輸配電線路集成式防外破監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

侯元紅，白婷，薛順海，李銳，陳芳

（國網(wǎng)青海省電力公司黃化供電公司，青海 黃化 811200）

國家電網(wǎng)有限公司科技項(xiàng)目（5228041900RQ）資助。

電力在保障國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面具有重要作用，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，有利于提高電網(wǎng)的供電可靠性。輸配電線路作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜多變，并且容易遭受到外力的破壞，包括人為因素和自然條件因素，給電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全帶來了較大的風(fēng)險。采用人工對輸配電線路進(jìn)行巡檢的方式效率較低，也給輸配電線路運(yùn)維人員帶來較大的生產(chǎn)壓力。為了實(shí)時掌握輸配電線路的運(yùn)行狀態(tài)信息，有必要采用輸配電線路防外破監(jiān)測系統(tǒng)，本文對該輸配電線路集成式防外破監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方法進(jìn)行了闡述。

1 輸配電線路防外破監(jiān)測系統(tǒng)

目前，社會對電力的依賴性越來越強(qiáng)，有必要采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)保證電力系統(tǒng)的安全。在電力企業(yè)輸配電線路的運(yùn)維中，采用輸配電線路防外破監(jiān)測系統(tǒng)具有較高的實(shí)際應(yīng)用價值。目前，輸配電線路防外破監(jiān)測系統(tǒng)有采用紅外線或者激光作為傳感器，當(dāng)線路有外界物體入侵時，激光會被遮擋，此時，可以認(rèn)為輸配電線路可能遭受了外界物體的入侵，并發(fā)出監(jiān)測預(yù)警信息。本文主要根據(jù)當(dāng)前輸配電線路防外力破壞的現(xiàn)狀，介紹基于攝像頭、紅外線探測和激光雷達(dá)技術(shù)的輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)，包括輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)的原理、輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方法和輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交互技術(shù)等內(nèi)容。

2 輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)的原理

在設(shè)計輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)之前，需要先建立輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)的模型。輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具備遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、發(fā)出預(yù)警信息、分析統(tǒng)計和信息記錄等功能。在輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)中，包括微控制單元、攝像頭、激光雷達(dá)和紅外探測器、監(jiān)控系統(tǒng)等模塊。微控制單元可以用來進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理。攝像頭、激光雷達(dá)和紅外探測器可以將采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為模擬信號，之后再將這些數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)轿⒖刂茊卧?，進(jìn)一步轉(zhuǎn)為數(shù)字信號。經(jīng)過分析計算，如果外界入侵物體和輸配電線路之間的距離較小，可能會導(dǎo)致輸配電線路出現(xiàn)破壞，則啟動警示器模塊，并將處理好的信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以存放歷史數(shù)據(jù)信息，并可以進(jìn)行分析統(tǒng)計，得出哪些輸配電線路遭受外力破壞的風(fēng)險較大。通過該輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)，可以得到發(fā)生警示信息的線路位置和時間等。

2.2 輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

圖1 微控制單元中的芯片基本工作流程圖

輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計主要包括檢測模塊的設(shè)計、微控制單元模塊的設(shè)計、電源系統(tǒng)的設(shè)計、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計等。利用攝像頭、激光雷達(dá)、紅外探測器等進(jìn)行綜合感應(yīng)，可以提高監(jiān)測效果，降低出現(xiàn)誤報的概率。微控制單元模塊的設(shè)計是輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，圖1為微控制單元中的芯片基本工作流程圖。微控制單元中的芯片應(yīng)具備無線通信和串口通信等功能，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、處理及上傳到監(jiān)控系統(tǒng)。在上圖1微控制單元中的芯片基本工作流程圖中，如果芯片接收到了數(shù)據(jù)輸入的指令后，則進(jìn)行系統(tǒng)的配置，創(chuàng)建任務(wù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，完成對采集到的輸配電防外力破壞數(shù)據(jù)信息的處理。此外，對于輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)中的電源模塊，可以采用太陽能電池板和蓄電池儲能相結(jié)合的方式。當(dāng)天氣條件較好的時候，則通過太陽能電池板進(jìn)行供電。當(dāng)天氣條件較為惡劣時，則通過蓄電池放電給裝置進(jìn)行供電，如此保證不間斷供電。對于監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，則包括后臺服務(wù)器和移動監(jiān)控終端等，應(yīng)支持查看輸配電線路防外破監(jiān)測信息和發(fā)送操作指令等。

3 輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交互及應(yīng)用

3.1 輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交互技術(shù)

對于輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交互技術(shù)，輸配電攝像頭、各個傳感器和控制模塊之間都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互和共享，保證控制效果。同時，統(tǒng)一的通信規(guī)約協(xié)議也是數(shù)據(jù)交互技術(shù)中的關(guān)鍵要點(diǎn)，只有通信規(guī)約一致，才能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)之間的高效交互，圖2為輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交互及流向圖。

圖2 輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交互及流向

在圖2中，輸配電線路防外破控制裝置可以將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到云平臺，進(jìn)行集中統(tǒng)一分析和處理。在云平臺的構(gòu)建中，可以采用虛擬化云計算技術(shù)，虛擬化技術(shù)是云計算中的關(guān)鍵技術(shù)之一，虛擬化技術(shù)有很多實(shí)現(xiàn)方式，比如，根據(jù)虛擬化的程度和級別，可以分為軟件虛擬化和硬件虛擬化、全虛擬化和半虛擬化。利用虛擬化云計算構(gòu)建輸配電線路防外破監(jiān)測云平臺，從而提高對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算的效率，使得輸配電線路的運(yùn)維人員能夠更加便捷地掌握輸配電線路的運(yùn)行信息。

3.2 輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用分析

為了保證輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際中具有較好的應(yīng)用效果，系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：一是監(jiān)控能力高，系統(tǒng)能夠從多個角度、多個方向?qū)斉潆娋€路進(jìn)行監(jiān)測，并通過攝像頭對輸配電線路進(jìn)行抓拍和錄像。二是能夠?qū)崟r發(fā)出預(yù)警信息，并將監(jiān)測和預(yù)警信息上傳到監(jiān)控系統(tǒng)中。三是持續(xù)供電的能力，保證輸配電線路防外破監(jiān)測裝置不會出現(xiàn)因?yàn)楣╇娭袛鄬?dǎo)致不能正常工作的情況。采用本文所述的輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)，能夠保障輸配電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在實(shí)際中也取得了較好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

加強(qiáng)輸配電線路防外破的監(jiān)測，可以及時管控輸配電線路防外破中的危險點(diǎn)，提高輸配電線路防外破管理的信息化技術(shù)水平。本文所分析的輸配電線路集成式防外破壞監(jiān)測系統(tǒng)，具備探測、攝像、抓拍、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和分析統(tǒng)計等功能，能夠保障輸配電線路的安全運(yùn)行，在輸配電線路的運(yùn)維實(shí)際中可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。