輸電線路危險點遠程視頻監(jiān)測系統(tǒng)

馬曉艷鄒 浩

（1.泰山醫(yī)學(xué)院信息工程學(xué)院，山東 泰安 271016；2.泰安市供電公司，山東 泰安 271000）

輸電線路危險點遠程視頻監(jiān)測系統(tǒng)

馬曉艷1鄒 浩2

（1.泰山醫(yī)學(xué)院信息工程學(xué)院，山東 泰安 271016；2.泰安市供電公司，山東 泰安 271000）

為了解決巡視周期真空期不能及時掌握線路走廊外力變化，極易在下一個巡視未到之前由于缺乏監(jiān)測發(fā)生線路事故等原因，提出依靠公網(wǎng)無線3G/GPRS/EDGE/CDMA1X的數(shù)據(jù)通道為傳輸手段，對輸電線路環(huán)境通道環(huán)境、周圍施工情況、桿塔傾斜等進行實時監(jiān)測，提供線路異常狀況的預(yù)警。

輸電線路；遠程視頻；監(jiān)測系統(tǒng)

隨著社會對電力行業(yè)的要求越來越高，其中電網(wǎng)運行可靠性的一項重要目標是輸電線路運行是否安全，由于電網(wǎng)中輸電線路所處環(huán)境不好確定，所以輸電線路的安全是最重要的。

引言

由于輸電線路處在不同的環(huán)境下，而且縱橫延伸幾十甚至幾百千米。因此輸電線路受天氣與地理的影響很大，每年因為線路事故引起電網(wǎng)停電。以前，輸電線路都是通過人工巡視檢查，巡視過程中，雖然能發(fā)現(xiàn)一些問題，但是，在缺乏對環(huán)境以及氣候的準確判斷下，還有在無人走到的地方等多方面原因，不能及時掌握線路走廊外力變化，很容易在下一個巡視周期未到之前發(fā)生線路事故。因此輸電線路危險點在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用而生，依靠公網(wǎng)無線3G/GPRS/ EDGE/CDMA1X的數(shù)據(jù)通道為傳輸手段，對輸電線路所處的環(huán)境以及周圍施工情況﹑桿塔傾斜等多種情況進行實時監(jiān)控，如果有異常情況，提供預(yù)警，通過系統(tǒng)對線路參數(shù)的監(jiān)測分析，對提高輸電線路的安全有很大的幫助，并對輸電線路的檢修工作有一定的指導(dǎo)作用。

一﹑系統(tǒng)的功能與可行性

本系統(tǒng)適用于在各種類型的標準或非標準變電站﹑集控站﹑或集控中心，可作為基建項目的標準設(shè)計項目，將產(chǎn)生非?？捎^的社會經(jīng)濟效益。首先該系統(tǒng)作為真正意義上實現(xiàn)變電站智能化的基礎(chǔ)設(shè)施，有其必要性，沒有各種數(shù)據(jù)的綜合有效性，就不可能實現(xiàn)面向整個變電站的智能化功能；基于綜合數(shù)據(jù)應(yīng)用的變電站智能化應(yīng)用功能將可全面改善變電站的運行效率，降低運維成本，提高運行安全性﹑可靠性，真正實現(xiàn)有智慧的輸電線路檢測

二﹑系統(tǒng)的原理

圖1 輸電線路危險點遠程視頻在線監(jiān)測系統(tǒng)

該系統(tǒng)在各種環(huán)境以及各種氣候下對線路進行實時監(jiān)控，以便能及時的了解輸電線路發(fā)生的變化。可以采集外力破壞參數(shù)，通過無線公網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并作出分析判斷。該系統(tǒng)在不停電的情況下就可安裝，安裝的地點非常靈活，不受環(huán)境的影響，裝置拆卸也非常方便，在危險檢測點不需要監(jiān)控的時候，根據(jù)需要，可安裝到其他危險監(jiān)控點。系統(tǒng)還能在低溫條件下工作。當(dāng)有意外狀況發(fā)生時，會發(fā)出警告聲，并同時啟動攝相機進行錄像與拍照，并將照片與視頻傳回監(jiān)控中心。

本系統(tǒng)設(shè)計遵循經(jīng)濟可行，技術(shù)可行，技術(shù)可靠﹑合理﹑實用等原則，實用簡單﹑可擴展性方便﹑使用標準開放﹑系統(tǒng)的功能全面，適用于多種類型的輸電線路的多危險點﹑遠程﹑實時監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了監(jiān)控，照相與錄像，報警等多種系統(tǒng)功能；最大化發(fā)揮系統(tǒng)用戶的經(jīng)濟效益，使用當(dāng)前最先進的監(jiān)控設(shè)備，在軟件與硬件方面具備最高的性價比，具備體現(xiàn)在以下幾個方面：

1 系統(tǒng)的穩(wěn)定性

提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，要從系統(tǒng)的設(shè)計著手。系統(tǒng)在在3G/GPRS/ CDMA無線通信平臺上，并且在環(huán)境惡劣的情況下，工作正常狀態(tài)，沒有過載超負荷等現(xiàn)象的發(fā)生，并且要有一定的冗余度。

2 系統(tǒng)的加密措施

該系統(tǒng)采用采用MD5非可逆方式進行加密實現(xiàn)與ICP之間的相互認證。文字數(shù)據(jù)采用DES進行加密，采用自定義的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，不容易讓人破壞，服務(wù)器端進行數(shù)據(jù)加密。當(dāng)需要安全的數(shù)據(jù)傳輸時，可采用TLS層連接。采用專用的ACC文件格式，將數(shù)據(jù)﹑音視頻及所有操作進行錄象，必須使用專門的軟件才能查看，并且有密碼查看，權(quán)限查看等各種控制功能。并采用防火墻技術(shù)來保證物理層﹑鏈路層及IP層的安全。

3 系統(tǒng)的可操作性

本系統(tǒng)的設(shè)計與操作簡單，使用也非常方便，不用記憶操作方法以及操作的指令，第一次安裝時進行初始設(shè)置，這些都是有相關(guān)專業(yè)人員完成的。本系統(tǒng)最后形成說明文檔，便于使用人員參考。

4 系統(tǒng)的可擴充性

本系統(tǒng)的設(shè)計留有可擴充模塊，對于以后添加功能有很大的幫助。

（1）系統(tǒng)的先進性

本系統(tǒng)集圖像壓縮，視頻檢測，無線網(wǎng)絡(luò)，嵌入式開發(fā)等多種技術(shù)于一體，對于用戶，可以隨時隨地查看現(xiàn)場的圖片及視頻，掌握實時監(jiān)控信息。發(fā)生事故，第一時間做出應(yīng)急措施。

（2）系統(tǒng)的可維護性

本系統(tǒng)可以通過授權(quán)用戶進行遠程管理與維護，可以遠程進行設(shè)備各種參數(shù)的配置，不用人員到現(xiàn)場設(shè)置，這樣可以節(jié)約時間與成本。

（3）系統(tǒng)的性價比

該系統(tǒng)與其他視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，其成本低，技術(shù)先進，功能強大，使用技術(shù)先進，可升級性更強。

三﹑ 系統(tǒng)的框架

視頻和數(shù)據(jù)采集主機將攝像頭視頻數(shù)據(jù)﹑外力破壞數(shù)據(jù)等線路數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)字化﹑圖像壓縮編碼后，通過無線公網(wǎng)﹑電力專網(wǎng)送到監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心上對檢測到的信號進行解碼，將外力破壞數(shù)據(jù)等線路數(shù)據(jù)通過數(shù)字和圖表形式直觀顯示在屏幕上。具體為，通過遠程數(shù)據(jù)圖像采集器采集模擬視頻信號及外力破壞數(shù)據(jù)等線路數(shù)據(jù)，對圖像的數(shù)據(jù)進行數(shù)字壓縮與圖像編碼，然后利用無線網(wǎng)絡(luò)將采集到的視頻與圖片傳輸?shù)綌?shù)據(jù)監(jiān)控的服務(wù)器上。監(jiān)控中心對危險點的現(xiàn)場視頻與圖像，進行數(shù)據(jù)分析對比，如果出現(xiàn)與標準圖像不一致的地方以及異常報警的信息，會做出應(yīng)急處理，保證輸電線路的安全。

輸電線路危險點遠程視頻在線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

四﹑輸電線路危險點遠程視頻在線監(jiān)測系統(tǒng)涉及技術(shù)

該系統(tǒng)所涉及的技術(shù)包括：

1 圖像數(shù)據(jù)采集壓縮編解碼技術(shù)

基于圖像的差分對比處理技術(shù)﹑行為判斷處理技術(shù)模型，實現(xiàn)主動化判斷﹑自主告警﹑同步錄像。研究與開發(fā)視頻圖像的對比分析﹑研究與開發(fā)視頻圖像的圖形化處理技術(shù)，利用計算機和通信手段，達到輸電線路視頻監(jiān)控的智能化和主動化管理。主要針危險點檢修時非法操作其他設(shè)備等現(xiàn)象提供有效的管理方法，對動態(tài)場景中的目標進行定位﹑識別和跟蹤，并啟動錄像等功能，方便以后查詢和分析。改變以往靠人為主觀判斷的被動監(jiān)控模式。其主要包括：H.264+優(yōu)化后壓縮編碼技術(shù)；多線程處理等技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)編碼自適應(yīng)技術(shù)；流媒體轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)；數(shù)字模糊算法模型技術(shù)等。

2 太陽能及蓄電池供電技術(shù)（圖2）

在野外現(xiàn)場，沒有可以使用的電源，我們要借助于能量收集技術(shù)，開發(fā)獨立的供電裝備。目前在高壓輸電線路監(jiān)控項目主要利用太陽能電源裝置，以此解決監(jiān)測裝置的供電問題。

太陽光發(fā)電是指無需通過熱過程直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電﹑光化學(xué)發(fā)電﹑光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。硅系列太陽能電池中，單晶硅和多晶硅電池繼續(xù)占據(jù)光伏市場的主導(dǎo)地位，單晶硅和多晶硅的比例已超過80%，而這一發(fā)展趨勢還在繼續(xù)增長。越來越多的電子設(shè)備開始運用太陽能這一取之不盡用之不絕的能源。

太陽能電源主要由太陽能電池板﹑蓄電池及充放電控制器組成。充放電控制器的功能是將太陽能電池板供給的電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電壓，給監(jiān)測裝置供電，并給蓄電池充電，完成電能的存儲。在夜晚無法供給太陽能或陰天等氣候情況太陽能供給不足時由蓄電池繼續(xù)給監(jiān)測裝置供電。

3 報警值判斷評價標準

因為故障診斷的主要判斷主要來自物理電極模型的實驗結(jié)果，所以電網(wǎng)公司最關(guān)心的問題是故障診斷報警的判斷值。從目前情況來看，判斷值的取值通常采取以下兩種方式：

（1）在新設(shè)備投運前安裝“輸電線路危險點遠程視頻在線監(jiān)測系統(tǒng)”同時投運，或采用自警式電氣設(shè)備（在輸電線路設(shè)施制造過程中將“輸電線路危險點遠程視頻在線監(jiān)測系統(tǒng)”與設(shè)施融為一體），可把投運時的數(shù)據(jù)作為指紋特征，然后參考相關(guān)設(shè)備設(shè)計規(guī)范的最大值作為閥值。

（2）在已投運設(shè)備上再安裝”輸電線路危險點遠程視頻在線監(jiān)測系統(tǒng)”，其閥值只能按照已有的運行經(jīng)驗和參考同類設(shè)備，安裝“輸電線路危險點遠程視頻在線監(jiān)測系統(tǒng)”后，連續(xù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)變化規(guī)律或已發(fā)生事故的數(shù)據(jù)來確定。

隨著“輸電線路危險點遠程視頻在線監(jiān)測系統(tǒng)”的推廣應(yīng)用，在掌握大量數(shù)據(jù)變化規(guī)律與設(shè)備故障的實踐經(jīng)驗后，最終制定出不同輸電線路設(shè)備的報警閥值范圍。

4 電子低溫環(huán)境加熱技術(shù)

本技術(shù)主要針對電子設(shè)備在北方低溫下開機所需加熱升溫，解決電子設(shè)備在低溫狀態(tài)下無法正常使用以及現(xiàn)有耐低溫部件成本高的技術(shù)問題。在主機及屏幕內(nèi)所需加熱的所有器件和部件上放置薄膜加熱片，薄膜加熱片在主機及屏幕內(nèi)呈多點﹑不同平面上分布，薄膜加熱片有兩只引腳，接直流或交流電源。薄膜加熱片的形狀與被加熱器件相匹配，薄膜加熱片通過耐高溫導(dǎo)熱膠固定在被加熱器件表面。實現(xiàn)了電子設(shè)備器部件在低溫條件下可正常工作，經(jīng)檢測，設(shè)備一般可在-40℃～60℃工作。

圖2 太陽能電源

5 監(jiān)控中心服務(wù)器

控制中心的設(shè)計有普通微機（或工作站﹑工控機）外，還需要網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備（若無線通信采用自行設(shè)計的模塊實現(xiàn)，則須開發(fā)專用的無線網(wǎng)卡插入微機主板的預(yù)留總線插槽中）。控制中心的設(shè)計是基于Windows系統(tǒng)下，一些應(yīng)用軟件的開發(fā)，對于應(yīng)用軟件的開發(fā)與調(diào)試，有很多相關(guān)的開發(fā)軟件與調(diào)試軟件，對于這個的開發(fā)是非常便利的。

結(jié)語

本系統(tǒng)解決了無人工巡視情況下，線路走廊外力變化，在下一個巡視未到之前缺乏監(jiān)測發(fā)生線路事故等情況，實現(xiàn)了由原來的人工巡檢﹑經(jīng)驗管理向生產(chǎn)過程實時在線監(jiān)測。但是還有不足之處，比如通信技術(shù)采用電信無線通信服務(wù)方式，1﹑存在信息安全隱患；2﹑信號覆蓋尚有死區(qū)，需要借助中繼傳遞應(yīng)用；3﹑輸電線路采集數(shù)據(jù)量較大，遇災(zāi)害情況實時采集和遠程傳送會發(fā)生數(shù)據(jù)阻塞情況（在電信公司處堵塞），這時有可能會丟失信息，造成信息缺失損失。有在一臺裝置上配置了兩套通信終端，以圖解決大量數(shù)據(jù)傳輸問題，對此，無論是成本還是應(yīng)用方式都不值得推薦；4﹑電信無線通信實時性不夠穩(wěn)定，在需要進行綜合實時數(shù)據(jù)分析判斷時，由于各現(xiàn)場主站采集數(shù)據(jù)不能夠同步遠傳，時間差可能會達到不能容忍的程度，影響系統(tǒng)對災(zāi)害情況的實時分析判斷。

[1]吳先強，江敬周，李安東，羅毅，黃柳紅.分體式桿塔傾斜檢測系統(tǒng)研制及應(yīng)用 [J].電子世界，2013（20）：201.

[2]張運周，李明.輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].機電工程技術(shù)，2013，1（08）：28-31.

TM726

A

馬曉艷，碩士研究生，講師，研究方向：企業(yè)信息管理

項目：2013年山東省泰安市科技發(fā)展計劃（智能變電站數(shù)據(jù)集成與可視化管理研究課題，編號20131076）