輸電線路防外力破壞智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用 李興亞

邵超磊 張永剛 熱西丁·拜克力 青松 陸丙軍

【摘 要】隨著人們生活水平在不斷的提高，對于用電的需求在不斷的加大，針對日益突出的線路外力破壞問題以及傳統(tǒng)視頻監(jiān)控裝置存在的短板，提出基于圖像識別技術(shù)的輸電線路防大型機械外力破壞監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用混合高斯背景建模實現(xiàn)對大型機械入侵的定向識別，并結(jié)合微信平臺實現(xiàn)以需求為導(dǎo)向的分級管控智能推送，建立了線路防外力破壞監(jiān)控新模式。在佛山地區(qū)輸電線路防外力破壞的應(yīng)用實踐中，該系統(tǒng)實現(xiàn)了24 h不間斷智能監(jiān)控的要求，大大提高了運維人員對線路外力破壞隱患的監(jiān)管能力和工作效率，有效減少和預(yù)防了大型機械破壞線路事故的發(fā)生，為保障線路安全穩(wěn)定運行提供了技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】輸電線路；大型機械；外力破壞；圖像識別；監(jiān)控預(yù)警監(jiān)控

引言

在輸電線路附近施工的大型機械設(shè)備（如吊車、塔吊、泵車等）容易出現(xiàn)誤碰輸電線路引起導(dǎo)線斷裂，造成電力事故和人員傷亡，給輸電線路的安全運行帶來巨大壓力。目前，電力企業(yè)一般采用人工巡檢、人員駐守等方式防止輸電線路遭受外力破壞。近年來，一些高校和研究院所采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和新型傳感技術(shù)研究輸電線路防外力破壞，出現(xiàn)了視頻監(jiān)控、激光、磁場檢測和紅外等新型防外破技術(shù)的研究和應(yīng)用。視頻監(jiān)控技術(shù)受監(jiān)控范圍和有效性的限制，對環(huán)境因素要求高，而且不具有安全警示和風(fēng)險預(yù)警的功能；激光技術(shù)具有測量精度高的特點，但功耗大，可以有效監(jiān)控固定方向和距離的外力入侵，具有一定的局限性；磁場監(jiān)測技術(shù)具有成本低、技術(shù)難度低的特點，但大型機械設(shè)備為金屬材質(zhì)，對磁場較為敏感，容易產(chǎn)生磁場屏蔽，造成測量精度低、誤報率高；紅外技術(shù)僅適用于桿塔附近近距離范圍的防外力破壞，局限于人或者其他紅外發(fā)射源的預(yù)警，同時受環(huán)境影響大，應(yīng)用限制較大。

1輸電線路外力破壞的形式及特點

輸電線路外力破壞可以分為五大類：線下樹木、違章建筑、違章施工、異物隱患、以及其他形式等。線路保護區(qū)內(nèi)種植的果樹、林木或綠化樹等，都會造成輸電線路的跳閘。線下樹木具有季節(jié)性、反復(fù)性，難以有效根除。線下新建廠房、搭建簡易房等現(xiàn)象層出不窮。線下違章建筑一般具有長期性、隱蔽性，建成后不易解決，容易發(fā)生人身觸電事故。線路保護區(qū)內(nèi)吊車、打井機、挖掘機、頂管機、大型貨車等施工設(shè)備碰線或?qū)€路安全距離不足極易造成跳閘。違章施工具有突發(fā)性、隨機性、廣泛性，已成為外破的主要原因。經(jīng)常出現(xiàn)蔬菜大棚薄膜、彩鋼板、風(fēng)箏、廣告條幅等異物被大風(fēng)吹起纏繞電力線路導(dǎo)致跳閘。異物外破具有隨機性、廣泛性，不易防范。大風(fēng)天氣后易發(fā)生。其他形式包括線下堆積易燃易爆物品、線下魚塘周邊釣魚，甩魚竿等。

2系統(tǒng)功能描述及結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1系統(tǒng)功能描述

智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備安裝在線路周邊有大型機械施工的桿塔上，對整個施工現(xiàn)場的情況進行視頻采集存儲、圖像等數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)控系統(tǒng)后臺終端對接收到的圖像信息進行實時識別和分析處理，通過設(shè)定閥值比對圖像長高比的算法，實現(xiàn)對大型機械的判別跟蹤和預(yù)警。一旦系統(tǒng)識別出大型機械闖入設(shè)定的保護區(qū)，就會觸發(fā)警報提示音和預(yù)警記錄功能。在未發(fā)現(xiàn)大型機械入侵時，系統(tǒng)后臺將根據(jù)設(shè)定時間定時對視頻進行截圖，并將圖片上傳至云服務(wù)器，微信平臺可獲取服務(wù)器上的圖片并自動推送給關(guān)注企業(yè)公眾號的用戶，監(jiān)控人員通過公眾號對視頻截圖進行查看和判斷，以便實時動態(tài)掌握施工現(xiàn)場信息。系統(tǒng)功能流程如圖1所示。

2.2智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）塔上監(jiān)控裝置攝像模塊應(yīng)用紅外濾片式自動切換網(wǎng)絡(luò)攝像機，保證24 h采集畫面質(zhì)量。采用“一槍一球”的組合配置，球機可實現(xiàn)360°全景查看，槍機固定視角監(jiān)控重點隱患區(qū)域。供電模塊由太陽能控制器、磷酸鐵鋰電池、太陽板和電源轉(zhuǎn)換模塊組成。太陽能控制器保證系統(tǒng)供電的合理調(diào)用，同時能夠?qū)﹄姵爻?、放電過程進行保護；電池及太陽板組件的選擇結(jié)合佛山地區(qū)的日照情況，假定負載功率為10 W，負載工作電壓為12 V直流，平均運行時間20 h，無足夠光照最長持續(xù)天數(shù)5 d，鄰近兩次無足夠光照最長持續(xù)天數(shù)間的最短間隔天數(shù)10 d為標準計算。電池容量CB及太陽能電池板方陣功率P的計算為 式中：A為安全系數(shù)，取1.1～1.4；Qd為正常工作下的日耗電量；Dd為無足夠光照最長持續(xù)天數(shù)；T為溫度修正系數(shù)，根據(jù)不同情況取值為1～1.2；Hdis為蓄電池放電深度；Ps為系統(tǒng)所需額定功率為50 W的太陽能極板；Ns太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)；Np太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)。經(jīng)計算，供能方案選用150 W太陽能板1塊和100 AH磷酸鐵鋰電池。通信模塊由工業(yè)路由器和4G無線網(wǎng)卡配置組成，以實現(xiàn)圖像的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。在本系統(tǒng)中采用4G無線傳輸，網(wǎng)絡(luò)攝像機將視頻編碼處理后的圖像進行壓縮、封裝后再通過4G無線傳輸模塊傳送至后臺終端服務(wù)器。這種通信方式時效性較高，可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量。2）遠程監(jiān)控后臺終端遠程監(jiān)控后臺終端采用集中與分散相結(jié)合的管理模式。集中管理是指后臺終端接收所有從塔上監(jiān)控裝置回傳的視頻、圖像、監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)，統(tǒng)一存儲在數(shù)據(jù)庫中，為數(shù)據(jù)的集中提取、分析和統(tǒng)計提供支撐；分散管理是指對監(jiān)控采集到的畫面，通過微信平臺進行分層級、分班組轉(zhuǎn)發(fā)，相關(guān)線路責任人只需關(guān)注自己管轄的線路情況，針對性強，效率高。

2.3報警裝置的設(shè)計

報警裝置采用模塊化設(shè)計，包括聲光報警單元、電量檢測模塊、充電保護模塊、RF433射頻模塊、GPRS通信模塊、北斗/GPS定位模塊、電池模塊和MSP430單片機模塊。聲光報警單元主要用于本地報警和狀態(tài)指示；電量檢測模塊對報警裝置的電池電量進行檢測；充電保護模塊用于為電池充電，具有過充保護；RF433射頻模塊用于檢測裝置與報警裝置的無線通信；GPRS通信模塊用于報警裝置與后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信；北斗/GPS定位模塊用于獲取報警裝置的位置數(shù)據(jù)；電池模塊用于為報警裝置提供電能。報警裝置安裝有鋰電池，同時能夠進行外部供電，其電池能夠保證報警裝置斷電后工作6h。

3系統(tǒng)應(yīng)用實踐

某電網(wǎng)目前管轄110～500 kV輸電線路5400多千米，施工黑點達兩百余個。根據(jù)近5年的統(tǒng)計，外力破壞跳閘占總跳閘比例40%以上，主要原因是：一方面佛山地處珠三角地區(qū)，城市建設(shè)發(fā)展迅速，施工較多，土地資源緊張，線路密集；另一方面，傳統(tǒng)人工巡視的密度和周期都無法實現(xiàn)對外力破壞的實時管控，存在巨大的安全隱患，且傳統(tǒng)視頻監(jiān)控誤報多，工作時長不定，維護等資費大，消息推送效率不高。采用本文智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以減少誤報，使監(jiān)控目標更準確，同時信息推送方便快捷、針對性強，且設(shè)備本身配置更加合理高效，費用較少，工作運行持久。

結(jié)語

輸電線路防外力破壞智能監(jiān)控系統(tǒng)在佛山電網(wǎng)實際應(yīng)用及其效果表明，通過智能識別大型機械、分級管控信息推送，解決了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控與生產(chǎn)實際匹配的不足，為線路遠程智能化防外力破壞監(jiān)控的大規(guī)模應(yīng)用提供了參考和技術(shù)支持。該系統(tǒng)實現(xiàn)了24 h不間斷工作，有針對性的智能圖像分析和手機微信自動推送大幅度提高了監(jiān)管防大型機械外力破壞的效率和質(zhì)量，提高了線路的運行安全。該系統(tǒng)還將進一步朝著微型化和物聯(lián)網(wǎng)傳感數(shù)據(jù)的方向發(fā)展，通過大量的圖像信息、各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，為輸電線路運維策略提供更加全面準確的依據(jù)和保障。

參考文獻：

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[2]薛陽，張曉宇，楊天宇，等.輸電線路自主巡檢無人機控制邏輯設(shè)計[J].廣東電力，2017，30（3）：94-99.

（作者單位：國網(wǎng)新疆電力有限公司喀什供電公司）