高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程應(yīng)用及實踐

張振華

（許繼日立電氣有限公司，河南 許昌 461000）

0 引言

電力作為國民經(jīng)濟中最為重要的支柱性行業(yè)，其作用可謂舉足輕重。電網(wǎng)的安全、高效運轉(zhuǎn)對整個國民經(jīng)濟各行各業(yè)的正常運行都有著至關(guān)重要的影響。近些年來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展以及國家電網(wǎng)公司“統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)建設(shè)”的重大戰(zhàn)略性發(fā)展，輸電線路大量建設(shè)，電力網(wǎng)絡(luò)也越來越龐大，隨之而來則是電力線路路況越來越復(fù)雜，線路維護難度越來越高，巡檢量極具增大，通常采用的人工路巡檢模式已較難滿足實際需要[1-3]。

今年，國家電網(wǎng)公司全面推行“三集五大”體系建設(shè)，對電網(wǎng)運行的各類基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控數(shù)據(jù)提出了更高的要求，高壓電力線路在線實時監(jiān)控顯然也更為重要，以往的常規(guī)在線監(jiān)測已無法滿足未來智能電網(wǎng)和“三集五大”體系建設(shè)的要求。隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中變電站內(nèi)的不斷實踐和完善，高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)也必然成為未來線路在線監(jiān)測的一個重要方向。

1 高壓電力線路監(jiān)控現(xiàn)狀

高壓電力線路的在線監(jiān)控主要包括在線采集電力線路設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)和在線采集電力線路周圍環(huán)境參量的在線監(jiān)測技術(shù)。前者包括雷電在線監(jiān)測和污穢在線監(jiān)測等，后者包括電力線路環(huán)境及電力線路視頻監(jiān)控等。

高壓輸電線路是國家電力系統(tǒng)的生命線，其故障直接關(guān)乎著整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，輸電線路大量建設(shè)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可謂是越來越龐大，而現(xiàn)在工作中通常采用的監(jiān)控方式主要以人工巡檢模式為主，人力資源需求較多，信息采集較為有限、效率相對低下。隨著高壓電力線路路況的復(fù)雜程度不斷升高，輸電線路的維護難度也越來越高，線路巡檢量也隨之變大，目前采用人工路巡檢模式顯然早已無法滿足電網(wǎng)發(fā)展的要求[4-7]。

2 高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究

隨著通信、計算機技術(shù)，以及電力系統(tǒng)繼電保護和自動控制技術(shù)的發(fā)展，電力行業(yè)的自動化運行水平逐步提高。目前已實現(xiàn)了將生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備運行狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至調(diào)度控制中心，同時調(diào)度控制中心也可實現(xiàn)對遠程的現(xiàn)場設(shè)備進行控制和調(diào)節(jié)，即俗稱的“遙測”、“遙信”、“遙控”及“遙調(diào)”。 但是，對于某些重要的電力設(shè)施，如高壓輸電線路，僅具備“四遙”卻是遠遠不夠的。由于調(diào)度控制中心無法直接、直觀地了解現(xiàn)場情況，就導(dǎo)致輸電現(xiàn)場因各種人為或者自然災(zāi)害事件而遭到破壞和干擾，但又沒有視頻資料記錄，不能及時采取防范措施或?qū)κ掳l(fā)現(xiàn)場進行有效合理的追溯，從而造成無法估量的損失。由此可見，如果在“四遙”基礎(chǔ)上增加了第五遙，即“遙視”，實現(xiàn)遠程實時的視頻監(jiān)控功能，才可以從真正意義上解決電力設(shè)施的直觀性監(jiān)控等諸多問題。

2.1 在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的原理及作用

高壓電力線路視頻監(jiān)控是通過在施工點附近、人口密集區(qū)、開發(fā)區(qū)、林區(qū)以及交通繁忙區(qū)等危險地點安裝線路視頻監(jiān)控裝置，實現(xiàn)實時監(jiān)視、記錄以上危險地點的環(huán)境情況，及時發(fā)現(xiàn)違章和危及線路安全運行的行為，并及時予以制止，避免造成事故[8]。另外，還可同時觀察和記錄線路覆冰、覆雪等過程。

高壓電力線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實時觀測線路和桿塔本身及周邊狀況，同時該系統(tǒng)的介入對線路本身運行不構(gòu)成任何影響，且有助于掌握線路和桿塔狀態(tài)，對于提高高壓電力線路運行的可靠性有著積極的作用。綜合考慮系統(tǒng)成本和惡劣氣象條件下(如雨、霧、覆冰等)的觀看效果，僅需在高壓電力線路的某些關(guān)鍵位置或是特殊惡劣環(huán)境條件的桿塔上安裝視頻監(jiān)控裝置，進行重點觀察，做到以點蓋面。

2.2 在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成

高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與變電站內(nèi)普遍采用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本一致，系統(tǒng)主要分三部分組成，即前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和后端系統(tǒng)。

前端系統(tǒng)：主要完成監(jiān)控現(xiàn)場音視頻信號的采集、數(shù)字化、壓縮編碼、接入各種開關(guān)報警，提供攝像機云鏡控制、射燈及警鈴等接口。

傳輸系統(tǒng)：主要完成各類多媒體監(jiān)控數(shù)據(jù)、控制信號、報警等數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

后端系統(tǒng)：主要完成流媒體數(shù)據(jù)的解碼、數(shù)據(jù)的存儲管理、控制和管理等功能，系統(tǒng)應(yīng)用軟件(如監(jiān)控點視頻Web 瀏覽等)主要體現(xiàn)在后端系統(tǒng)中。

3 在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

3.1 系統(tǒng)需求背景

許昌供電系統(tǒng)目前擁有1座500 kV 變電站、9座220 kV 變電站和36座110 kV 變電站，轄區(qū)覆蓋5縣2區(qū)，維護的110 kV 及以上高壓電力線路多達50余條，隨著許昌電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)框架仍有快速增長的趨勢，給許昌電網(wǎng)的線路維護工作提出更高的要求。另外，由于電力線路的過快增長，線路運行的安全問題也日趨顯現(xiàn)。

1）自然災(zāi)害日趨增多：因氣候等多種因素綜合造成的自然災(zāi)害目前已呈明顯上升勢頭，雷雨、冰凍、大風(fēng)、地震等不可抗拒的自然現(xiàn)象給電力線路的維護帶來了沉重的壓力。

微服公訪更是治療官僚主義和形式主義的良藥。以往的有些調(diào)研，都是先發(fā)通知、提出要求、公布路線、浩浩蕩蕩，聽取匯報、檢查工作、指導(dǎo)運動，全是設(shè)計好的套路。途經(jīng)各鄉(xiāng)、縣，都是地方領(lǐng)導(dǎo)送出鄉(xiāng)、縣邊界，下一站的鄉(xiāng)、縣領(lǐng)導(dǎo)又恭候于邊界，領(lǐng)導(dǎo)都提問什么問題，關(guān)注哪些方面，飲食方面有什么特殊要求，等等，都要提前摸清。開座談會時都是訓(xùn)練過的地方干部裝扮成群眾，發(fā)言早已提前演練過，一如電視劇中的臺詞。這種“調(diào)研”“檢查”能摸到什么實情？再看看現(xiàn)在以解決問題為導(dǎo)向的督導(dǎo)、督察、巡視、巡察，深感今是而昨非。

2）人為破壞不斷增加：隨著線路數(shù)量的逐漸增多，維護日趨呈現(xiàn)跟不上步伐的趨勢，導(dǎo)致線路、桿塔等基礎(chǔ)設(shè)備被盜或人為破壞現(xiàn)象增多。

3）管理維護成本逐漸提高：隨著電網(wǎng)框架的逐漸拉大，高壓線路上需要配備大量的巡檢人員，導(dǎo)致管理和維護成本不斷提高。

4）企業(yè)發(fā)展的迫切需求：近期國電電網(wǎng)公司由上至下快速推進“三集五大”體系建設(shè)，電力設(shè)施集中監(jiān)控迫在眉睫，作為電力系統(tǒng)生命線的高壓電力線路首當(dāng)其沖在被監(jiān)控的行列。

鑒于以上諸多情況的綜合出現(xiàn)，許昌供電公司與武漢大學(xué)強強聯(lián)合，共同開發(fā)了該套高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計原理及結(jié)構(gòu)

1）前端系統(tǒng)

作為系統(tǒng)的核心，攝像機應(yīng)當(dāng)首當(dāng)其沖位列于系統(tǒng)最前端，該系統(tǒng)采用室外用的球形機結(jié)構(gòu)，整機實現(xiàn)真空密閉，可防止在長時間運行情況下，高壓線路產(chǎn)生的感應(yīng)電導(dǎo)致設(shè)備吸附灰塵，實現(xiàn)了終身免維護，大大減少了維護量，降低了維護成本。

設(shè)備供電更是采用了較為先進的感應(yīng)供電方式，由于本系統(tǒng)攝像機安裝在高壓電力線自身上，位置的特殊性決定了設(shè)備可以采用高壓電力線自身產(chǎn)生的感應(yīng)電為自身供電，減少了供電裝置，節(jié)約成本的同時也大大提高了系統(tǒng)應(yīng)用的可行性[9-10]。

對于高壓輸電線路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由于線路分布廣，距離跨度大，應(yīng)用環(huán)境相對復(fù)雜，監(jiān)控數(shù)據(jù)如何正確有效地傳送至地調(diào)調(diào)度控制中心就成為了最大的難題。

該套高壓電力線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要以基于EPON 技術(shù)的光纖數(shù)據(jù)通道為傳輸手段，為確保系統(tǒng)的高可靠性，該系統(tǒng)設(shè)計傳輸系統(tǒng)為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，全程僅需使用2芯光纖，傳輸包括環(huán)境數(shù)據(jù)信息、報警數(shù)據(jù)信息（塔基有人攀爬告警、振動報警等報警信息）、視頻信息（線路的視頻監(jiān)控、塔基的視頻監(jiān)控、紅外的夜晚視頻監(jiān)控），從而實現(xiàn)對高壓電力電線路、桿塔情況進行在線實時監(jiān)測。具備強大的監(jiān)控中心，既能支持告警實時抓拍圖片，同時也具備實時視頻支持功能，實現(xiàn)本地存儲。

許昌地區(qū)近年來光纖通信已成為主要通信方式，110 kV 及以上等級電力線路光纖覆蓋率達100%，且光纜芯數(shù)基本都是24芯，空余芯數(shù)也較為豐富，完全滿足系統(tǒng)對光纖的需求。

3）后端系統(tǒng)

作為后端應(yīng)用系統(tǒng)，為更好地服務(wù)于“三集五大”體系建設(shè)，在許昌地調(diào)信息機房安裝專用服務(wù)器，并與許昌電力信息內(nèi)網(wǎng)互聯(lián)，維護和查詢方式設(shè)計為Web 瀏覽，以實現(xiàn)轄區(qū)重要的生產(chǎn)辦公場所均可通過內(nèi)網(wǎng)計算機實現(xiàn)監(jiān)控現(xiàn)場視頻瀏覽，線路運行維護人員可定期在辦公地點隨時查看所關(guān)心地方的視頻，方便快捷。高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用

該套高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)因其供電和信號傳輸方式的特殊性，必須運行在投運且有光纜的高壓輸電線路上。結(jié)合許昌供電公司電力調(diào)度中心安排的停電計劃，決定將該系統(tǒng)首先應(yīng)用在110 kV 付葛線上。

110 kV 付葛線為同塔雙回輸電線路，運行的一次線路分別是I 付葛線和II 付葛線，線路兩端分別為220 kV 付莊變和110 kV 葛南變，其中光纜隨II付葛線架設(shè)，是一條12芯OPGW 光纜，目前仍有2芯空余纖芯，為該系統(tǒng)提供了可靠的光纖通道保障。停電計劃批復(fù)110 kV 付葛線停電5天，且光纜需中斷改造，正好為該系統(tǒng)的信道接入提供了有力的技術(shù)和時間上的支持。

圖1 高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理圖Fig.1 Principle of high voltage power line on-line video monitoring system diagram

110 kV 付葛線是因桿塔移位改造而臨時停運，因此工期較短，且僅有施工區(qū)間段的光纜需要打斷，非全線光纜打斷，這就決定了該系統(tǒng)的采集點只能選擇在施工區(qū)間的部分桿塔上，綜合各種因素和優(yōu)勢，也為充分發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢，決定在施工區(qū)間的起 點和終點各安裝一套采集攝像頭，信號通道直接接入桿塔上的光纜接頭盒，采集的視頻信號經(jīng)110 kV II 付葛線光纜傳至220 kV 付莊變，從付莊變至許昌地調(diào)段由許昌地網(wǎng)光傳輸網(wǎng)承載。高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)在付葛線應(yīng)用示意圖如圖2所示。

圖2 高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)付葛線應(yīng)用示意圖Fig.2 Application schematic of on-line video monitoring system of high-voltage power line in Fu-Ge line

該套系統(tǒng)中傳輸技術(shù)采用的是EPON技術(shù)，僅需要一芯光纖，但為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定和傳輸?shù)母呖煽啃?，在此次系統(tǒng)設(shè)計過程中，將此高壓線路上的光纖通道設(shè)計為環(huán)形，需使用兩芯光纖，確保不因其中任一光纜接頭盒中斷或故障而導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運行[11-12]。高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)光傳輸通道組成如圖3所示。

圖3 高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng) 光傳輸通道組成示意圖Fig.3 Schematic of composition of optical transmission channel in the on-line video monitoring system of high-voltage power line

4 結(jié)束語

高壓電力線路在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)在許昌轄區(qū)110 kV付葛線中的應(yīng)用實為首例，因施工時間問題目前僅有兩個采集點，其他需要采集的位置還需今后根據(jù)施工和停電計劃進行進一步完善改造。該系統(tǒng)運行期間，整體運行平穩(wěn)，真正實現(xiàn)了視頻監(jiān)控進入施工和檢修現(xiàn)場，實現(xiàn)了高壓輸電線路24小時實時巡視監(jiān)控，提高了高壓電力線路運行環(huán)境監(jiān)控效率，增強了現(xiàn)場監(jiān)控的效果，勢必成為未來電力系統(tǒng)高壓輸電線路在線監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分和發(fā)展趨勢[13-14]。

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