輸電線路智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

楊金明，張少成，仲 堅

（江蘇祥泰電力實業(yè)有限公司，江蘇泰州 225300）

在電力行業(yè)中，變電站遠(yuǎn)程影像監(jiān)測技術(shù)已相當(dāng)成熟，前端攝像頭、解碼器、服務(wù)器等都得到了廣泛應(yīng)用，并且效果良好，可以看出視頻技術(shù)已相當(dāng)成熟。但是，在野外中，由于受到線路限制，遠(yuǎn)距離圖像監(jiān)測發(fā)展和使用還不夠充分，再加上早期太陽能供電技術(shù)尚未普及，使得電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離成像監(jiān)測受到了制約。近幾年，隨著科研和生產(chǎn)單位的不斷努力，電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)迎來全新發(fā)展機遇，通過運用無線網(wǎng)絡(luò)、太陽能供電等新技術(shù)，對線路狀態(tài)進行遠(yuǎn)程監(jiān)測，使操作人員在監(jiān)測中心內(nèi)便能夠?qū)崟r地看到線路的全貌，對設(shè)備的故障進行檢測與排除，提高了生產(chǎn)效率，保證了設(shè)備的正常使用。

1 輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能

1.1 線路危險點周圍環(huán)境的監(jiān)控

輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，長距離電力傳輸?shù)闹饕伪闶禽旊娋€路，因此，輸電線路的安全運行對電網(wǎng)的安全和效益起著決定性的作用。目前，我國輸電線路綿延幾十萬km，分布范圍很廣，線路所經(jīng)過的地區(qū)地形地貌以及自然條件十分復(fù)雜，很多線路跨越鐵路、公路、山川河流。因此對輸電線路的巡查和監(jiān)視工作顯得尤為重要，在危險區(qū)域設(shè)置監(jiān)測裝置，不但可以減輕員工工作強度，而且可以及時地發(fā)現(xiàn)威脅電力系統(tǒng)的各類危險因素，從而防止因事故而造成的故障。

1.2 防線路偷盜事故

由于輸電線路分布廣泛，而且一般裸露在野外，因此，鐵塔金屬構(gòu)件、電力設(shè)備、電能本身等都成為不法分子的偷盜目標(biāo)。輸電線路被盜，不僅給電網(wǎng)帶來巨大經(jīng)濟損失，而且還帶來了諸多嚴(yán)重安全事故，使人們生命安全受到極大威脅。通過使用線路視頻監(jiān)視，并緊密地與防盜報警器相結(jié)合，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離報警。全天候監(jiān)控能及時發(fā)現(xiàn)盜竊現(xiàn)象，且現(xiàn)場一旦出現(xiàn)盜竊線路行為會發(fā)出警報聲，從而有效防止盜竊行為。在盜竊事件發(fā)生后，通過視頻監(jiān)控，可以為公安機關(guān)提供犯罪線索，使輸電線路的安全得到最大限度保障，從而降低事故發(fā)生。

1.3 防線路覆冰

我國幅員遼闊，自然環(huán)境變化復(fù)雜，冬季部分地區(qū)輸電線路覆冰現(xiàn)象十分嚴(yán)重，造成線路機械性能和電氣性能降低，極易引發(fā)安全事故。對輸電線路覆冰進行監(jiān)控，可根據(jù)線路上覆蓋冰情狀況采取相應(yīng)預(yù)防措施，減少輸電線路的安全隱患。對于輕量覆冰，可采取調(diào)整線路負(fù)載、增大電流等措施，以消除覆冰，排除危險。而對于嚴(yán)重的冰雪覆蓋，盡管無法馬上得到解決，但是可以通過監(jiān)控錄像及時采取冰雪融化措施，從而使電力系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。

1.4 線路導(dǎo)線舞動、風(fēng)偏變化監(jiān)控

引起線路舞動的原因眾說紛紜，至今尚無統(tǒng)一觀點。氣象條件、施工條件、線路使用分裂線路等都會引起線路舞動。特別是在輸電線路上進行分割，子導(dǎo)線間會相互影響，使輸電線路舞動更加嚴(yán)重。而通過在多條輸電線路上安裝舞動監(jiān)控設(shè)備，能夠為研究導(dǎo)線舞動成因提供有價值的參考。同時，在輸電線路上安裝視頻監(jiān)控設(shè)備，能夠?qū)€路舞動現(xiàn)象進行實時監(jiān)控，并將線路舞動信息更加準(zhǔn)確、清晰、及時地傳遞給操作人員。將視頻監(jiān)控設(shè)備與導(dǎo)線舞動設(shè)備相結(jié)合，實時監(jiān)測線路舞動，可以為控制和研究線路的舞動提供重要數(shù)據(jù)支撐，是進行線路舞動分析的基礎(chǔ)。

2 常見的威脅輸電線路安全運行的行為

（1）在輸電線路保護范圍內(nèi)，使用大型機械進行施工，如吊車、挖掘機等機械在電線下工作時，由于與電線距離不足，引起線路對機械放電，致使線路短路。因此，在電力系統(tǒng)的保護范圍內(nèi)發(fā)生大規(guī)模作業(yè)時，應(yīng)能及時發(fā)現(xiàn)并發(fā)出警報。

（2）未經(jīng)許可攀爬桿塔。輸電線路桿塔、導(dǎo)線、電纜接地引線、絕緣子均壓環(huán)等都是被偷盜的對象，要偷盜這些部件，必然會爬上桿塔，因此有必要對未經(jīng)許可的攀爬桿塔行為進行報警。

（3）山體滑坡威脅線路安全。由于桿塔可能處于易滑坡區(qū)，滑坡對桿塔的安全會構(gòu)成極大的威脅，因此必須對其進行監(jiān)測。

（4）漂浮物、鳥窩懸掛在桿塔上會威脅線路安全運行。大風(fēng)過后，輸電線路上往往會出現(xiàn)一些漂浮的物體，需對其監(jiān)視。

3 線路視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)

視頻監(jiān)控具有較的長發(fā)展歷史，一開始是在大樓、銀行等場所使用，但隨著時間推移，監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸完善，之后電力公司、變電站紛紛采用視頻監(jiān)控。在電網(wǎng)改造中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。雖然將視頻監(jiān)控技術(shù)引入到電力傳輸線路監(jiān)控的研究相對滯后，而輸電線路的視頻監(jiān)控技術(shù)也有其自身的特點。

3.1 低功耗技術(shù)和太陽能供電

視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常都是在輸電線路的桿塔上設(shè)置的，如果用電纜線來實現(xiàn)視頻監(jiān)控的話，那么需要耗費的電力和資源就會變得非常昂貴。此外，由于電力傳輸中沒有低壓交流電，因此電力傳輸中的視頻監(jiān)測系統(tǒng)采用的是太陽能供電。視頻監(jiān)控的電源設(shè)備是通過太陽能電池板來吸收太陽能，將其轉(zhuǎn)化為電能，并儲存在太陽能電池中。太陽能電力供應(yīng)管理系統(tǒng)主要包括太儲光伏組件、光伏控制器、蓄電池和太陽能管理控制電路，為電力傳輸線的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的全部硬件設(shè)備提供動力。需要注意的是，在電纜塔上安裝太陽能裝置時，所有太陽能裝置皆不能超過12 V，并且，需將太陽能電池板控制在30 cm×30 cm 內(nèi)，10～15 W。針對雨雪天氣的不利影響，采用低能耗的晶片，以確保在雨、雪的情況下仍能使用3～5 d。該電力系統(tǒng)采用鋰電池作為能量存儲裝置，為保證其高速充電和放電的前提下，利用兩組鋰電池進行充放電；利用太陽能光伏控制器對兩套鋰電池進行交替充電和放電，既能確保鋰電池的安全、穩(wěn)定運行，又能為嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺供電。此外，在安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)時，應(yīng)特別留意太陽能裝置的最佳安裝角度及方向，以確保系統(tǒng)的安全，并使其達到最大功率。太陽能系統(tǒng)供電原理圖如圖1所示。輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)整個硬件包括太陽能供電系統(tǒng)和嵌入式硬件平臺兩部分，如圖2所示。

圖1 太陽能系統(tǒng)供電原理

圖2 監(jiān)控節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)

3.2 防惡劣環(huán)境技術(shù)

由于輸電線路分布廣泛，一些地方的自然環(huán)境十分惡劣，對輸電線路造成極大影響。在這種情況下，如何更好地保護電力傳輸線和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全是一個非常關(guān)鍵的問題。因此，在特定區(qū)域內(nèi)，對線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行抗惡劣環(huán)境技術(shù)的研究與應(yīng)用尤為重要。例如，線路監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備外殼為最基本保護設(shè)備，因此，其必須具備良好的防電磁干擾、通風(fēng)、防水、防銹、防凍等性能。

4 前端監(jiān)控子系統(tǒng)

4.1 攝像機選擇

該系統(tǒng)采用高速球形攝像頭作為前端監(jiān)測子系統(tǒng)，本攝像機能適應(yīng)各種光照環(huán)境，采集圖像清晰。攝像機設(shè)計為高速水平360°無限旋轉(zhuǎn)、210°垂直旋轉(zhuǎn)，可進行較大范圍的精密監(jiān)視，且攝像機具有安裝簡單等優(yōu)點，可迅速拆卸。這種特性使得攝像機能夠適應(yīng)不同的安裝環(huán)境，適合于復(fù)雜的環(huán)境和氣候條件下的傳輸線智能視頻監(jiān)測。它本身具有的智能分析能力，能夠滿足普通的智能圖像識別和語音報警需求。

4.2 安裝位置的選擇

該系統(tǒng)采用攝像機可實現(xiàn)15°仰視、210°垂直轉(zhuǎn)動，并在戶外環(huán)境中容易受到大風(fēng)的影響而產(chǎn)生振動。所以，在安裝攝像頭時，必須要選擇適當(dāng)?shù)奈恢?，并依?jù)監(jiān)測目標(biāo)的不同而選用下列安裝地點。

（1）對線路通道進行監(jiān)視。選擇海拔高度及塔高較高的桿塔，安裝在上橫擔(dān)下部的塔腿上。安裝在此位置監(jiān)控范圍最遠(yuǎn)，也可預(yù)防攝像機抖動引發(fā)后聚焦模糊。

（2）監(jiān)控電線的弧度。選擇觀測檔內(nèi)呼稱高較高的桿塔，安裝在下橫擔(dān)與下相導(dǎo)線弧垂最低點水平線之間中心點部位的塔腿上。

5 線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

5.1 監(jiān)測外力機械入侵

當(dāng)前，隨著城市化進程的加速，城市建筑工程也在逐步加強，一些大型工程設(shè)備在施工過程中因疏忽而觸電，造成線路短路，嚴(yán)重危及電網(wǎng)的安全、供電正常運行，嚴(yán)重影響社會生產(chǎn)、人民群眾正常生活。在機械設(shè)備進入輸電線路時，線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)能對設(shè)備進行定位、分析和跟蹤，在威脅到電力線路安全的情況下，觸發(fā)報警信號，發(fā)送報警信息，能夠有效防止外部機械造成的破壞。

5.2 違章建筑監(jiān)測

眾所周知，在電力線路的安全區(qū)域內(nèi)，不能建造高層建筑，否則會引起電力線路短路，從而導(dǎo)致電力線路運行失效。通過對輸電線路進行視頻監(jiān)測，可以使線路的操作人員及時發(fā)現(xiàn)在線路邊界處存在的違法建筑物，并發(fā)出預(yù)警信號，使工作人員能夠迅速排除故障，使輸電線的安全得到最大程度的保障。

5.3 垃圾堆土監(jiān)測

垃圾堆土、沙土、煤堆等都不能被放入電力線路安全區(qū)域，因為堆土高度和化學(xué)成分對電力線路的安全有著極大威脅。當(dāng)垃圾進入安全區(qū)域后，視頻監(jiān)控系統(tǒng)會及時將圖像和視頻傳輸給處理中心，并對其進行預(yù)警，使運行人員能夠及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的對策。

5.4 樹木及異物監(jiān)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(fēng)箏、塑料袋等異物附著在電線上，極易引起高壓電線相互放電，導(dǎo)致斷電等故障，通過對高速生長的樹木和異物進行實時監(jiān)測，為電力線路的運行管理提供了依據(jù)。

6 結(jié)束語

輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，目前，在智能電網(wǎng)中，通過對電力線路的實時視頻監(jiān)測，可以有效提高電力線路管理水平，為電力輸送線路安全運行提供有力保證。文章著重分析對輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的改造，采用太陽能供電、無線網(wǎng)絡(luò)、光纖接入、惡劣環(huán)境保護等技術(shù)，為電網(wǎng)的運行提供了一種安全、方便的管理方式。