配電線路的可視化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐建軍，王云龍，黃 霞，錢子淵，周 樺

（浙江捷安工程有限公司，浙江 蘭溪 321100）

0 引 言

對于配電線路的可視化監(jiān)測系統(tǒng)，其基于地電位安裝的配電線路微功耗智能圖像溫度監(jiān)測系統(tǒng)，具有重量輕、攜帶方便、操作簡單的特點(diǎn)，能夠有效節(jié)約人工巡檢和安裝成本，并保障配電網(wǎng)絡(luò)的正常、高效率運(yùn)行，及時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)配電線路周圍的潛在隱患；同時(shí)能大幅度提高配網(wǎng)故障排查的工作效率，能為使用者帶來直接和間接的經(jīng)濟(jì)利益。

1 國內(nèi)外關(guān)于輸電線路可視化監(jiān)測的應(yīng)用存在的問題與現(xiàn)狀

1.1 輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備存在的問題分析

（1）輸電線路通道都是處于野外，因此基本都不具備有適合用于監(jiān)控前端設(shè)備的低壓電源。（2）監(jiān)控區(qū)域受限。常用的監(jiān)測用槍機(jī)，一般用來監(jiān)視通道情況，鏡頭無法縮放和旋轉(zhuǎn)；球機(jī)雖然具備云臺(tái)，可以各方向旋轉(zhuǎn)監(jiān)控，但是實(shí)際使用過程中，現(xiàn)場電源根本無法滿足球機(jī)不間斷巡視的功耗要求，所以常常只能固定在某個(gè)方位監(jiān)控，最終效果與槍機(jī)差不多。（3）主動(dòng)預(yù)警能力較差。目前，球機(jī)大多采用自身的移動(dòng)偵測等手段進(jìn)行防外破分析，如果球機(jī)自身在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)誤報(bào)，效果將較差。（4）可靠性低。太陽能電池板長期在戶外工作，容易出現(xiàn)積灰、破損等情況。塔上設(shè)備安裝附件眾多、連接線很長，在野外復(fù)雜環(huán)境下，非常容易出現(xiàn)故障[1]。

1.2 輸電線路的可視化監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

國外研究機(jī)構(gòu)目前還是采用傳統(tǒng)的太陽能3G/4G通信的在線監(jiān)測解決方案，但針對配網(wǎng)系統(tǒng)可視化技術(shù)的研究，目前還沒有相關(guān)的案例。國內(nèi)研究單位針對當(dāng)前的輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的研究雖然已得到普遍的推廣，并達(dá)到了一定的監(jiān)測效果，但是并不能完全滿足實(shí)際需求。因此，如何突破輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)更有效的圖像監(jiān)控及預(yù)警，完善系統(tǒng)的通信方式和供電方式，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的全區(qū)域覆蓋，滿足配電線路巡檢的要求，是未來配電線路在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展的關(guān)鍵。

2 配電線路可視化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 取能電源的設(shè)計(jì)

在線路電壓正常時(shí)，互感器可使在線監(jiān)測設(shè)備正常運(yùn)行，而在線路出現(xiàn)故障斷電時(shí)，互感器不足以為在線監(jiān)測設(shè)備提供足夠的功率，為保證其正常工作，必須設(shè)計(jì)一個(gè)合適的電源為負(fù)載供電，防止因線路故障導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失，其設(shè)計(jì)也是關(guān)鍵問題之一。

2.2 取能裝置的保護(hù)電路設(shè)計(jì)

考慮輸電線路可能出現(xiàn)故障，或者雷擊等情況，會(huì)有過電壓或大電流沖擊，為防止對取能電路的破壞，保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定正常工作，合適的保護(hù)電路設(shè)計(jì)也是項(xiàng)目關(guān)鍵問題之一。

2.3 智能化圖像分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

常見的圖像前景與背景檢測方法主要有幀間差分法、光流法以及基于背景模型的方法三大類。幀間差分法是通過對視頻序列中相鄰圖像之間進(jìn)行差分操作，利用相鄰圖像間的差異進(jìn)行目標(biāo)檢測，運(yùn)行速度快，計(jì)算量小，但是不能夠?qū)⒛繕?biāo)的所有特征都完整地提取出來，容易使得檢測結(jié)果出現(xiàn)空洞現(xiàn)象。光流法是利用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)隨時(shí)間推移所具有的光流特性進(jìn)行的，利用位移向量光流場對基于物體輪廓進(jìn)行跟蹤計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)有效提取和跟蹤。基于背景建模的方法是通過對視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)的背景建模，將當(dāng)前圖像與檢測出的背景圖像進(jìn)行差分操作，從而分離出前景運(yùn)動(dòng)物體的技術(shù)。這種方法可以反映背景隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，提供較完整的特征數(shù)據(jù)。

2.4 研究溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警設(shè)計(jì)

溫度安全預(yù)警系統(tǒng)通過溫度傳感器獲取線路和金具的溫度信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、溫度信息標(biāo)準(zhǔn)、溫度信息展示、系統(tǒng)報(bào)警、對比分析及統(tǒng)計(jì)報(bào)表短信提醒等功能。平臺(tái)提供對原始、采集數(shù)據(jù)信息的查詢，并通過計(jì)算形成年、月、日的各種報(bào)表。監(jiān)控平臺(tái)基于浙江捷安工程有限公司自主研發(fā)的軟件開發(fā)平臺(tái)，通過業(yè)務(wù)模塊的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各個(gè)功能，具有數(shù)據(jù)庫兼容功能和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。真友好的用戶界面、強(qiáng)大的分析功能及完善的故障報(bào)警確保了輸電線溫度安全預(yù)警系統(tǒng)的完全可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。

2.5 其他項(xiàng)目設(shè)計(jì)

（1）地電位安裝等電位設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。參考配電線路故障指示器帶電安裝工具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到重量輕、安裝便捷及安裝作業(yè)安全可靠的目的。（2）后臺(tái)軟件功能設(shè)計(jì)，主要包括終端設(shè)備參數(shù)設(shè)置及管理、圖片展示、設(shè)備狀態(tài)展示、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢、用戶賬號(hào)管理及微信公眾號(hào)的設(shè)計(jì)。通過這些設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)終端設(shè)備參數(shù)設(shè)置及管理、異常報(bào)警信息及圖像展示、所有設(shè)備狀態(tài)及異常設(shè)備展示、歷史圖片信息查詢和統(tǒng)計(jì)、歷史異常報(bào)警信息及圖像數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)及設(shè)備異常報(bào)警信息查詢和統(tǒng)計(jì)等強(qiáng)大功能。

3 配電線路的可視化監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 感應(yīng)取電技術(shù)

感應(yīng)取電技術(shù)是一種新的能源利用技術(shù)，在高壓輸電線路上利用通過線路的電流產(chǎn)生的電磁場取得低壓工作電能，目前已逐步在輸電線路監(jiān)測產(chǎn)品上得到了應(yīng)用。采用感應(yīng)取電技術(shù)供電的監(jiān)測設(shè)備，可以獲得更高效的電源供給能力，具有短路電流的沖擊保護(hù)和持續(xù)大電流保護(hù)能力，能適應(yīng)各種負(fù)荷的電力線路[2]。

3.2 輸電導(dǎo)線地電位安裝結(jié)構(gòu)

感應(yīng)取能電源需要從輸電導(dǎo)線上獲取能量，所以一般直接安裝在輸電導(dǎo)線上，與高壓輸電線路處于等電位狀態(tài)。輸電導(dǎo)線本身具備一定的承載能力，在導(dǎo)線上安裝的大多為電力金具，如線夾、防震錘、間隔棒等。這類設(shè)備長期運(yùn)行在輸電導(dǎo)線上，技術(shù)成熟可靠，因此本項(xiàng)目將結(jié)合電力金具的安裝方法，為感應(yīng)取電方式的在線監(jiān)測設(shè)備設(shè)計(jì)一種簡便可靠的地電位安裝等電位設(shè)備的安裝工具[3]。

3.3 EH技術(shù)應(yīng)用

輸電線是一個(gè)工頻電場和磁場能量非常密集的區(qū)域?？梢岳梦㈦娮蛹夹g(shù)、低功耗技術(shù)以及能量管理技術(shù)收集線夾或者開關(guān)柜及戶外接點(diǎn)等測溫點(diǎn)中的電磁能，并將其能量轉(zhuǎn)化為無線溫度傳感器所需之電源。將EH技術(shù)應(yīng)用于輸電線回路的無線測溫，解決了傳感器的能量需求問題，使得傳感器擺脫了對傳統(tǒng)電池的束縛，體積更小，壽命更長，可靠性更高，安裝更方便，維護(hù)更簡單，產(chǎn)品更環(huán)保，技術(shù)更先進(jìn)。

3.4 圖像分析技術(shù)

由于輸電線路的特殊性，需要將監(jiān)測畫面中的輸電線路本體背景、通道背景等作為背景建模的依據(jù)，對其進(jìn)行準(zhǔn)確建模，從而減除不感興趣的復(fù)雜背景。這可以使后續(xù)處理過程的注意力集中到前景目標(biāo)上，即外力破壞物體的闖入，可以減少計(jì)算量，大大簡化圖像理解、目標(biāo)跟蹤等問題。

4 結(jié) 論

國內(nèi)輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用是在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)普及后，大多數(shù)廠家的監(jiān)測裝置一般安裝在桿塔上，供電電源采用了太陽能板與蓄電池的組合電源，或太陽能和風(fēng)力混和充電模式。遠(yuǎn)程通信傳輸方式主要是使用通信運(yùn)營商的移動(dòng)無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸現(xiàn)場圖片信息。由于4G網(wǎng)絡(luò)的普及，也實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場的視頻信號(hào)回傳。