中心?？刂贫鄥?shù)采集模塊對實時監(jiān)控的參數(shù)信息進行采集，且對數(shù)據(jù)展開過濾分析，掌握到超過報警門限信號之后向監(jiān)控中心傳輸報警數(shù)據(jù)與信息。供電模塊控制工作，對供電模塊狀態(tài)進行監(jiān)控，確保節(jié)點供電的可靠穩(wěn)定。作為監(jiān)控網(wǎng)絡之中的網(wǎng)管終端能夠為監(jiān)控中心提供管理信息，且響應監(jiān)控中心中的網(wǎng)管命令，確保通信網(wǎng)絡足夠通暢，還可以實現(xiàn)對多個模塊在線軟件升級。

圖2 前端視頻實時監(jiān)控節(jié)點

2.2 無線通信網(wǎng)絡

因為此系統(tǒng)的主要監(jiān)控節(jié)點都是在野外，所以，一定要考慮到在3G、GPRS、CDMA網(wǎng)絡覆蓋不到的地區(qū)進行數(shù)據(jù)傳輸。此設計之中的所有節(jié)點的傳送數(shù)據(jù)都要以視頻信號為主，所以對網(wǎng)絡傳輸?shù)膸捫枨蠛艽螅c此同時因為微波設備對于基礎設施沒有很高要求，而且架設較為靈活，運行成本較低，因此此設計采取802.11的無線網(wǎng)絡組網(wǎng)，所有節(jié)點之間都通過數(shù)字微波技術來通訊。

無線微波裝置的發(fā)射功率比較高，且接收靈敏度較高，能支持相應802，11 b/g/n協(xié)議，其帶寬能夠達到300.0 Mbit/s，且凈帶寬要高于30.0Mbit/s，而且還支持相應的802，11n以及MIMO技術。此種無線微波裝置能夠應用在點對點以及點對多點等遠距離通信之中。此種裝置涵蓋無線漫游、無限接力、點對多連接以及點對點連接等全部無線功能，與此同時還包含著QoS、帶寬管理、VPN以及firewall之類功能。與此同時無線微波裝置支持外接天線擴展接口，能夠用于天線增補，提高覆蓋范圍與帶寬。此設計之中的所有監(jiān)控節(jié)點都通過無線網(wǎng)絡進行連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。監(jiān)控節(jié)點依一定距離在高壓鐵塔上安裝，所有節(jié)點通信裝置都能夠完成點對點以及點對多點通信。其網(wǎng)絡拓撲能夠采取樹狀結(jié)構(gòu)，用圖3表示。鄰近的一些監(jiān)控點構(gòu)成一個網(wǎng)段，這之中用一個位置比較好的節(jié)點來作中繼節(jié)點匯集網(wǎng)段中節(jié)點的信息數(shù)據(jù)，利用多個中繼節(jié)點構(gòu)成多條網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。于多節(jié)點長距離的應用場合之下，有條件接入有線網(wǎng)絡的中繼節(jié)點可以通過有線網(wǎng)絡與監(jiān)控中心連接到一起，不然就通過數(shù)字微波裝置逐跳接入至監(jiān)控中心。然后監(jiān)控中心通信裝置把編碼完成的視頻信息逐節(jié)多點地傳輸至監(jiān)控中心。若是系統(tǒng)之中某一節(jié)點通信裝置出現(xiàn)故障，此節(jié)點鄰近節(jié)點能夠繞過此節(jié)點來通信，與此同時向會監(jiān)控中心傳輸故障報警信息。各監(jiān)控點的數(shù)據(jù)都是依靠輪詢的方式進行采集。而輪詢的頻率是由天氣以及節(jié)點位置的環(huán)境情況等因素來決定，對于不需要上報數(shù)據(jù)的一些節(jié)點裝置能夠受節(jié)點控制模塊的控制處在休眠狀態(tài)，使電能得到節(jié)約。

2.3 監(jiān)控中心

圖4表示監(jiān)控中心具體通過監(jiān)控軟件、服務器、交換機以及通信模塊等構(gòu)成。監(jiān)控中心是通過通信模塊收到中繼站傳輸過來的實時監(jiān)控信息以及網(wǎng)管信息，之后利用交換機把信息傳輸至服務器，再依靠監(jiān)控軟件來處理保存這些信息。

圖3 無線通信網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

圖4 輸電監(jiān)控中心的架構(gòu)圖

監(jiān)控軟件屬于監(jiān)控中心系統(tǒng)管理功能的核心所在。監(jiān)控軟件主要是實現(xiàn)實時圖像的監(jiān)測、事件記錄、日志、監(jiān)測點裝置運行狀態(tài)判斷、數(shù)據(jù)配置轉(zhuǎn)發(fā)、用戶管理、系統(tǒng)管理、功能設置、安全權限管理、歷史數(shù)據(jù)管理、報警管理與遠程控制等等功能。

監(jiān)控中心的核心模塊為視頻智能分析系統(tǒng)，此子系統(tǒng)可以把采集到的多種氣象狀況、線路的風偏參數(shù)、縱向的傾斜參數(shù)、桿塔的橫向傾斜與溫度參數(shù)等參數(shù)與視頻內(nèi)容相結(jié)合對各個監(jiān)測點桿塔以及輸電線工作狀態(tài)進行智能分析，對多種事件進行實時識別，將識別結(jié)果發(fā)送至報警控制系統(tǒng)中。

3 總結(jié)

此設計主要是對于高壓變配電裝置等設備設計的監(jiān)控方案。此系統(tǒng)集多種先進技術為一身，表現(xiàn)出目前電網(wǎng)智能視頻實時監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展水平，與時代發(fā)展要求相適應。

[1]黃亥博.有關無線視頻監(jiān)控技術高壓輸電線路運行運用[C].安徽省電機工程學會分論壇論文集.合肥：安徽省電機工程學會，2014：426～429.

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