輸電線路雷達(dá)防外力破壞的在線監(jiān)測(cè)研究

來(lái)永鑫　李英濤　王化偉　秦?fù)P

摘要：由于環(huán)境的特殊性，輸電線路一般要跨越山川、公路、河流及施工現(xiàn)場(chǎng)等場(chǎng)地，導(dǎo)致輸電線路可能會(huì)受到諸如樹(shù)木掛線、吊車(chē)碰線、山火等潛在的外力破壞，嚴(yán)重影響輸電線路的安全運(yùn)行。輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)指的是直接安裝在線路設(shè)備上能夠?qū)崟r(shí)記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)特征量的測(cè)量系統(tǒng)及技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)檢修的重要手段。下文就對(duì)輸電線路雷達(dá)防外力破壞的在線監(jiān)測(cè)的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，可供參考。

關(guān)鍵詞：輸電線路;雷達(dá);防外力破壞;在線監(jiān)測(cè)

1工作原理分析

輸電線路雷達(dá)防外破在線監(jiān)測(cè)主要通過(guò)雷達(dá)傳感器去進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)，用攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)控兩種方式去監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的情況。雷達(dá)在發(fā)現(xiàn)外力入侵就會(huì)聯(lián)動(dòng)告警系統(tǒng)，告警外力破壞人員，攝像機(jī)立刻抓拍圖片，及時(shí)傳送到監(jiān)控中心，通過(guò)短信方式發(fā)送到相關(guān)人員的手機(jī)。工作人員接收到外破信息后，可以及時(shí)監(jiān)控外力破壞情況，同時(shí)派人趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理。

2分析輸電線路雷達(dá)智能防外破系統(tǒng)主要功能

雷達(dá)探測(cè)到有外力入侵破壞時(shí)，立即聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控裝置錄像上傳至監(jiān)控中心平臺(tái)，同時(shí)向相關(guān)人員發(fā)短信告警提示緊急處理;兩種可選配置：針對(duì)線路安全間距的防護(hù)，同時(shí)針對(duì)線路與鐵塔的安全防護(hù)，對(duì)鐵塔的防護(hù)，可以代替紅外報(bào)警傳感器，減少了誤告的情況;具備遠(yuǎn)程受控視頻信號(hào)采集、處理和傳輸功能;具備遠(yuǎn)程受控變焦、聚焦調(diào)整設(shè)置功能;具備遠(yuǎn)程設(shè)置圖片采集時(shí)間間隔的功能;具備對(duì)前端設(shè)備電源的遠(yuǎn)程控制功能;具有本地真人語(yǔ)音警示功能，也可以通過(guò)電腦麥克風(fēng)直接向現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行喊話;具備遠(yuǎn)程修改、設(shè)置設(shè)備IP地址功能;采用無(wú)線3G/4G通信;支持手機(jī)客戶(hù)端瀏覽;設(shè)備具備防雷擊保護(hù)功能;供電電源采用太陽(yáng)能及高性能聚合物鋰電池的方式;系統(tǒng)具備體積小、重量輕、拆裝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。

3硬件設(shè)計(jì)與軟件流程分析

3.1雷達(dá)模塊

雷達(dá)信號(hào)發(fā)射器能發(fā)出連續(xù)波，在經(jīng)過(guò)三角波形調(diào)制器調(diào)制后，輸出帶有監(jiān)測(cè)目標(biāo)信息的信號(hào)f1、f2，然后再由濾波、A/D轉(zhuǎn)換等電路進(jìn)行信號(hào)處理，通過(guò)信息傳輸模塊輸送到中心處理器。一旦出現(xiàn)外物入侵現(xiàn)象，雷達(dá)模塊就會(huì)把入侵物體的速度和形狀等信息傳輸?shù)奖O(jiān)控終端，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警警示，最后再經(jīng)由工作人員確定現(xiàn)場(chǎng)情況。雷達(dá)傳感器能探測(cè)動(dòng)態(tài)檢測(cè)目標(biāo)的距離、速度或是否存在等特征。雷達(dá)模塊發(fā)射波與回波間的時(shí)間差會(huì)產(chǎn)生差頻信號(hào)，而目標(biāo)的距離、速度等信息存在差頻信號(hào)中。雷達(dá)技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于可以在一定范圍內(nèi)無(wú)死角掃描分析監(jiān)控。雷達(dá)掃描分析使用雷達(dá)監(jiān)控技術(shù)手段，可以根據(jù)既定的安全范圍，所監(jiān)測(cè)的范圍為塔基地面和上空的全景范圍，完全可以滿(mǎn)足監(jiān)控輸電線路對(duì)各個(gè)空間環(huán)境及突發(fā)性監(jiān)控的要求。

3.2視頻分析模塊

目前的監(jiān)測(cè)手段大多是視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)。一旦有外物入侵的時(shí)候，采用攝像頭及時(shí)捕捉現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面，用背景差分法原理建立高斯背景模型，對(duì)比捕捉到的幀與背景模型，準(zhǔn)確判斷入侵物體類(lèi)型，并以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行緊急處理。背景差分法的原理是利用視頻背景建模，把監(jiān)測(cè)到的圖像幀和背景做差值，然后比較差分值和給定的值，進(jìn)而確定該像素是否屬于背景區(qū)域。

3.3DSP模塊

信號(hào)處理是對(duì)系統(tǒng)和外接口工作控制的關(guān)鍵分系統(tǒng)。DSP信號(hào)處理系統(tǒng)首先把雷達(dá)傳感器產(chǎn)生基帶信號(hào)采樣送到DSP，然后經(jīng)由DSP積累結(jié)算雷達(dá)信號(hào)，提取出目標(biāo)信息，把目標(biāo)的方位、距離、速度信息通過(guò)接口電路送到視頻采集云，與此同時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)還必須要采樣系統(tǒng)的方位信息，最后準(zhǔn)確計(jì)算出目標(biāo)的精確方位信息。編碼器的性能能夠衡量網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器的實(shí)用價(jià)值。在編寫(xiě)編碼器程序時(shí)，通過(guò)DSP處理系統(tǒng)完成編寫(xiě)算法，增加編碼器實(shí)時(shí)特性。檢測(cè)系統(tǒng)首先監(jiān)測(cè)到有外物入侵，然后通過(guò)視頻模塊提取、識(shí)別出活動(dòng)前景圖像，判斷活動(dòng)前景有無(wú)危險(xiǎn)隱患存在，如存在就及時(shí)發(fā)出警告。一經(jīng)工作人員發(fā)布命令后，系統(tǒng)便開(kāi)始進(jìn)行工作，發(fā)現(xiàn)有外物入侵之后，雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)監(jiān)測(cè)到外物運(yùn)動(dòng)速度及其形狀，同時(shí)開(kāi)啟視頻模塊。視頻模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍攝、存儲(chǔ)，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)。報(bào)警模塊不僅可以警告現(xiàn)場(chǎng)，還能及時(shí)通知相關(guān)工作人員，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)處理情況。

4雷達(dá)傳感器安裝設(shè)計(jì)研究

4.1雷達(dá)發(fā)射

雷達(dá)探測(cè)器經(jīng)過(guò)后端信號(hào)處理技術(shù)作出處理之后，探測(cè)范圍可達(dá)300-500m，當(dāng)方位角度在-30°至+30°時(shí)信號(hào)比較強(qiáng)，探測(cè)的精度也很高。所以在安裝雷達(dá)探測(cè)器的時(shí)候，-30°至+30°為最佳探測(cè)角度范圍。

4.2雷達(dá)安裝設(shè)計(jì)

在平原地域，桿塔間的距離通常超過(guò)300m，塔高超過(guò)30m。在基于雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的輸電線路防外力破壞在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝方案為：每個(gè)雷達(dá)探測(cè)器的有效范圍超過(guò)200m，在兩邊塔桿塔臂中間部位各安裝一個(gè)雷達(dá)探測(cè)器，以確保有效的警戒區(qū)范圍。為了保證警戒區(qū)安全效果，必須要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)安裝雷達(dá)的位置及角度進(jìn)行精確計(jì)算。例如，一個(gè)220kV導(dǎo)線安全距離是6m，雷達(dá)有效探測(cè)角是60°，計(jì)算出導(dǎo)線的最大弧垂位置，假設(shè)懸掛點(diǎn)在同一水平線上，中點(diǎn)必然是最大弧垂點(diǎn)。在最低點(diǎn)10m塔臂位置安裝雷達(dá)，角度向上傾斜30°，如此一來(lái)，在警戒區(qū)可以進(jìn)行最大程度的探測(cè)。

5測(cè)試

5.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬

為了驗(yàn)證雷達(dá)探測(cè)的精確度及設(shè)計(jì)方案的可行性，在一樓頂搭建了模擬雷達(dá)測(cè)距的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在墻上距離地面1m處，向上傾斜30°固定雷達(dá)傳感器，實(shí)驗(yàn)員模擬外力入侵。

5.2測(cè)距實(shí)驗(yàn)

在測(cè)距實(shí)驗(yàn)中，雷達(dá)采用三角波調(diào)制信號(hào)，調(diào)制電壓范圍為0.5-4.5V，調(diào)制信號(hào)頻率為100Hz，雷達(dá)傳感器端輸出信號(hào)處理使用頻率為3kHz，放大20倍的二階高通濾波器放大器，得到了DSP處理后的頻譜信號(hào)，并從中可以得知：探測(cè)距離越遠(yuǎn)，差頻越大。

5.3速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)

連接好雷達(dá)監(jiān)控裝置，啟動(dòng)小車(chē)從雷達(dá)防外力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雷達(dá)口經(jīng)過(guò)，在行駛一段路程之后進(jìn)入測(cè)速段，通過(guò)雷達(dá)探測(cè)范圍時(shí)記錄行駛速度，便于和雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

6結(jié)語(yǔ)

根據(jù)智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展及應(yīng)用，結(jié)合輸電線路的特殊地理環(huán)境和輸電線路防外力破壞的發(fā)展，本文主要分析了輸電線路雷達(dá)防外破在線監(jiān)測(cè)的基本原理，硬件設(shè)計(jì)與軟件流程，雷達(dá)傳感器安裝設(shè)計(jì)以及測(cè)試的有關(guān)內(nèi)容。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不斷發(fā)展還需要有關(guān)人員的不斷努力，相信在未來(lái)，輸電線路的外力破壞問(wèn)題能夠等到更好的解決，以促進(jìn)電力事業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

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