輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能預警系統(tǒng)分析

潘榮杰

摘 要：隨著時代的進步，人們的日常生活越來越離不開電能，因此，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求越來越高。文章詳細介紹電力系統(tǒng)采用的新技術(shù)智能預警系統(tǒng)，研究了輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能預警系統(tǒng)的原理，智能預警系統(tǒng)在輸電線路中是如何發(fā)揮作用的，以及利用智能預警系統(tǒng)來判斷輸電線路發(fā)生的故障，并作出相應(yīng)的處理措施，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：在線巡視系統(tǒng)；智能預警；原理；用途

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0089-02

由于我國國土面積較大，輸電線路的鋪設(shè)面積就很廣，以致于經(jīng)過的地方較為多樣化，不僅環(huán)境差異大，天氣氣候又多變，這樣就會使輸電線路發(fā)生故障，并且每年電網(wǎng)停電事故主要就是游線路事故引起的，然而，常用的輸電線路巡視方式是利用運維人員來巡視，但是，這種巡視的工程量較大或者是密度不高，特別是在天氣惡劣或地理環(huán)境復雜的狀況下人工巡視的難度大大的提高，雖然有使用直升機或機器人巡視，但這些方式都會受到氣候的影響，并且無法及時準確的反映輸電線路的工作情況，這樣就不能及時的察覺到路線的故障。

因此，為了能夠高效地進行輸電線路的巡視工作，工作人員研發(fā)出了紅外線監(jiān)控和光纖通信技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)，就是通過使用在線巡視系統(tǒng)加大了對輸電線路的監(jiān)測力度，并利用智能預警更好的判斷輸電線路發(fā)生的故障。

1 在線巡視系統(tǒng)的智能預警系統(tǒng)原理

1.1 線巡視系統(tǒng)原理

輸電線路在線巡視系統(tǒng)主要是利用無線的方式進行傳輸，通過檢測輸電線路的通道環(huán)境、微氣象、防盜報警、覆冰、周圍施工情況等來了解線路發(fā)生的問題，同時將搜集得信息發(fā)送到監(jiān)控中心，然后要仔細的檢測采集到的數(shù)據(jù)，并進行實時分析，以及判斷和預測線路的運行狀態(tài)，能夠提高對輸電線路安全經(jīng)濟運行的管理水平，同時能夠及時采取適當?shù)拇胧┮韵?、減輕險情，保障輸電線路穩(wěn)定供電。

其次，該系統(tǒng)是由光纖通信相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、桿塔的終端系統(tǒng)以及后臺主機的系統(tǒng)組成。光纖通信網(wǎng)絡(luò)就是結(jié)合光電分離技術(shù)和光纖通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用來傳輸視頻圖像信息和紅外圖像信息，從而使桿塔終端和后臺主機系統(tǒng)實現(xiàn)及時的連接，以及實時傳輸各桿塔檢測出來數(shù)據(jù)，對后臺主機系統(tǒng)下達命令。

輸電線路在巡視系統(tǒng)采集的多為圖像、視頻數(shù)據(jù)信息量較大，因此，采用OPGW光分離和EPON通信新的技術(shù)，達到桿塔監(jiān)測數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)哪康?，確保桿塔終端和后臺主機系統(tǒng)能夠進行有效的連接。

其中桿塔終端系統(tǒng)，是由光視頻監(jiān)控模塊、桿塔供能模塊、紅外感知模塊、氣象監(jiān)測模塊和桿塔終端主機等模塊組成，都可以用在數(shù)據(jù)的采集以及處理上面，從而滿足電力系統(tǒng)的巡視要求。而后臺主機的系統(tǒng)主要是管理桿塔終端設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，以及進行有效的控制和調(diào)度。后臺主機系統(tǒng)通過前兩者系統(tǒng)提取出紅外圖像、視頻圖像、安全監(jiān)控等數(shù)據(jù)，并且詳細存儲記錄著控制中心的數(shù)據(jù)，也要對這些數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析的工作，整理出整齊統(tǒng)一的排版樣式，集中而又層次分明顯示分析出來的數(shù)據(jù)內(nèi)容，定期向上級報告監(jiān)測數(shù)據(jù)，這樣還有利于工作人員進行查詢和存檔。雖然該系統(tǒng)主要是由這三部分組成，但是若線路中遇到突發(fā)的異常情況，該系統(tǒng)其他相關(guān)設(shè)備也能夠進行高效及時的智能預警。

1.2 智能預警系統(tǒng)原理

智能預警系統(tǒng)就是以輸電線路在線巡視系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并通過采集的視頻圖像、紅外圖像和微氣象信息等其他的數(shù)據(jù)來進行預警。在輸電系統(tǒng)中，若要提高智能預警系統(tǒng)的工作效率和對故障判斷的精確性，就要依照輸電任務(wù)的要求，進行一定的結(jié)構(gòu)分級。

首先，第一級的位置是桿塔的終端主機，是用來初步判斷輸電線路是否出現(xiàn)異?；虬l(fā)生故障的。

其次，第二級的位置就是后臺的主機系統(tǒng)，這就是用來精確判斷輸電線路發(fā)生的故障的類型。

該系統(tǒng)中桿塔終端上的每個測量的單元會將采集到的信息傳輸?shù)街鳈C上，然后桿塔終端主機就會分析或者對比搜集到的信息，一旦有問題發(fā)生，就要用到后臺主機系統(tǒng)了，這時候它開始工作，及時的發(fā)動信號，快速的將視頻圖像信息出送到后臺的主機之上，這樣就有利于后臺主機系統(tǒng)高效的進行故障分析。如果輸電線路正常工作，沒有出現(xiàn)故障異常，桿塔終端主機將桿塔終端測量單元記錄的視頻圖像、紅外圖像、微氣象信息等數(shù)據(jù)打包壓縮為該桿塔信息，桿塔終端主機的ONU定時就通過光纖信息系統(tǒng)發(fā)送日常信息到后臺主機。

若果后臺主機系統(tǒng)收到桿塔終端主機中央處理單元發(fā)出的預警信號，則以圖像識別技術(shù)為基礎(chǔ)，通過人工手動調(diào)整視頻攝像機或紅外攝像機的位置，觀察輸電線路及其設(shè)備的工作情況，精確判斷輸電線路及其設(shè)備出現(xiàn)的異常或故障情況；后臺主機系統(tǒng)也會依照實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進一步分析判斷輸電線路是否出現(xiàn)故障以及故障類型，當臺風、雷擊、山火、樹木生長等危及輸電線路的時候，會及時監(jiān)測、分析數(shù)據(jù)，并發(fā)出異常狀態(tài)的下的早期預警和故障報警。

此外，桿塔終端系統(tǒng)中的紅外感知模塊也起到一定的作用，它不需要調(diào)整監(jiān)測角度，并且一直處于通電工作模式，只要感到在桿塔附近有異物，就會通過光纖通信網(wǎng)絡(luò)及時上傳預警信號到后臺主機系統(tǒng)。

2 探討智能預警系統(tǒng)的用途

2.1 智能預警系統(tǒng)的任務(wù)

輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能預警系統(tǒng)的任務(wù)很多，其一，現(xiàn)在輸電線路在線巡視系統(tǒng)采用的是逐塔安裝的方法，每個桿塔之間的距離大約為500 m，距離較近的桿塔之間會檢測到相同或相近的微氣象數(shù)據(jù)。如果相鄰的桿塔其中一個桿塔被監(jiān)測出的數(shù)據(jù)明顯異常，就可以判定這個桿塔的監(jiān)測設(shè)備發(fā)生故障，這時候后臺主機系統(tǒng)就應(yīng)該發(fā)出相應(yīng)檢測設(shè)備故障預警信號。其二，若有某一座桿塔上的智能預警系統(tǒng)發(fā)生故障時，后臺主機系統(tǒng)會收到這個桿塔信息缺失的信號，這時候后臺主機系統(tǒng)就向該桿塔附近的桿塔發(fā)出命令，通過移動攝像頭來拍攝，能夠在一定程度上補充故障桿塔的信息，并將采集到的新信息傳到后臺主機系統(tǒng)進行故障判斷。

智能預警系統(tǒng)具有利用桿塔終端系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行識別的任務(wù)，并且要利用相關(guān)的數(shù)據(jù)對故障進行準確的判斷，這也是預警系統(tǒng)的最基本的功能。它的功能都有數(shù)據(jù)的預處理、判斷故障、執(zhí)行預警、知識庫的管理以及學習能力。其一，桿塔終端都有許多個測量設(shè)備，并且它們都各有職能，職能有采集紅外圖像、微氣象數(shù)據(jù)和紅外探測信號等等。一開始，預警系統(tǒng)要對紅外和視頻圖像進行圖像識別，結(jié)合相關(guān)技術(shù)進行初步的處理，并按照固定格式整理好監(jiān)測到的所有數(shù)據(jù)，然后輸送到后臺主機系統(tǒng)上。其二，判斷故障就是利用桿塔終端主機采集紅外圖像和視頻圖像等信息，并進行處理，然后初步判斷輸電線路發(fā)生的是哪種故障，接著就是利用后臺主機系統(tǒng)來分析所有數(shù)據(jù)，以及利用模板匹配算法或者閾值目標提取算法等其他方式，結(jié)合模糊理論以及層次分析法對故障類型進行準確的判斷。其三，若確定發(fā)生故障異常，后臺主機系統(tǒng)應(yīng)該及時發(fā)送故障異常類型的報警信號，且通過短信等形式將故障異常的位置和類型發(fā)送到相關(guān)的工作人員的手機上。其四，知識庫主要是用來整理儲存故障判斷算法規(guī)則以及歷史數(shù)據(jù)的，它的職責是對相關(guān)數(shù)據(jù)進行錄入、刪除、修改等，用來形成新的監(jiān)測結(jié)果，以及做出更準確更先進的判斷。最后，智能預警系統(tǒng)是具備一定的學習能力的，它可以通過以前預測到的結(jié)果來積累信息，甚至是及時更新自己的數(shù)據(jù)庫，從而達到提高自身判斷方式的目的。譬如，若采用的監(jiān)測設(shè)備類型發(fā)生變化時，該系統(tǒng)對故障判斷的算法能夠進行及時的更新，也就是說盡管在使用原有的監(jiān)測數(shù)據(jù)的同時，智能預警系統(tǒng)判斷故障的方式也會增加，并且越來越準，所以，智能預警系統(tǒng)能力也會隨著經(jīng)驗的增多和時間的增加進一步得到提高。

2.2 利用智能預警系統(tǒng)判斷輸電線路的故障

智能預警系統(tǒng)的主要用途就是判斷輸電線路發(fā)生的故障類型，要想進行準確的判斷，首先，對收集的信息進行預處理，提高視頻圖像的信噪比，進一步結(jié)合微氣象、紅外圖像監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行精確地判斷，同時要根據(jù)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出不同的特征，判斷出是哪一種故障類型。比如發(fā)生線路覆冰的狀況，會在圖像中表現(xiàn)為導線外徑加粗，且圖像中導線區(qū)域顏色變化明顯，灰度值變大。通水，紅外圖像中，導線覆冰的話會導致溫度發(fā)生明顯的變化，在紅外圖像中表現(xiàn)為明顯顏色變化。若出現(xiàn)絕緣子閃絡(luò)會呈現(xiàn)出光亮的白色，但能否在視頻圖像中清晰的呈現(xiàn)，與背景顏色有極大的關(guān)系，所以，為了能準確檢測到絕緣子閃絡(luò)，還需通過監(jiān)測故障電流來證明。若發(fā)生桿塔傾斜和倒塌，會在視頻圖像中表現(xiàn)出與正常桿塔明顯的區(qū)別，可以采用識別算法和圖像匹配算出桿塔的傾斜角度。有時會發(fā)生桿塔被盜的現(xiàn)象，因為高壓輸點線路有很多鋪設(shè)在野外，桿塔或相關(guān)輔助材料就很有可能被偷盜，這時會在視頻圖像中出現(xiàn)信息殘缺，這時只要對比前后的監(jiān)測圖像，就會發(fā)現(xiàn)桿塔被盜了。還有一種故障就是異物入侵，通常分為兩種，一種是有東西懸掛在輸電線路上，比如說風箏，風箏會隨風飄動，所以呈現(xiàn)在視頻圖像上是移動的，因此，還是易于發(fā)現(xiàn)的。另一種就是輸電線路周圍有施工機械或人員與桿塔距離過近。

還有，利用在線巡線系統(tǒng)的智能預警系統(tǒng)判斷輸電線路的故障時，并不能十分準確精確的判斷故障類型，因為第一級的運算的能力是較為低下的，運算量比較小，達不到精確的判斷故障所需條件，而且還是采用比較容易實現(xiàn)的圖像差分法進行判斷，所以一旦遇到光照的變化明顯，或是有雨雪等復雜天氣的狀況時，就不建議采取這種圖像分差法了，因此，為了適應(yīng)各種氣候天氣條件，電力人員要學會使用使用三幀差分的算法，這樣才能達到精確判斷的目的。此外，電力人員也可利用輸電線路的覆冰綜合的算法對線路進行判斷，這種方法也可以有效提升判斷線路故障的準確性，然后及時解決覆冰引起的倒塔或者其他的相關(guān)故障，從而高效率的保障線路安全性和穩(wěn)定性。

3 結(jié) 語

近年來，我國一直都在完善和更新電力系統(tǒng)的技術(shù)，其中，輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能系統(tǒng)的表現(xiàn)尤為突出，有了這項新型技術(shù)，能夠更加準確的判斷線路發(fā)生的故障類型以及及時的解決該類故障，從而保障了輸電線路的安全穩(wěn)定性。雖然，我國技術(shù)不斷得到提高，但依然在此希望相關(guān)工作人員繼續(xù)努力研發(fā)處新的技術(shù)，能夠更好地預防輸電線路發(fā)生故障，降低故障的發(fā)生率，這樣才能更加持久的保障供電的穩(wěn)定性，為人民更好地生活奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] 趙建青，姚瑤，邱玩輝，等.基于輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能預警系統(tǒng) 研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2013，（23）.