陳怡　孫曉斌　馮璨　曾云飛　邵瑰瑋

摘要：近年來輸電線路外力破壞事故頻發(fā)，輸電線路防外力破壞已成為線路運行工作的重中之重。利用現(xiàn)代技術(shù)手段對電力桿塔和遠距離輸電線路實施智能監(jiān)控和預警，是保證輸電線路安全可靠運行的重要措施。文章從系統(tǒng)目標、系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能實現(xiàn)和應用等方面介紹了輸電線路智能視頻預警系統(tǒng)，并分析了該系統(tǒng)在輸電線路防外破中的作用。

關鍵詞：輸電線路；防外力破壞；智能視頻預警系統(tǒng)；外力破壞事故；遠距離輸電 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2016）03-0036-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.019

隨著社會外部環(huán)境的變化，輸電線路外力破壞事件近年來不斷攀升。由于外力破壞故障本身的特性，跳閘后重合成功率較低，往往造成線路故障停運。根據(jù)國網(wǎng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2009～2013年由于外力破壞造成的330kV及以上輸電線路跳閘2779次，僅占總跳閘次數(shù)的32.1%，見表1；而外力破壞造成的停運次數(shù)達到1405次，占停運次數(shù)的43.8%，見表2。由此可見，防護區(qū)內(nèi)違章建筑、超高樹木，大風刮起的異物以及線路下方大型的機械、吊車等特種車輛的施工作業(yè)等外破事件已成為線路故障停運的首要原因，對電力企業(yè)造成巨大經(jīng)濟損失，對電網(wǎng)安全運行構(gòu)成極大威脅，無形中增加了各級電力公司在防外破方面人力和車輛的投入。

輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)引入為防外破工作開拓了新的技防思路，不過，近幾年國內(nèi)應用較為普遍的監(jiān)測裝置，通常需要人工后臺實時監(jiān)控，存在可靠性差、工藝落后、穩(wěn)定性不足等問題。本文采用的智能視頻預警系統(tǒng)，能夠以動態(tài)實時視頻監(jiān)控和報警的模式，讓管理人員第一時間了解監(jiān)測點的現(xiàn)場信息，實現(xiàn)24小時全天候監(jiān)測的目的，有效減輕巡視人員的勞動強度，提高線路安全運行水平。

1 系統(tǒng)簡述

輸電線路防外力破壞智能視頻預警系統(tǒng)在輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上進行了深度升級，將智能視頻分析技術(shù)創(chuàng)新應用于該系統(tǒng)。當預警系統(tǒng)探測到現(xiàn)場產(chǎn)生外力破壞行為時，立即啟動現(xiàn)場語音告警系統(tǒng)，同時抓拍現(xiàn)場照片并錄像，將報警信息及現(xiàn)場圖片通過3G/4G/OPGW等網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心的管理系統(tǒng)自動將報警信息及圖片通過短信/彩信的方式發(fā)送到相關工作人員的手機上，并即刻采取相應措施，阻止破壞性行為繼續(xù)發(fā)生。該預警系統(tǒng)的特點在于能夠根據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境，設定觸發(fā)條件啟動報警錄像，使得防外破監(jiān)測更加實用化、智能化，對于外界因素造成的破電力設施破壞性故障起到根本性的預警效果，將事故發(fā)生率、事故危害性降至最低。

2 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

輸電線路防外力破壞智能視頻預警系統(tǒng)主要由五部分組成：電源系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、前端探測系統(tǒng)、智能視頻分析系統(tǒng)和后臺監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1：

2.1 電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池、電源控制器三部分組成；本系統(tǒng)一般安裝在戶外的輸電桿塔上方，現(xiàn)場無可供交流電源，通常采用太陽能供電。因此，選擇適當功率的太陽能電板、合適容量的蓄電池并配以低功耗的設備，對于保證系統(tǒng)可靠運行，減輕前期施工安裝、后期檢修維護的工作量起到關鍵作用。

2.2 無線傳輸系統(tǒng)

對模擬視頻信號進行數(shù)字化壓縮處理，轉(zhuǎn)化為便于在移動通信網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)囊曨l流；近年來基于MPEG-4編碼標準的視頻解壓縮方式以其高效的壓縮比、高度的分辨率被廣泛應用于網(wǎng)絡視頻會議、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控、數(shù)字電視等領域，尤其是采用MPEG-4格式，在現(xiàn)有的CDMA、移動4G等無線傳輸帶寬下，能夠提供較高質(zhì)量的視頻服務，并在基于無線技術(shù)的視頻監(jiān)控領域獲得廣泛應用。

2.3 前端探測系統(tǒng)

由視頻采集單元、紫外火焰探測模塊、激光探測模塊、雷達探測模四部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)有效探測范圍內(nèi)的外力破壞行為的采集功能。

2.4 智能視頻分析系統(tǒng)

整個前端裝置的大腦，負責前端裝置各模塊的故障檢測與復位、視頻流的采集與壓縮、外力破壞行為的識別與報警以及與監(jiān)測中心軟件平臺的信息交互；針對視頻處理單元接收的攝相機視頻信號進行分析處理，實現(xiàn)異常狀況的智能識別和自動判斷，將處理后的信號通過無線網(wǎng)絡傳送至后臺監(jiān)控系統(tǒng)。

2.5 后臺監(jiān)控系統(tǒng)

輸電線路防外力破壞智能預警系統(tǒng)的核心，由主站和客戶端構(gòu)成，其中主站系統(tǒng)應用國網(wǎng)公司《架空輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)通用技術(shù)條件》《輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等規(guī)定的通訊規(guī)約，采用瀏覽器/服務器模式（B/S），集成了高速訪問的大容量數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、WEB發(fā)布系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和彩信報警系統(tǒng)，具備多參數(shù)預警、數(shù)據(jù)處理等功能，實現(xiàn)了現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的收集分析、狀態(tài)告警等信息的展示，并對前端系統(tǒng)進行控制和管理。

3 系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

3.1 限高檢測

3.1.1 設計目標。防外破用電子限高檢測裝置，必須準確地檢測出外物是否符合限制高度，一旦車輛或樹木等外物接近超過允許高度接近輸電線路時，檢測設備能夠自動觸發(fā)告警系統(tǒng)，第一時間啟動聲光示警設備，同時將報警信號傳輸至后臺監(jiān)控通知相關巡視人員，性能應穩(wěn)定可靠，盡量減少漏報和誤報的情況發(fā)生。

3.1.2 基本原理。限高檢測的主動探測裝置采用激光入侵探測器，主要由激光發(fā)射裝置和激光接收裝置構(gòu)成。前者由激光發(fā)射器、可調(diào)制激勵電源及相應的方向調(diào)整機構(gòu)組成，后者由激光接收器、光電信號處理器及相應的支撐元件組成。該系統(tǒng)可裝置在防護區(qū)域的進入端（一側(cè)桿塔）裝設激光發(fā)射機，定向發(fā)射激光束通過光學反射器或直接射向探測區(qū)域。在探測區(qū)的接收機（對側(cè)桿塔）將接收的光信號轉(zhuǎn)換成特征信號，并經(jīng)鑒別器處理。顯示綠燈時表示信號正常，繼續(xù)保持監(jiān)視狀態(tài)；顯示紅燈時表示有外物遮斷光束，信號失常同時發(fā)出報警信號。

3.2 異物檢測

3.2.1 設計目標。輸電線路異物檢測系統(tǒng)的首要功能就是利用圖像處理技術(shù)和差異化算法，正確地分析處理監(jiān)控圖像信息，顯示可視化結(jié)果，報警處理危險的目標；其次，檢測系統(tǒng)應根據(jù)陰晴、雨雪等天氣變化，自動更新動態(tài)圖像對比所需底圖，并使用圖像增強技術(shù)過濾掉不利因素，從而減少誤報率。該系統(tǒng)能夠通過安裝在桿塔橫擔上的高清攝像機實時監(jiān)控重點區(qū)域內(nèi)輸電線路導線、絕緣子及金具的異物、舞動和覆冰等重大隱患預警，保障線路安全運行。

3.2.2 基本原理。該系統(tǒng)主要通過圖像預處理、目標識別和GUI邏輯三個重要模塊實現(xiàn)預期目標。圖像預處理模塊對攝像機采集到的監(jiān)控圖像存在的噪聲使用圖像去噪算法予以消除，針對大型車輛、施工機械造成的相機抖動問題使用圖像配準技術(shù)檢測并糾正，同時使用圖像增強算法對圖像的邊緣特征、灰度特征等重要信息進行增強處理。目標識別模塊基于圖像分割法、邊界提取和圖像數(shù)學形態(tài)學實現(xiàn)監(jiān)控圖像中的目標提取。GUI模塊能夠?qū)崿F(xiàn)設置報警條件規(guī)則、畫定監(jiān)控區(qū)域、更換底圖和識別結(jié)果展示，為視頻監(jiān)控云臺啟動報警提供判定依據(jù)。

3.3 入侵檢測

3.3.1 設計目標。入侵檢測裝置主要用來防范線路桿塔盜竊行為。由于盜竊分子在塔下通常做緩慢移動，該裝置應能夠通過監(jiān)測移動物體靠近檢測區(qū)域的行為或者一段時間間隔內(nèi)移動物體在桿塔附近指定區(qū)域內(nèi)的活動情況，判斷是否存在偷盜行為觸發(fā)報警信號。運行人員收到預警信息后，通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)遠程遙控攝像機，進一步確定目標行為，防范人、車等運動目標非法闖入。

3.3.2 基本原理。入侵檢測利用被動紅外探測和雷達探測相結(jié)合的原理設計檢測裝置，并利用CPU單片機判斷人體目標行為。被動紅外技術(shù)能夠根據(jù)某立體防護空間內(nèi)熱輻射的變化判斷該監(jiān)控區(qū)域內(nèi)入侵者活動，移動物體與背景物體之間的紅外熱輻射能量變化可轉(zhuǎn)化為電信號，并觸發(fā)報警信號。雷達探測器采用了高頻微波探測技術(shù)，探測器能夠根據(jù)移動物體與雷達之間徑向相對運動產(chǎn)生的多普勒頻移判斷目標是否存在。為降低誤判，僅當被動紅外及雷達探測同時觸發(fā)時，CUP才會啟動報警信號。此外，被動紅外探測裝置能夠有效探測監(jiān)控區(qū)域內(nèi)火焰，并立即觸發(fā)報警，能夠有效檢測輸電線路走廊及周邊火情。

4 系統(tǒng)的應用及成效

4.1 應用要求

4.1.1 不影響輸電線路的電氣性能，該裝置應滿足交流線路電暈和電磁波干擾的要求。

4.1.2 不影響輸電線路的機械性能，該裝置不能變?yōu)榫€路結(jié)構(gòu)的薄弱點，并造成結(jié)構(gòu)方面的隱患。

4.1.3 應當充分考慮線路高空作業(yè)人員安裝環(huán)境受限，安裝方式應簡單方便，牢固可靠。

4.1.4 應能長期穩(wěn)定運行，適應雨雪等惡劣天氣，無需外接電源，免日常維護。

4.1.5 數(shù)據(jù)傳輸方式及存儲方式符合標準，便于視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。

4.2 應用范圍

依據(jù)架空輸電線路在線檢測系統(tǒng)通用技術(shù)條件的規(guī)定，視頻監(jiān)控點通常布置在以下線路區(qū)段：火災隱患多發(fā)區(qū)、外力破壞易發(fā)區(qū)、通道樹木速生長區(qū)、偏遠不易到達區(qū)域、線路施工危險點以及缺陷易發(fā)點等重點區(qū)域。

4.3 成效分析

智能視頻預警系統(tǒng)為輸電線路防外破工作提出了一種高效的解決途徑，在減少運行人員防護工作量、提升防護效率、降低外破發(fā)生幾率方面能夠起到積極作用。目前，防外破智能視頻預警系統(tǒng)已成為各大電力公司防線路外破工作的重要輔助手段，并取得良好效果：

4.3.1 實時監(jiān)測，及時預警，中斷外破行為發(fā)生，避免事態(tài)的進一步擴大，降低了外破事件發(fā)生的概率。

4.3.2 相比人工巡查，該方式僅需增加前期設備資金的投入，一定程度上緩解了當前電力企業(yè)面臨的結(jié)構(gòu)性缺員問題，彌補了巡視力量不足無法現(xiàn)場實時盯防的短板。

4.3.3 提高了輸電線路運行工作質(zhì)量和智能化水平，減少了外破跳閘次數(shù)，使電網(wǎng)更加安全可靠。

4.3.4 提高了運行工作效率，降低了運維、巡視工作量，并且監(jiān)控終端能夠反復利用，拆裝簡便，可根據(jù)現(xiàn)場需求即時轉(zhuǎn)移，提高資金利用效率，減少閑置浪費。

4.4 應用情況

2014年，菏澤供電公司開展了輸電線路智能視頻預警系統(tǒng)試點安裝，并根據(jù)輸電線路實際情況，先后在220kV新發(fā)線48#、57#桿，220kV菏白I線35#、42#等30余處需要重點監(jiān)測的線路區(qū)段配置了限高檢測、異物檢測和入侵檢測裝置。

該套系統(tǒng)自投運以來，能夠有效監(jiān)測導線飄掛物、大型機械車輛的闖入，并及時觸發(fā)報警信號，警示信息報送準確率近9成，大大減輕了重點監(jiān)視區(qū)域巡視人員的防護壓力。截至目前，共發(fā)現(xiàn)違章大型機械施工38次，異物隱患13次，違章建房9次，線下煙火預警5次，發(fā)現(xiàn)并制止電力設施被盜3起，有效預防了因吊車碰線、異物短路引發(fā)的線路跳閘，確保了輸電線路的安全運行。下一步，運行單位將按照季節(jié)性和線路區(qū)域特點，根據(jù)安全隱患重點盯防區(qū)域動態(tài)調(diào)整布點，提高視頻預警系統(tǒng)的利用效率。

5 結(jié)語

輸電線路防外力破壞智能視頻預警系統(tǒng)的應用，可以有效控制因外力破壞行為引發(fā)的故障停電，進而減少故障處理及后續(xù)工作產(chǎn)生的人員與資金投入，對降低輸電線路運維成本起到積極作用。實踐表明，輸電線路運行人員周期性巡視與技防手段相結(jié)合的防外破方法，既能發(fā)揮巡視人員根據(jù)環(huán)境變化制定防護策略的優(yōu)勢，又能彌補防護人員緊張不能實時盯防的缺點，對危急線路安全的事故隱患做到早發(fā)現(xiàn)早制止，使得輸電線路安全情況可控、能控以及在控得以實現(xiàn)。

參考文獻

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作者簡介：陳怡（1987-），女，中國電力科學研究院中級工程師，碩士，研究方向：輸電線路運維檢修、電網(wǎng)智能巡檢裝置。

（責任編輯：陳 潔）