沈陽工程學院 于杰承 高 陽 李東陽

基于雷達原理的架空輸電線路防外力破壞系統(tǒng)的研究綜述

沈陽工程學院 于杰承 高 陽 李東陽

目前由于電力線路的地理位置和環(huán)境條件的特殊性，會給供電公司及電力用戶帶來不可預估的經(jīng)濟損失，也會對電網(wǎng)可靠安全、人員生命財產(chǎn)構(gòu)成了很大的威脅。本文針對架空輸電線路防外力破壞系統(tǒng)的工作原理，及設計方案進行了闡述，對系統(tǒng)內(nèi)部所應用的雷達原理及系統(tǒng)各部分功能進行了總結(jié)，架空輸電線路走廊進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)濟性，其應用前景極為廣闊。

防外力；雷達；聲光報警；智能系統(tǒng)

0. 引言

近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設規(guī)模的不斷擴大，公路，鐵路，管道網(wǎng)絡，改進和完善各類大型施工機械設備的地區(qū)電力設施保護得到了廣泛的應用，但因為電力線路所在地理位置與環(huán)境問題的特殊性，在時刻威脅設備安全可靠運行此類事件除了會給供電公司及電力用戶帶來不可預估的經(jīng)濟損失，也會對電網(wǎng)可靠安全、人員生命財產(chǎn)構(gòu)成了很大的威脅，造成很壞的負面影響，由此可見對架空輸電線路走廊進行各類外力破壞的防御工作極其重要，本項目通過對先進的在線監(jiān)測技術(shù)、通信技術(shù)進行研究，構(gòu)建輸電線路外力破壞監(jiān)測、預警系統(tǒng)[1]，實現(xiàn)對外力破壞隱患點進行實時、遠程監(jiān)測，及時掌握隱患點的施工情況，當影響輸電線路安全運行時，遠程發(fā)出預警信息并通過短信及時告知線路運維人員，以便及時制止外力破壞行為。

1. 國內(nèi)外發(fā)展概況

國外目前，行業(yè)中針對架空輸電線路的防外力破壞系統(tǒng)也存在不少，比較常見的一種系統(tǒng)名稱為“視頻防外力破壞監(jiān)測裝置”。是一種遠程視頻采集傳輸系統(tǒng)，通過安裝在桿塔上的攝像機采集周邊的圖象信號、再經(jīng)無線或有線方式遠傳到監(jiān)控中心，實現(xiàn)監(jiān)控中心對桿塔環(huán)境的實時觀察，掌握桿塔、突發(fā)事故點周圍環(huán)境變化。

其工作原理是在輸電線路桿塔上架設一部工業(yè)攝像機，利用攝像機24小時不間斷對現(xiàn)場情況進行畫面監(jiān)視，此類系統(tǒng)另一個核心部件為圖像移動偵測感知模塊，該模塊利用圖像差異原理，對比攝像機高速畫面前后兩幀間是否存在差別，將差異點框選出來，并標注在視頻圖像的一個完整幀中，當一組畫面幀重疊起來播放時，我們就會發(fā)現(xiàn)此外來物會被跟蹤監(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測距和三位加速度傳感器測傾角以及高精度溫度傳感器測量導線溫度的方式。主控板收集完所有相關(guān)參量后，結(jié)合判定模型確定進入監(jiān)視區(qū)域種類，得出結(jié)果值后上送至后臺系統(tǒng)，通訊方面我們采用了低功耗GPRS或3G模塊向監(jiān)測中心發(fā)送數(shù)據(jù)。

前置系統(tǒng)中安裝于現(xiàn)場的智能監(jiān)控裝置，具有多目標識別跟蹤、危險行為判別、干擾事件過濾、危險告警事件追溯、記錄存檔等實時智能監(jiān)控功能；其安裝于現(xiàn)場的智能監(jiān)控裝置，當判定現(xiàn)場發(fā)生外力破壞危險事件時，自動觸發(fā)現(xiàn)場聲光報警，并向用戶PC/ MP端發(fā)送告警信息[3]。

3. 硬件部分系統(tǒng)設計

3.1 H.264視頻報文的網(wǎng)絡實時傳輸

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。然而，編碼過程的計算復雜度非常高。如何降低計算復雜度，提高編碼速度是H.264視頻處理技術(shù)實現(xiàn)的重點和難點。本項目將三個方面研究實現(xiàn)H.264網(wǎng)絡視頻編碼技術(shù)：H.264視頻編碼算法優(yōu)化；DSP系統(tǒng)中視頻編碼應用的硬件加速；H.264視頻信息網(wǎng)絡實時傳輸。

3.2 H.264視頻報文的網(wǎng)絡實時傳輸

本文使用網(wǎng)絡開發(fā)工具包實現(xiàn)了RTP／RTCP實時網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，主要包括TCP／IP網(wǎng)絡協(xié)議棧的配置和使用，以及實現(xiàn)基于RTP／RTCP協(xié)議的應用服務。在網(wǎng)絡應用的基礎(chǔ)上，對視頻編碼器進行性能進行測試，檢驗視頻編碼器的實時效果；完成了進行數(shù)據(jù)完整性測試，驗證了視頻編碼器的準確性。檢測結(jié)果表明本文研究和實現(xiàn)的視頻編碼器具有良好的實時性和穩(wěn)定性。

3.3 高效跟蹤太陽能電池板工作原理

太陽能電池板自動跟蹤控制系統(tǒng)由PLC主控單元、傳感器和信號處理單元、光伏模塊、電磁機械運動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、傳感器檢測和信號處理單元、光伏模塊、電磁機械運動控制模塊、系統(tǒng)電源模塊組成，通過PLC控制和監(jiān)控程序、PC監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理程序控制整個系統(tǒng)運行[4]，使系統(tǒng)能始終保持太陽能電池板和光照的垂直，使其最大化地接收太陽能，則能充分利用豐富的太陽能資源，保證視頻設備的供電可靠。

4. 軟件部分系統(tǒng)設計

4.1 數(shù)據(jù)管理展示實現(xiàn)機制

分析代理服務器：接收原始采集量與結(jié)果值，并對結(jié)果進行二次校驗，由于導線弧垂具有一段持續(xù)性的規(guī)律變化，所以可以通過歷史數(shù)據(jù)篩選個別突變的異常數(shù)據(jù)。在分析服務器上錄入現(xiàn)場數(shù)據(jù)變動的規(guī)律參考，如導線下方出現(xiàn)異物的特征；異物軌跡變動時的報警關(guān)聯(lián)。

4.2 主備工作模式

監(jiān)測裝置的核心部分即中央處理器，是監(jiān)測裝置的大腦，如果發(fā)生故障將直接導致設備無法工作。從計算機服務器雙機備份的角度出發(fā)，將設備主處理單元等設計為主備智能的工作模式，當核心主處理器發(fā)生故障時，智能切換到從處理單元，并且無縫切換，保障設備的正常運行。核心模塊的配置信息存儲在公眾的記憶中，當備份模塊開始，對工作模塊的工作結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)的自動加載，不需要重新配置。

4.3 完善的現(xiàn)場覆冰視頻監(jiān)控功能

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

采用全方位無盲點工業(yè)攝像機，對導線、桿塔、線路走廊及周圍環(huán)境進行全方位監(jiān)控，能夠在后臺看到清晰、流暢線路視頻[5]；線路管理人員在后臺人員可遠程控制攝像機視覺方位，能夠?qū)ΜF(xiàn)場覆冰狀況進行遠程錄像和危險關(guān)鍵點圖像抓拍[6]。

5. 結(jié)論

研究該系統(tǒng)可對輸電線路自身以及周邊狀況進行實時監(jiān)測，便于值班人員實時了解現(xiàn)場狀況；可以對現(xiàn)場出現(xiàn)的入侵行為迅速進行聲、光信息警告，震懾違法違規(guī)行為，起到及時制止的作用；對地監(jiān)測雷達可以有效測量出經(jīng)過監(jiān)視區(qū)域物體的高度和移動速度，以此來判定外力入侵的物體類型；本系統(tǒng)前端監(jiān)測裝置屬于線上單元，在單元內(nèi)部植入了溫度測量傳感器，可實時監(jiān)測導線溫度，結(jié)合導線增容計算模型，給出線路增容建議[7]。由此可見該系統(tǒng)研究對架空輸電線路走廊進行各類外力破壞的防御工作極其重要，其應用前景極為廣闊。

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

[2]黨偉,趙樹野,許云飛,曹陽,劉海波.一種改進的線損分攤計算方法[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)測與預警系統(tǒng)的研究[D].華北電力大學,2013.

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

[5]王國勝,張聲圳.輸電線路防外力破壞監(jiān)測系統(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建設方案研究[J].東北電力技術(shù),2012(2):21-24.