許傲然+田洪芮+王繼開(kāi)+吳仲非

摘 要：本文針對(duì)電力線路易遭到外物刮拉出現(xiàn)電力事故，闡述了電力系統(tǒng)外力入侵的相關(guān)情況，研究了以雷達(dá)，激光為探測(cè)手段的輸電線路防外力系統(tǒng)，系統(tǒng)由雷達(dá)，激光，視頻相關(guān)控制模塊構(gòu)成，可完成針對(duì)架空線路常見(jiàn)工程車(chē)輛吊臂，線路覆冰，人員攀爬塔桿等常見(jiàn)外力破壞或危害電力安全情況準(zhǔn)確報(bào)警。

關(guān)鍵詞：電力線路；外力破壞；在線監(jiān)測(cè)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.146

1 引言

目前，電力行業(yè)中針對(duì)架空輸電線路的防外力破壞系統(tǒng)存在很多問(wèn)題，例如防外力破壞效果不明顯；系統(tǒng)運(yùn)行中干擾不斷；物體種類(lèi)無(wú)法判別；視頻一點(diǎn)多控的弊端；外破對(duì)象信息不詳細(xì)；監(jiān)測(cè)模式耗電量大。例如線路運(yùn)行人員想知道某段線路什么類(lèi)型的破壞行為最為突出，行為實(shí)施者是誰(shuí)，以便有針對(duì)性地采取預(yù)防措施，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法做到。因此本文研究了一種基于雷達(dá)的架空線路防外力侵入系統(tǒng)。

2 雷達(dá)防外力破壞系統(tǒng)

輸電線路防外力破壞預(yù)警系統(tǒng)，其關(guān)鍵點(diǎn)在破壞行為的觸發(fā)和分析上，傳統(tǒng)方式觸發(fā)僅依靠攝像機(jī)完成，而新型預(yù)警系統(tǒng)將觸發(fā)、分析、記錄三大要點(diǎn)分開(kāi)，優(yōu)化每個(gè)要點(diǎn)的構(gòu)成，使其獨(dú)立良好工作的同時(shí)，又可以充分的進(jìn)行互動(dòng)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)系統(tǒng)的先天性不足。本裝置由激光探頭、激光報(bào)警控制主機(jī)（激光測(cè)距模塊、分析模塊）、雷達(dá)模塊、雷達(dá)控制主機(jī)、視覺(jué)差異化分析系統(tǒng)、高聲響喇叭、警示燈、太陽(yáng)能電池板、控制器、高性能寬溫電池等部件組成，后臺(tái)系統(tǒng)由管理人員控制手機(jī)或計(jì)算機(jī)組成。

在需要監(jiān)控的高壓線路一端鐵塔上安裝固定好激光探頭、激光報(bào)警控制主機(jī)、雷達(dá)模塊、雷達(dá)控制主機(jī)、視覺(jué)差異化分析模塊和其它輔助設(shè)備。激光探頭的激光射線基本水平面對(duì)準(zhǔn)兩塔之間輸電線弧垂下5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）位置，雷達(dá)監(jiān)測(cè)模塊和高清視頻差異化分析模塊安裝距輸電線弧垂下5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）位置。當(dāng)管理人員或監(jiān)控室通過(guò)手機(jī)或計(jì)算機(jī)向系統(tǒng)報(bào)警控制主機(jī)發(fā)布“布防”指令后系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，一旦發(fā)生物體接近高壓線5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）警戒距離值時(shí)觸發(fā)報(bào)警（用戶可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況自行設(shè)定初始值或其它檔位值），現(xiàn)場(chǎng)高音喇叭發(fā)出聲響警報(bào)“高壓危險(xiǎn)，注意安全”的語(yǔ)音提示，主機(jī)同時(shí)將報(bào)警信息（包括塔名、位置、危險(xiǎn)距離值）通過(guò)公網(wǎng)或自建網(wǎng)發(fā)送給相關(guān)管理人員，管理人員可以直接進(jìn)行遠(yuǎn)程喊話提示，或與電力110實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)處置。此時(shí)觸發(fā)高清視頻差異化分析系統(tǒng)，自動(dòng)拍照、視頻采集分析，通過(guò)3G、無(wú)線WIFI、光纖等網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心在線傳輸現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像視頻。

當(dāng)中心接收到來(lái)自前段的預(yù)警信號(hào)和拍攝照片時(shí)，會(huì)聯(lián)動(dòng)計(jì)算機(jī)上的視覺(jué)圖像差異化分析，通過(guò)設(shè)定好的入侵對(duì)象模型，智能判定物體的種類(lèi)，分析其行為發(fā)展軌跡，并將結(jié)果發(fā)送至值班人員的手機(jī)當(dāng)中，把破壞行為分析數(shù)據(jù)自動(dòng)錄入智能識(shí)別庫(kù)中，不斷進(jìn)行積累學(xué)習(xí)，當(dāng)積累到一定的數(shù)據(jù)后，利用大數(shù)據(jù)對(duì)破壞行為進(jìn)行挖掘分析，統(tǒng)計(jì)典型特征，協(xié)助線路運(yùn)維人員更加精準(zhǔn)的了解多發(fā)地帶、物體種類(lèi)、破壞行為等。系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可調(diào)整物體越過(guò)初始警戒值后進(jìn)一步靠近高壓線時(shí)的多檔報(bào)警值，便于管理人員評(píng)估物體高危動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)，采取緊急應(yīng)對(duì)措施。開(kāi)發(fā)架空輸電線路雷達(dá)防外力破壞系統(tǒng)，為日后線路防外力破壞的工作提供了有力輔助，解決了目前行業(yè)防外破系統(tǒng)的普遍問(wèn)題，提升架空輸電線路防外力破壞工作的管理水平，并從根本上創(chuàng)新防外力破壞系統(tǒng)工作的整體思路。

3 系統(tǒng)技術(shù)原理

新型架空輸電線路線上單元防外力破壞系統(tǒng)計(jì)劃由觸發(fā)、告警、分析、記錄四個(gè)方面組成，每個(gè)部分能夠獨(dú)立工作，完成自身功能同時(shí)還能實(shí)時(shí)保持與其他部分的聯(lián)動(dòng)。在正常情況下不啟動(dòng)記錄、分析、告警功能，其他模塊處于待機(jī)狀態(tài)，便于最大限度的降低整體功耗，達(dá)到節(jié)電效果，并可以有效延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命，使系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定。

線上單元可采用對(duì)地雷達(dá)去實(shí)時(shí)采集扇形區(qū)域內(nèi)的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)因?yàn)閷?dǎo)線舞動(dòng)和弧垂變化，造成對(duì)地垂直距離的測(cè)量發(fā)生偏移，針對(duì)此情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三維度重力加速度傳感器，計(jì)算其發(fā)生的偏移角度，計(jì)算垂直和水平距離，準(zhǔn)確定位物體位置以及高度參數(shù)。

供電系統(tǒng)可采用線上單元取電，由電流互感器采集實(shí)時(shí)變動(dòng)電流，通過(guò)電流控制系統(tǒng)，平穩(wěn)電流輸入單元電池內(nèi)，完成儲(chǔ)電，由電池完成單元供電。線上單元內(nèi)可設(shè)計(jì)采用導(dǎo)線測(cè)溫傳感器，實(shí)時(shí)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)一起輸入給塔上監(jiān)測(cè)分機(jī)，采用短波形式與分機(jī)進(jìn)行交互，完成線上采集匯總輸送。

由于雷達(dá)裝置在現(xiàn)場(chǎng)部署時(shí)正對(duì)地面，其監(jiān)控區(qū)域?qū)儆谏刃螀^(qū)域，這樣在兩級(jí)桿塔之間可以幾乎全部涵蓋涉及的范圍。以現(xiàn)場(chǎng)情況分析，如果監(jiān)測(cè)區(qū)域僅限于兩級(jí)塔之間的垂直范圍，造成的結(jié)果將是，即使發(fā)現(xiàn)異常狀況，事故也已經(jīng)發(fā)生，雷達(dá)觸發(fā)報(bào)警為時(shí)已晚。所以基于此類(lèi)狀況，要起到預(yù)防作用，必須在物體未到達(dá)垂直范圍時(shí)就要監(jiān)測(cè)并產(chǎn)生喊話和警燈警示。針對(duì)這種情況，可在系統(tǒng)的前端設(shè)計(jì)采用三塊雷達(dá)，組成監(jiān)測(cè)前中后三個(gè)范圍，其中前后為斜面監(jiān)測(cè)，三塊雷達(dá)之間的夾角預(yù)示其監(jiān)控視角，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行自由設(shè)置達(dá)到最佳監(jiān)視。當(dāng)物體移動(dòng)至前后雷達(dá)監(jiān)視區(qū)域時(shí)，裝置捕獲到斜面測(cè)量距離，通過(guò)斜面與垂直夾角，計(jì)算出物體的垂直高度，通過(guò)預(yù)警判定模型分析得出即將出現(xiàn)的危險(xiǎn)，如果超過(guò)安全距離，判定模塊會(huì)迅速將預(yù)警信息發(fā)送至集中控制單元，單元將信號(hào)快速聯(lián)動(dòng)發(fā)送至前端喊話與警燈裝置，警示裝置以聲音和燈光震懾現(xiàn)場(chǎng)，起到預(yù)防作用。如果入侵物體在報(bào)警發(fā)出后仍舊堅(jiān)持通過(guò)垂直區(qū)域，系統(tǒng)將標(biāo)志事件已發(fā)生，并智能將報(bào)警信息區(qū)分為“物體進(jìn)入預(yù)警區(qū)域但事故未發(fā)生”和“物體突破預(yù)警區(qū)域事故已發(fā)生”兩種。

4 結(jié)論

本文針對(duì)電力線路易遭到外物刮拉出現(xiàn)電力事故，闡述了電力系統(tǒng)外力入侵的相關(guān)情況，研究了以雷達(dá)，激光為探測(cè)手段的輸電線路防外力系統(tǒng)，系統(tǒng)由雷達(dá)，激光，視頻相關(guān)控制模塊構(gòu)成，可完成針對(duì)架空線路常見(jiàn)工程車(chē)輛吊臂，線路覆冰，人員攀爬塔桿等常見(jiàn)外力破壞或危害電力安全情況準(zhǔn)確報(bào)警。

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