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        基于視覺分析軟測量的礦用輸電線路隱患識別處置技術(shù)研究與應(yīng)用

        2022-01-17 11:12:02王利棟
        同煤科技 2021年6期
        關(guān)鍵詞:樹障異物隱患

        研發(fā)起止時(shí)間:2018年12月~2020年12月

        完成單位:晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司

        獲獎(jiǎng)及評價(jià):國際先進(jìn)

        1 立項(xiàng)背景

        輸電線路受到環(huán)境氣候影響、人類生產(chǎn)活動及其它意外突襲干擾所造成的電網(wǎng)突發(fā)事故量也日趨上升。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),近年來因外力破壞等危害線路安全運(yùn)行的事件約占35%以上,不僅帶來人員傷亡和設(shè)備毀損等直接財(cái)產(chǎn)損失,還對整個(gè)礦區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和社會的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展帶來嚴(yán)重影響。因此,輸電線路預(yù)防外力突襲破壞已經(jīng)引起相關(guān)領(lǐng)域的高度重視。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)電業(yè)有限責(zé)任公司現(xiàn)有輸電線路多處于高山樹林繁茂地帶,受大風(fēng)環(huán)境影響常有異物懸掛在輸電線路上,同時(shí)樹木不斷生長形成的樹障對線路影響尤其巨大,可能引起線路短路跳閘。由于異物種類多樣,一般消缺裝置難以精確清除而且耗時(shí)緩慢,對消缺工作產(chǎn)生巨大阻礙。本項(xiàng)目研究對外破的實(shí)時(shí)監(jiān)測、通道危險(xiǎn)源預(yù)防。當(dāng)輸電線路有施工破壞時(shí),可對現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警;當(dāng)輸電線路懸掛異物時(shí),可自主識別告警;當(dāng)樹障生長突破輸電通道安全距離5 m,對樹障進(jìn)行預(yù)警,幫助工作人員預(yù)判外破具體情況并及時(shí)應(yīng)用遠(yuǎn)程處置技術(shù)對異物進(jìn)行快速清除。

        本項(xiàng)目提出基于視覺分析軟測量的礦區(qū)輸電線路外破診斷及遠(yuǎn)程處置技術(shù),通過在礦區(qū)輸電線路布置物聯(lián)網(wǎng)采集終端,對采集圖像進(jìn)行智能分析,(見圖1)發(fā)現(xiàn)異常可在管理平臺中安排運(yùn)維人員攜帶遠(yuǎn)程激光清除裝置快速趕赴現(xiàn)場,從地面發(fā)射激光,以“地對空”的方式將樹木、塑料異物等遠(yuǎn)程灼燒切割擊落,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、非接觸式、可帶電作業(yè)的異物清除方法,同時(shí)針對激光清障裝置進(jìn)行出光角度、熱感應(yīng)阻斷等安全技術(shù)管控,提高架空線路異物清除工作效率,降低維護(hù)成本,減輕作業(yè)人員工作強(qiáng)度和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),確保輸電網(wǎng)絡(luò)安全可靠。

        圖1 整體技術(shù)方案

        2 研究內(nèi)容

        (1)針對礦區(qū)輸電線路危險(xiǎn)源識別跟蹤告警主要采用視頻在線監(jiān)控設(shè)備前端芯片內(nèi)置識別算法,發(fā)現(xiàn)隱患后后臺系統(tǒng)告警并生成隱患處置工單,采用激光除障設(shè)備現(xiàn)場清除隱患。

        (2)對于線路異物搭掛類隱患,提出基于特征診斷的識別方案。由于輸電線路異物多種多樣,形狀顏色特征各不相同,因此異物識別算法首先識別桿塔、導(dǎo)線、絕緣子、防震錘等主要設(shè)備,然后判斷導(dǎo)線上有非以上主要設(shè)備的物體存在則判斷為異物并進(jìn)行告警。

        (3)對于線下施工類隱患,提出了基于深度學(xué)習(xí)的施工場景識別技術(shù)。自動爬網(wǎng)采集海量的施工車輛圖像數(shù)據(jù),完成數(shù)據(jù)的標(biāo)定,采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練分類器實(shí)現(xiàn)對于不同拍攝角度不同時(shí)間拍攝圖像中施工車輛識別,達(dá)到準(zhǔn)確進(jìn)行防外破告警的目的。

        (4)對于線下樹障隱患,提出了基于視覺分析軟測量的礦區(qū)輸電線路線下樹木安全距離判斷方法。通過視頻在線監(jiān)測設(shè)備獲取輸電線下樹木圖像,灰度邊緣多尺度提取樹影特征圖像,根據(jù)太陽方位角與坡向等數(shù)據(jù)建立樹高模型,與塔高、導(dǎo)線弧垂等數(shù)據(jù)計(jì)算樹尖到導(dǎo)線的距離,判斷是否需要清除樹障。

        (5)為解決樹障和異物搭掛隱患,設(shè)計(jì)一款采用Yb3+、Tm3+共摻的錐形雙包層光纖作為主放大級增益介質(zhì),分布反饋型光纖激光除障器,斜率效率達(dá)70%,工作功率達(dá)350 W。

        (6)研究NBloT物聯(lián)網(wǎng)和北斗定位技術(shù),設(shè)計(jì)的激光除障器具有遠(yuǎn)程授權(quán)指紋解鎖,熱感應(yīng)場景智能識別、角度鎖死等功能,保障激光除障器安全有序使用。

        3 創(chuàng)新點(diǎn)

        (1)提出了基于視覺分析軟測量的礦區(qū)輸電線路線下樹木安全距離判斷方法。研究了灰度邊緣多尺度提取樹影特征圖像樹高計(jì)算方法,與塔高、導(dǎo)線弧垂等數(shù)據(jù)計(jì)算樹木安全距離,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程樹障隱患監(jiān)控。替代人工巡線,降低線路運(yùn)維成本,提升線路運(yùn)行可靠性。

        (2)提出了基于特征識別的輸電線路異物識別方法,通過識別線路桿塔、導(dǎo)線、絕緣子、防震錘等關(guān)鍵設(shè)備,判斷導(dǎo)線上出現(xiàn)其他物體為異物搭掛,能夠替代人工巡檢,及時(shí)快速發(fā)現(xiàn)線路異物搭掛隱患。

        (3)選取了Yb3+、Tm3+共摻纖芯,設(shè)計(jì)錐形雙包層光纖作為主放大級增益介質(zhì),開發(fā)的分布反饋型光纖激光除障器,有效降低設(shè)備功耗同時(shí)具備更強(qiáng)的切割除障能力,減少了設(shè)備體積便于長時(shí)間野外作業(yè)。

        (4)提出了一種利用NBloT物聯(lián)網(wǎng)、北斗定位和熱感應(yīng)阻斷的激光設(shè)備安全管控技術(shù)方案,實(shí)現(xiàn)線路清障全過程智能安全管控,降低了因激光設(shè)備操作不當(dāng)導(dǎo)致事故的風(fēng)險(xiǎn)。

        4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

        (1)輸電線路遠(yuǎn)程巡視裝置支持太陽能供電,攝像頭超過500萬像素;

        (2)輸電線路遠(yuǎn)程巡視裝置兼容物聯(lián)網(wǎng)分析管控模塊,支持遠(yuǎn)程預(yù)警查詢;

        (3)輸電線路遠(yuǎn)程巡視裝置識別外破準(zhǔn)確率不低于90%;

        (4)異物遠(yuǎn)程清除裝置采用光纖型激光器,設(shè)計(jì)功率不小于300 W;

        (5)異物遠(yuǎn)程清除裝置有效作業(yè)距離不小于200 m;

        (6)異物遠(yuǎn)程清除裝置便攜式電源續(xù)航不低于30 min;

        (7)異物遠(yuǎn)程清除裝置使用云臺控制,采用風(fēng)冷冷卻方式,兼容物聯(lián)網(wǎng)安全管控模塊。

        5 研究成果及應(yīng)用效果

        本項(xiàng)目獲授權(quán)計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)2項(xiàng)。經(jīng)中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織專家對本項(xiàng)目進(jìn)行科技成果鑒定,成果達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

        自2019年1月6日在晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司110 kV礦區(qū)輸電線路坊四線,35 kV巖線進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)運(yùn)行,后在10條線路上進(jìn)行推廣應(yīng)用。試點(diǎn)期間礦區(qū)輸電通道隱患識別平臺主動發(fā)現(xiàn)通道隱患7起并進(jìn)行告警,采用項(xiàng)目研發(fā)的激光清障裝置對隱患進(jìn)行了處置(見圖2),取得了較好的效果。

        圖2 現(xiàn)場隱患清除

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