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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)起止時間:2018年12月~2020年12月

        完成單位:晉能控股煤業(yè)集團有限公司

        獲獎及評價:國際先進

        1 立項背景

        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,近年來因外力破壞等危害線路安全運行的事件約占35%以上,不僅帶來人員傷亡和設(shè)備毀損等直接財產(chǎn)損失,還對整個礦區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和社會的經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展帶來嚴重影響。因此,輸電線路預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)集團電業(yè)有限責任公司現(xiàn)有輸電線路多處于高山樹林繁茂地帶,受大風環(huán)境影響常有異物懸掛在輸電線路上,同時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緩慢,對消缺工作產(chǎn)生巨大阻礙。本項目研究對外破的實時監(jiān)測、通道危險源預防。當輸電線路有施工破壞時,可對現(xiàn)場進行實時預警;當輸電線路懸掛異物時,可自主識別告警;當樹障生長突破輸電通道安全距離5 m,對樹障進行預警,幫助工作人員預判外破具體情況并及時應用遠程處置技術(shù)對異物進行快速清除。

        本項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,對采集圖像進行智能分析,(見圖1)發(fā)現(xiàn)異??稍诠芾砥脚_中安排運維人員攜帶遠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、塑料異物等遠程灼燒切割擊落,從而實現(xiàn)遠程、非接觸式、可帶電作業(yè)的異物清除方法,同時針對激光清障裝置進行出光角度、熱感應阻斷等安全技術(shù)管控,提高架空線路異物清除工作效率,降低維護成本,減輕作業(yè)人員工作強度和作業(yè)風險,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、導線、絕緣子、防震錘等主要設(shè)備,然后判斷導線上有非以上主要設(shè)備的物體存在則判斷為異物并進行告警。

        (3)對于線下施工類隱患,提出了基于深度學習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)的標定,采用機器學習方法訓練分類器實現(xiàn)對于不同拍攝角度不同時間拍攝圖像中施工車輛識別,達到準確進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、導線弧垂等數(shù)據(jù)計算樹尖到導線的距離,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70%,工作功率達350 W。

        (6)研究NBloT物聯(lián)網(wǎng)和北斗定位技術(shù),設(shè)計的激光除障器具有遠程授權(quán)指紋解鎖,熱感應場景智能識別、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

        (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算方法,與塔高、導線弧垂等數(shù)據(jù)計算樹木安全距離,實現(xiàn)實時的遠程樹障隱患監(jiān)控。替代人工巡線,降低線路運維成本,提升線路運行可靠性。

        (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、導線、絕緣子、防震錘等關(guān)鍵設(shè)備,判斷導線上出現(xiàn)其他物體為異物搭掛,能夠替代人工巡檢,及時快速發(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)備功耗同時具備更強的切割除障能力,減少了設(shè)備體積便于長時間野外作業(yè)。

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

        4 技術(shù)經(jīng)濟指標

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

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

        (3)輸電線路遠程巡視裝置識別外破準確率不低于90%;

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

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

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

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

        5 研究成果及應用效果

        本項目獲授權(quán)計算機軟件著作權(quán)2項。經(jīng)中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織專家對本項目進行科技成果鑒定,成果達到了國際先進水平。

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

        圖2 現(xiàn)場隱患清除

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