基于激光探測(cè)技術(shù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張茂君

（國網(wǎng)安徽省電力公司 滁州供電公司，安徽 滁州239000）

0 前言

隨著城市擴(kuò)建、小區(qū)開發(fā)建設(shè)不斷擴(kuò)大，線路保護(hù)區(qū)附近建筑施工塔吊、吊車碰觸導(dǎo)線引發(fā)線路跳閘成為影響線路安全運(yùn)行的主要因素。輸電線路防外力破壞一直是電力線路安全的一個(gè)亟待解決的難題[1]，電力系統(tǒng)目前普遍采取的人防措施已不能確保線路外部安全隱患的可控、在控。

國內(nèi)外相關(guān)的研究主要致力于三個(gè)方向：（1）雷達(dá)微波監(jiān)控[2]：該方法技術(shù)原理可行，但因造價(jià)過高，無法普及應(yīng)用。（2）視頻監(jiān)控[3-4]：人工24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然而從發(fā)現(xiàn)隱患到現(xiàn)場(chǎng)告警提示經(jīng)歷環(huán)節(jié)多，時(shí)間長，現(xiàn)在有研究方向擬采用圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)物體入侵報(bào)警，但也是受限于識(shí)別準(zhǔn)確度和預(yù)警的誤報(bào)率兩個(gè)問題而沒有有效成熟的方案。（3）紅外或普通激光對(duì)射布防方式，此方法有很大的局限性，也因誤報(bào)率過高的缺點(diǎn)沒有推廣應(yīng)用[5]。

基于激光探測(cè)技術(shù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)使用先進(jìn)的激光探測(cè)技術(shù)，針對(duì)當(dāng)前我國高壓電力線路受外力破壞十分嚴(yán)重的現(xiàn)象，在世界上首次研制成功將可能要發(fā)生的外力破壞事件，提前預(yù)報(bào)警并在現(xiàn)場(chǎng)通過揚(yáng)聲器對(duì)講警示阻止外破行為，避免外破事件發(fā)生。

1 基于激光探測(cè)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)

激光探測(cè)技術(shù)利用光學(xué)和電學(xué)原理，充分利用激光探測(cè)距離遠(yuǎn)范圍大，可以實(shí)時(shí)測(cè)距和感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)變化的技術(shù)原理，首次開發(fā)激光防外力入侵探測(cè)器。

目前用于激光測(cè)距的方法主要有：飛行時(shí)間測(cè)量法、相位差測(cè)量法和三角原理測(cè)量法三種方法[6]?；诩す馓綔y(cè)技術(shù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)融合集成了當(dāng)今最先進(jìn)的激光探測(cè)技術(shù)、人工智能與無線通訊技術(shù)。系統(tǒng)工作流程如圖1所示：

圖1中，在需要預(yù)警的輸電線路相應(yīng)位置安裝基于激光探測(cè)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)硬件，探測(cè)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的物體，一旦有物體進(jìn)入探測(cè)區(qū)域，啟動(dòng)可見光等相應(yīng)監(jiān)控設(shè)備，智能識(shí)別進(jìn)入?yún)^(qū)域物體，確認(rèn)危險(xiǎn)級(jí)別，采用GSM通訊方式，向管理手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信，啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)聲器，播放警告聲。

2 基于激光探測(cè)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于激光探測(cè)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)能自動(dòng)計(jì)算外物體接近高壓線的位置距離，根據(jù)不同高壓級(jí)別線路設(shè)定的安全距離參數(shù)來確定其危險(xiǎn)程度,實(shí)現(xiàn)分檔報(bào)警。產(chǎn)品同時(shí)具有鐵塔傾斜報(bào)警、撞擊報(bào)警等功能。采用GSM通訊方式，太陽能供電，可遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓線路長期點(diǎn)位和臨時(shí)點(diǎn)位的監(jiān)控，并提供與視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)接口，可以將激光探測(cè)與視頻監(jiān)控兩者結(jié)合使用，在激光探測(cè)到超高物體時(shí)迅速啟動(dòng)視頻監(jiān)控，提高監(jiān)控效能。

2.1 功能概述

系統(tǒng)利用激光檢測(cè)高壓線磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化值和激光往返目標(biāo)傳輸所需時(shí)間來確定外物體與高壓線的位置距離，按照預(yù)先設(shè)定的幾級(jí)安全距離參數(shù)值進(jìn)行預(yù)報(bào)警，超越基本警戒值或其它預(yù)設(shè)值時(shí)自動(dòng)通過現(xiàn)場(chǎng)高聲響喇叭警報(bào)提示、遠(yuǎn)程報(bào)警、遠(yuǎn)程警示喊話，直接在現(xiàn)場(chǎng)阻止超高物體對(duì)高壓線的破壞，或由調(diào)度監(jiān)控中心進(jìn)行后臺(tái)操作處置；根據(jù)相對(duì)位置距離計(jì)算分析，對(duì)高壓線下的樹木生長狀態(tài)進(jìn)行長期監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)超高報(bào)警；根據(jù)傳感器探測(cè)實(shí)現(xiàn)鐵塔傾斜報(bào)警、撞擊報(bào)警。

2.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由激光檢測(cè)系統(tǒng)，探頭、GSM激光報(bào)警控制主機(jī)（激光測(cè)距模塊、分析模塊、GSM通訊模塊）、高聲響喇叭、警示燈、太陽能板、攝像頭(選裝)等部件組成，硬件設(shè)計(jì)如圖2所示：

圖2 基于激光探測(cè)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)硬件圖

系統(tǒng)能探測(cè)800米距離內(nèi)物體和精度±0.5米的上下位置移動(dòng)變化，在物體越過初始警戒值報(bào)警后，能繼續(xù)探測(cè)出物體再向高壓線移動(dòng)的危險(xiǎn)距離，以便采取下一步的預(yù)防措施。在需要監(jiān)控的高壓線路一端鐵塔上安裝固定好激光探頭、激光報(bào)警控制主機(jī)和其它輔助設(shè)備。激光探頭的激光射線基本水平對(duì)準(zhǔn)兩塔之間輸電線弧垂下5米（110kV）、6 米（220kV）、8.5 米（500kV）位置。

2.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

圖3 基于激光探測(cè)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)后臺(tái)

系統(tǒng)后臺(tái)由管理人員控制手機(jī)或計(jì)算機(jī)組成。當(dāng)管理人員或監(jiān)控室通過手機(jī)或計(jì)算機(jī)向激光報(bào)警控制主機(jī)發(fā)布“布防”指令后系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，一旦發(fā)生物體接近高壓線5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）警戒距離值時(shí)觸發(fā)報(bào)警（用戶可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況自行設(shè)定初始值或其它檔位值），現(xiàn)場(chǎng)高音喇叭發(fā)出聲響警報(bào)“高壓危險(xiǎn)，注意安全”的語音提示，主機(jī)同時(shí)將報(bào)警信息（包括塔名、位置、危險(xiǎn)距離值）通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給相關(guān)管理人員，如圖3所示。

管理人員可以直接進(jìn)行遠(yuǎn)程喊話提示，或與電力110實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)處置。對(duì)與視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)的，自動(dòng)觸發(fā)圖像、視頻采集，通過無線3G/GPRS/WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心在線傳輸現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像、視頻。系統(tǒng)同時(shí)設(shè)定物體越過初始警戒值后進(jìn)一步靠近高壓線時(shí)的多檔報(bào)警值，便于管理人員評(píng)估外物體高危動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)，采取緊急操作措施。

3 系統(tǒng)實(shí)施

系統(tǒng)2012年年中投入運(yùn)行，產(chǎn)品應(yīng)用激光光電學(xué)融合原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)外力破壞物體入侵的預(yù)警，首先產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路原理先進(jìn)，擺脫了常規(guī)周界入侵防范觸發(fā)阻斷等落后的預(yù)警機(jī)制，設(shè)防范圍不局限于某一個(gè)方向，實(shí)現(xiàn)立體空間設(shè)防，實(shí)現(xiàn)對(duì)各方向入侵物的觸發(fā)報(bào)警，并且融合常規(guī)的線路視頻監(jiān)控單元，便于實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息確認(rèn)，常規(guī)線路周界環(huán)境巡視等，整套系統(tǒng)在滁州供電公司各相關(guān)專業(yè)人員的配合下，結(jié)合高壓線路安全監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求，系統(tǒng)研制符合高壓線路的實(shí)際特點(diǎn)，化現(xiàn)場(chǎng)巡察為狀態(tài)巡察，優(yōu)化了線路安全監(jiān)管的方式方法，節(jié)省了對(duì)應(yīng)的人力物力投放，有較高的創(chuàng)新性和實(shí)用性，具備很好的推廣價(jià)值。

4 結(jié)語

隨著新建輸電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)越來越高，輸電線路本體的安全得到了相應(yīng)保證，影響輸電線路安全運(yùn)行的問題突出表現(xiàn)在外部安全隱患上，尤其是輸電線路附近的建筑施工?；诩す馓綔y(cè)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)項(xiàng)目的實(shí)施，可以對(duì)有潛在外力破壞危險(xiǎn)的高壓輸電線路附近施工隱患點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過激光感應(yīng)高壓線路場(chǎng)強(qiáng)的變化幅度和激光測(cè)距的原理來實(shí)現(xiàn)外力破壞物體靠近高壓線路時(shí)的告警，通過現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警和遠(yuǎn)程喊話的方式來提醒入侵物體停止行動(dòng)，避免對(duì)線路的破壞，避免重大設(shè)備故障、停電事件的產(chǎn)生，提高供電的可靠性。系統(tǒng)試運(yùn)行情況良好，友好的界面、方便的操作得到了使用人員的好評(píng)，希望在實(shí)踐中經(jīng)過檢驗(yàn)更加穩(wěn)健和成熟，為企業(yè)帶來切實(shí)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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