劉海峰 耿三平 楊陽 姚陶

（1.國網(wǎng)河北檢修公司運(yùn)維檢修部 河北省石家莊市 050000 2.國網(wǎng)河北信通公司 河北省石家莊市 050000）

隨著當(dāng)今社會(huì)電氣化程度的提高，對(duì)可靠的電力供應(yīng)的需求以及對(duì)電力質(zhì)量的需求都在增加。由于其輸電線路高度有限，往往是由于一些外部車輛、建筑等原因，通過城市和郊區(qū)的交通線造成線路短路、線路中斷和其他安全事件[1]。在高度緊張的壓力下工作是非常危險(xiǎn)的，一點(diǎn)意外因素就會(huì)造成嚴(yán)重的人員和設(shè)備事故。

為了減少這類事件，需要開發(fā)一種高性能的監(jiān)控裝置，以探測(cè)和警告接近該線的物體，監(jiān)測(cè)傳輸線，覆蓋保護(hù)區(qū)，在外部力量侵入時(shí)發(fā)出警報(bào)，并啟動(dòng)視頻測(cè)試系統(tǒng)，以確保輸電線路的安全

1 輸電線路監(jiān)測(cè)裝置研究的意義

目前，考慮到當(dāng)?shù)貧夂蚝椭T如山火、風(fēng)沙冰雹等自然條件的影響、對(duì)工作人員進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的輸電線路的影響等環(huán)境因素，開發(fā)了在線電氣監(jiān)測(cè)技術(shù)。針對(duì)線路狀態(tài)（溫度、振動(dòng)），為了進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、在線視頻監(jiān)測(cè)或其他監(jiān)測(cè)技術(shù)，電力公司各部門也設(shè)立了一個(gè)評(píng)估中心，監(jiān)測(cè)環(huán)境和業(yè)務(wù)參數(shù)線的初步狀況，評(píng)估傳輸線的運(yùn)行狀況，并指導(dǎo)災(zāi)害預(yù)警工作[2]。

目前使用的大多數(shù)傳輸線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)都是為了監(jiān)測(cè)輸電線路設(shè)備的主體或氣候和環(huán)境參數(shù)，電力專業(yè)的專家和學(xué)者沒有把對(duì)傳輸線沿線外力因素的早期監(jiān)測(cè)作為一個(gè)優(yōu)先研究領(lǐng)域，因此，他們無法直接監(jiān)測(cè)在傳輸線附近發(fā)生的外力因素災(zāi)害[3]。林區(qū)的林業(yè)和氣象專業(yè)人員進(jìn)行的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)研究取得了重要成果，各級(jí)氣象部門都使用氣象雷達(dá)對(duì)其管轄范圍內(nèi)的森林火災(zāi)進(jìn)行預(yù)測(cè)。林業(yè)部門利用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星掃描范圍內(nèi)的森林火災(zāi)。

研究傳輸線意外情況的專門監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和設(shè)施，有助于及早發(fā)現(xiàn)意外點(diǎn)，并幫助應(yīng)急人員在災(zāi)害影響到設(shè)備和電網(wǎng)之前消除潛在的危險(xiǎn)[4]。如果不能及時(shí)解決隱藏的問題，就可以幫助電力分配人員及時(shí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作結(jié)構(gòu)，并將損失減少到最低限度，確保線路安全運(yùn)行，使人民安全用電力。

2 輸電線路破壞故障類型

2.1 異物造成的故障

有些導(dǎo)電物體可能會(huì)導(dǎo)致輸電線路的短路。懸浮氣球，風(fēng)箏懸浮在傳動(dòng)線上，高空拋出的物體會(huì)造成輸電線路的短路。一個(gè)更為特殊的現(xiàn)象是在塔上筑巢的鳥類，這促使蛇沿著塔上的界線攀登，從而使輸電線路短路。

2.2 吊車碰線造成的故障

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，施工作業(yè)比較頻繁。當(dāng)起重機(jī)在輸電線附近搬運(yùn)重物時(shí)，其手臂離輸電線太近。很可能會(huì)造成從線路到地面的短路連接[5]。外部力量造成的這種破壞的后果更為嚴(yán)重，而且往往伴隨著更大的生命損失或能源損失。這也是近年來經(jīng)常發(fā)生的輸電線路破壞故障的主要類型。

2.3 違章施工造成的故障

圖1：輸電線路監(jiān)測(cè)裝置部分組件

輸電線路以下的非法建筑造成線與建筑物之間的距離不足，并導(dǎo)致輸電線路的跳閘。非法施工的形式多種多樣，近年來也呈現(xiàn)出一種常見的趨勢(shì)。

2.4 山火造成的故障

山區(qū)森林中的人為或自然因素引起的火災(zāi)會(huì)使線路周圍的空氣離子化，或使大量的絕緣物質(zhì)溢出，從而減少空氣的絕緣性。這會(huì)在穿過森林的傳輸線上造成短路或爆炸，從而使輸電線路出現(xiàn)故障。

2.5 盜竊造成的故障

大多數(shù)輸電設(shè)備都是布置在野外，缺乏專人看管。在許多地方，塔材、接地線等都被盜竊。這種現(xiàn)象嚴(yán)重威脅著輸電線路的安全，給電力傳輸造成了嚴(yán)重的損失。

3 防外力破壞技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

微波技術(shù)的監(jiān)控裝置系統(tǒng)以防止微波誘發(fā)線盜竊的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，使用微波誘導(dǎo)原理在傳輸線周圍10 米范圍內(nèi)探測(cè)移動(dòng)物體，并獲得信號(hào)以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)效果。人們認(rèn)為，破壞或盜竊電力設(shè)施往往會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪音，因此使用了加速傳感器來收集在輸電線路相關(guān)設(shè)備被盜和使用過濾器和信號(hào)處理技術(shù)處理噪音時(shí)收到的撞擊信號(hào)[6]。這樣也可以很好地跟蹤信號(hào)塔失竊的現(xiàn)象，雷達(dá)探測(cè)器是根據(jù)多普勒理論開發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是高度敏感和廣泛的探測(cè)范圍，是一個(gè)高電壓線激光探測(cè)和警報(bào)系統(tǒng)，以防外力引起的輸電線路故障。物體和高壓線之間的定位距離，由高電壓線磁場(chǎng)強(qiáng)度變化值的激光探測(cè)和激光向目標(biāo)和向目標(biāo)發(fā)射所需的時(shí)間來確定。根據(jù)安全距離參數(shù)各個(gè)級(jí)別的預(yù)設(shè)值進(jìn)行預(yù)防和警告；當(dāng)基本警告值或其他預(yù)設(shè)值超過時(shí)，高電壓線將自動(dòng)避免由高電壓物體在現(xiàn)場(chǎng)直接破壞，其遙控警報(bào)系統(tǒng)和警示警報(bào)系統(tǒng)，或通過從控制中心進(jìn)行的二級(jí)操作予以消除；根據(jù)相對(duì)位置距離進(jìn)行計(jì)算和分析，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)高壓線以下樹木生長(zhǎng)的狀況，進(jìn)行高空?qǐng)?bào)警，鐵塔傾斜報(bào)警，根據(jù)傳感器探測(cè)結(jié)果發(fā)出撞擊警報(bào)。

4 總體方案設(shè)計(jì)

防衛(wèi)外部力量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，即主現(xiàn)場(chǎng)控制和二級(jí)數(shù)據(jù)處理中心。主現(xiàn)場(chǎng)控制股由一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)和一個(gè)安裝在鄰近鐵塔上的從屬系統(tǒng)組成。主系統(tǒng)包括主發(fā)射機(jī)控制單元、接收器雷達(dá)、指揮塔防盜雷達(dá)、無線通信單元、無線視頻單元，聲學(xué)和光學(xué)報(bào)警單元和電源單元：奴役系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)主控制單元、傳輸雷達(dá)、塔臺(tái)防盜雷達(dá)和無線通信單元以及電源單元組成，其中包括：發(fā)射雷達(dá)和接收雷達(dá)是使用24.125 千兆赫載波頻率的微波探測(cè)器。

當(dāng)外部力量侵入該地區(qū)時(shí)，警報(bào)就會(huì)觸發(fā)；該塔的防爆雷達(dá)由安裝在塔周圍的四個(gè)雙探測(cè)微波紅外線傳感器組成，能夠有效地阻遏陌生人攀登塔和偷竊塔上的材料。無線視頻模塊包括一個(gè)高速球和無視頻率服務(wù)器，使用戶能夠通過4G 高速網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)實(shí)時(shí)觀看現(xiàn)場(chǎng)視頻；現(xiàn)場(chǎng)警報(bào)將是聲學(xué)和光學(xué)警報(bào)，以便有效地提醒人員和車輛。該中心由一個(gè)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)和一個(gè)通信服務(wù)器組成。它的作用是與網(wǎng)站的主要控制單位進(jìn)行信息交流，最后，用戶可以通過友好的操作界面進(jìn)行操作，如發(fā)布命令、終端管理、數(shù)據(jù)查詢等。

整個(gè)工作流程系統(tǒng)：雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試單位在警報(bào)或報(bào)警后通過頻道識(shí)別警報(bào)位置，然后在現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)無線視頻模塊，從而通過攔路搶劫來探測(cè)。通過RS-485 高速定位器的接口，它指向了現(xiàn)場(chǎng)視頻報(bào)警位置，通過一個(gè)4G 網(wǎng)絡(luò)從最后一個(gè)視頻信號(hào)上傳到后端數(shù)據(jù)處理中心。主現(xiàn)場(chǎng)控制裝置可以同時(shí)激活聲波和光學(xué)報(bào)警電源，并將警報(bào)終端號(hào)碼、警報(bào)時(shí)間和警報(bào)位置的信息從GPRS 無線傳送到二級(jí)監(jiān)測(cè)中心，如圖1所示。

5 現(xiàn)場(chǎng)主控單元

5.1 微波雷達(dá)

雷達(dá)的工作頻率是K 波段，采用這一波段的好處是，它是在遠(yuǎn)離環(huán)境噪音的高頻率上，因此，探測(cè)器在防止假警報(bào)方面具有良好的性能。

它由一個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收器組成。發(fā)射機(jī)將K 波段的振幅調(diào)制微波發(fā)射機(jī)發(fā)送給接收者，并由接收者接收。接收到的電波被放大和處理，以確保報(bào)警信號(hào)的繼電器保持電。當(dāng)有干擾時(shí)，接收器收到的能量會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致繼電器斷電，從而引發(fā)警報(bào)。

一組獨(dú)立的K 波雷達(dá)可以監(jiān)測(cè)1500 英尺的距離。接收器配有自動(dòng)收益控制裝置（AGC），使接收器能夠根據(jù)控制距離自動(dòng)調(diào)整接收器。其典型的最大保護(hù)范圍是1500 英尺、直徑40 英尺的微波空間。當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收器之間的距離最大，而接收器的“敏感度”最大時(shí)，即達(dá)到最大限度。

5.2 桿塔防盜

該系統(tǒng)使用一個(gè)紅外微波鏡像傳感器探測(cè)防御塔外部力量的情況。這一傳感器中使用的MRD 全息成像雷達(dá)位移識(shí)別技術(shù)可以有效地防止假警報(bào)。傳感器安裝在臺(tái)塔8 至10 米的高度（可根據(jù)實(shí)際探測(cè)區(qū)域靈活選擇這一高度）。當(dāng)移動(dòng)物體接近或爬上塔臺(tái)時(shí)，傳感器會(huì)發(fā)出警報(bào)。

5.3 無線視頻

無線視頻單元由高速球和無線視頻服務(wù)器組成。

（1）高速球機(jī)。這是無線3G 遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)前端的探測(cè)部分，它發(fā)揮著重要的作用。高速球機(jī)可以達(dá)到360 度的水平。垂直90 度，它的工作電壓為DC12V，其通信介質(zhì)為RS-485；它的工作電壓為DC12V；它的工作負(fù)荷為0.5 至0.5 毫米；它的工作負(fù)荷為0.5 至0.5毫米。

（2）無線視頻服務(wù)器。對(duì)高速球捕捉到的視頻信號(hào)進(jìn)行分析和處理，并最終通過4G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心，該網(wǎng)絡(luò)使用各種低扭曲和快速的視頻壓縮算法，加密效率高，圖像質(zhì)量高，它的電源是應(yīng)主控制單元的能源管理單元的要求提供的，電壓為DC2V，因此，它的電源是由一個(gè)獨(dú)立的中央控制單元提供的。

5.4 視頻聯(lián)動(dòng)

在安裝該系統(tǒng)時(shí)，高速球機(jī)的前置時(shí)間與K 波長(zhǎng)雷達(dá)和反轉(zhuǎn)傳感器的位置相吻合，其通信通過背景監(jiān)測(cè)中心在主控制單元內(nèi)進(jìn)行保密。當(dāng)主控制單元探測(cè)到警報(bào)時(shí)，它會(huì)向高速球機(jī)發(fā)出預(yù)定的跳躍命令，以便對(duì)入侵現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行錄像，并為獲取司法證據(jù)提供依據(jù)[7]。

5.5 無線通訊

該系統(tǒng)利用各種無線通信手段來適應(yīng)不同的應(yīng)用程序。通過4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻通信；基本命令和信息通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)實(shí)施：從機(jī)與主機(jī)之間的通信通過一個(gè)小型的自主無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，覆蓋433兆赫。

5.6 供電系統(tǒng)

光伏電源系統(tǒng)使設(shè)備能夠在連續(xù)20 天的降雨和冰層中運(yùn)行正常工作，在一些最富于風(fēng)能的地區(qū)，可以安裝風(fēng)光互補(bǔ)的能源供應(yīng)系統(tǒng)。

6 結(jié)束語

輸電線路是電力運(yùn)輸?shù)闹鞲?，?duì)人民日常生活的重大影響是顯而易見的。通過監(jiān)測(cè)裝置的安裝，可以對(duì)輸電線路進(jìn)行24 小時(shí)的全天監(jiān)測(cè)，對(duì)事故進(jìn)行早期預(yù)警，降低了事故發(fā)生率，提高了電網(wǎng)的可靠性，直接減少事故造成的經(jīng)濟(jì)損失。