输电线路防外破智能预警系统的设计和应用.pdf

光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 照明电气191输电线路防外破智能预警系统的设计和应用李 峰，方 敏，龚 晨，李 涛，周 哲国网浙江省电力有限公司海宁市供电公司，浙江 嘉兴 314400摘要：当前，加强智能预警系统在输电线路防外破中的应用已成为重要研究课题。文章针对输电线路防外破智能预警系统的设计和应用，首先介绍输电线路外力破坏的类型，然后分析智能预警系统的结构和工作原理，详细论述输电线路防外破智能预警系统的设计，包括视频监测分机设计、通信网络设计、后台监控中心专家分析系统设计，最后总结输电线路防外破智能预警系统的应用效果，以此充分彰显智能预警系统的应用优势，不断提升输电线路的防外破水平。关键词：智能预警系统；输电线路；防外破分类号：TM750 引言目前，我国电力系统的完善程度越来越高，相关科技水平提升迅速，这使得我国对电力的依赖性明显增加，因此必须确保输电线路供电的可靠性和安全性。在输电线路中，输电线路防外力破坏（防外破）与智能预警系统之间联系紧密，作为新型的在线巡视系统，智能预警系统可以显著增强输电线路的稳定性和安全性。通常来说，输电线路的地理环境具有一定的复杂性，气候条件的变化也比较大，电力故障难以避免，而且人工巡视存在较多的薄弱点与空白点。在电力工作中，电力人员必须及时处理输电线路故障，积极构建在线巡视系统，借助智能预警系统进行输电线路防外破，从而实现智能电网的高效化建设。1 输电线路外力破坏的类型输电线路的分布非常广泛，既在城市建筑物和公共设施中铺设，也跨越湖泊、山林等偏僻位置，很容易受到外力破坏，如异物短路、施工不当等，从而引发故障。其中，异物短路是诱发短路现象的主要原因。在输电线路外力破坏中，施工不当占据较高比重，主要是指在吊重物时，吊车等机械工具会威胁到周围的输电线路，加剧线路对地故障的出现概率，不但会使线路故障范围变大，而且会对操作人员的生命安全造成影响。此外，在取土过程中，如果没有落实安全施工标准，电线塔基的稳固性会受到影响，甚至倒塌，从而无法确保输电线路的完好无损1。2 智能预警系统的组成和工作原理智能预警系统组成结构包括杆塔终端系统和后台主机系统等部分。杆塔终端系统的组成包括红外感知和成像模块，在数据采集和处理方面发挥着重要的作用，可以充分满足电力系统的巡视要求。应加强对光电分离技术和光纤通信技术的应用，实时连接杆塔终端系统和后台主机系统。后台主机系统会对全线杆塔的终端设备和整个网络实施统一管控，并详细记录数据和操作情况。在电路发生异常情况时，智能预警系统充分发挥预警功能，最大限度地规避意外事故。通常来说，设备安装高度与地面之间的距离最低为 6 m，最高为 8 m，需要在输电导线弧垂 5 m、6 m、8.5 m 位置设定导线安全纵向距离三级预警防区。管理人员或监控室借助手机或计算机发布“布防”指令后，智能预警系统主机会迅速进入工作状态。如果物体高度与高压线警戒距离较近，会触发相应的语音提示，主机会通过 GSM 无线网络向相关管理人员发送报警信息，以便管理人员直接远程操作，或与电力 110 保持密切协作，进行联网处置和视频监控联动，可以为管理人员评估物体高危动作风险和开展紧急操作工作提供极大的便捷2。3 输电线路防外破智能预警系统的设计3.1 视频监测分机设计3.1.1 视频监测分机的组成模块视频监测分机采用模块化设计，包括云台摄像机、视频采集模块、视频处理模块、通信模块等组成模块。作者简介：李峰，男，本科，副主任技师，研究方向为输配电运检。文章编号：2096-9317（2023）03-0191-03 照明电气 2023 年 第 3 期 总第 178 期 光源与照明192输电线路现场发生异常情况时，智能视频监测分机会通过 OPGW/光纤+Wi-Fi 通信方式向后台监控中心发送现场情况。（1）云台摄像机。智能预警系统主要依靠云台摄像机采集现场图像，摄像机是智能预警系统的前端装置，其拍摄效果不仅关系到智能视频分析识别的难易程度，而且是计算结果的重要影响因素，必须正确选取摄像机。通过分析智能预警系统系统的应用特点，带云台的可见光模拟摄像机可以满足不间断、持续化监控的需求，采用二自由度云台，可以拓展监控范围，调节摄像机的相关参数，如预置位、焦距等参数，从而不断提升视频采集质量。（2）视频采集模块。云台摄像机采集的模拟视频信号会通过视频采集模块解码为数字信号，然后传输到视频处理模块进行相应的处理3。（3）视频处理模块。视频处理模块主要负责传输和分析处理数字视频信号，其使用 DDR2 存储器作为缓冲中心。DDR2 广泛用于系统代码运行、图像数据搬移等过程，可以存储启动代码和数据4，也可以存储文件系统等信息。3.1.2 视频监测分机的架构一般来说，视频监测分机主控板的结构为 ARM+DSP 架构。视频采集和处理模块的通信采用 SIP 协议，可以向 ARM 端顺利传输采集的视频信息。之后，ARM会调用 DSP 中的视频差异化算法，对现场图像进行分析。如果存在大型机械靠近、行人爬塔等情况，系统会与喊话器实时联动，给予可疑人员警告。此外，视频监测分机安装在户外，其取电难度较高，可以应用风光互补+蓄电池的方式供电。在 ARM 端，应加强系统设备的配置，尤其是对视频处理（VPSS）子系统的设备配置。在 VPSS 系统内，视频前端（VPFE）和视频后端（VPBE）的数量各 1 个。视频前端主要用于捕获视频信号，主要由 CCD 控制器、预览引擎、直方图模块等构成。视频后端的构成主要包括 OSD 引擎和视频编码，借助 OSD 引擎，视频后端可以处理视频窗口，第 2 个视频窗可在第 1 个视频窗上叠加，即“画中画”功能。在将视频传输给 ARM 的过程中，解码芯片起到了重要作用，可以实时分析现场传回的视频帧图片，分析结果会向 ARM 回传。ARM 可以基于光纤等通信方式，向后台服务器发送数据，与专家分析系统图片库、Web 客户端实现同步。各模块之间的交互框架如图 1所示。3.2 通信网络设计通信网络应向后台监控中心及时传送前端监测分机的分析结果。通信方式主要包括 GPRS、CDMA、光纤、Wi-Fi 等方式5。在不同的应用场合下，输电线路防外破智能预警系统可以集中整合各种通信方式，完成数据的顺利传输。（1）光纤通信方式。在监测装置通信方面，线路上已有的光纤（如 OPGW）具有较高的应用优势，可以拉近与变电站专网之间的距离。光纤通信方式主要在现场 GPRS/CDMA 网络较差的情况下使用。（2）光纤+Wi-Fi 通信方式。如果现场无光纤接续盒且 GPRS/CDMA 通信较差，监测分机可以通过 Wi-Fi向有 OPGW 光纤接续盒的设备及时发送数据。3.3 后台监控中心专家分析系统设计后台监控中心专家分析系统在输电线路防外破智能预警系统的构成中占据重要地位。部署在后台服务图 1 各模块之间的交互框架模拟摄像机tvp5147 视频解码芯片模拟视频流3G 模块或光纤发送视频数据后台服务器C64x+DSP 内核(算法)ARM 子系统(调用 DSP 中的算法)TMS320DN6446达芬奇芯片光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 照明电气193器上的专家分析系统不但可以接收和顺利存储摄像机拍摄的现场图像和前端采集终端生成的报警信息，而且可以向 Web 客户端转发推送信息，给予工作人员正确提示，让工作人员了解现场情况。后台监控中心专家分析系统也提供历史报警图像查看功能。工作人员也可以通过手机客户端的功能实时接收监控报警画面，及时开展相应的抢救工作。4 输电线路防外破智能预警系统的应用实践以某地区电网为例，其管辖的 110 500 kV 输电线路的长度约为 5 400 km。根据相关统计数据，外力破坏导致的跳闸在总跳闸中所占比例接近一半，分析其原因：（1）该地区城市建设发展速度较快，土地资源比较紧张；（2）受传统人工巡视密度和周期的限制，很难实时管控外力破坏，安全隐患不容忽视；（3）传统视频监控系统极容易产生误报现象，工作时长变化性较大。通过应用智能预警监控系统，可以有效避免误报现象，准确定位监控目标，也可以确保信息推送的快捷性与针对性，使设备配置更高效，不会产生过多的费用，运行效果良好6。智能预警监控系统与传统监控系统的对比如表 1 所示。表 1 智能预警监控系统与传统监控系统对比系统类型日工作时间/h重量/kg通信流量/GB传统监控系统 8405智能预警监控系统241524.1 设备安装输电线路防外破智能监控系统可以监控外力破坏，在选择系统布点时，应选择存在外力破坏隐患和重要交叉跨越的线路区段杆塔。相关设备安装所需时间在20 min 左右。在输电线路作业过程中，常在输电线路侧面及下方进行安装、吊运作业，现场人员很难借助目测准确判断吊车吊臂与高压导线间的距离，如果吊臂与高压导线距离较近，极容易造成触电事故。通过目测估算的测距方式误差显著，不利于现场施工的顺利进行。因此，在与线路距离为 2 m 处安装输电线路防外破智能预警系统前端装置，通过激光传感器实时监测吊车等大型机械，确保大型机械与高压导线间的距离在安全距离内。如果大型机械与高压导线间的距离在安全距离之外，现场激光防外破装置会发出声光报警，并及时推送给后台，以便现场所有人员及时采取解决措施。4.2 应用效果目前，在电网成功安装防外破智能监控系统 40 多套，实现了全面覆盖重点防外破区域。在后台实时监控施工现场方面，系统会结合监控现场情况，定期进行图像拍摄和信息推送，实现从传统人工巡检向智能巡检的顺利过渡，这不但可以减少工作量，将工作人员的劳动强度控制在合理范围内，而且有助于稳步提升施工现场监管水平。系统在 24 h 不间断工作过程中抵御强风入侵高达 20 次，所有设备运行均未发生异常。5 结束语综上所述，在输电线路防外破工作中，智能预警系统的应用势在必行，其可以避免外力破坏行为造成故障停电，不断增强输电线路运维成本控制效果。根据应用实践结果，整合输电线路运行人员周期性巡视和技防手段，不但可以为巡视人员根据环境变化制订防护措施提供极大的便捷，而且可以确保防护的实时性和动态性，及时发现和处理线路中的安全隐患，不断增强输电线路安全情况的控制水平。在智能预警系统中集成了激光检测技术、图像采集和存储技术等，可以准确识别目标物，确保高度的准确性，满足输电线路潜在外力破坏的预警需求。参考文献1 沈红伟,刘娜.人工智能技术的激光位移传感器测距误差自动校正J.激光杂志,2021,42(10):167-170.2 徐振磊,曾懿辉,郭圣,等.基于图像识别技术的输电线路智能监控系统应用J.计算机系统应用,2020,29(1):67-72.3 丁楠楠.输电线路防外破智能监测与预警系统及关键算法研究D.杭州:浙江理工大学,2022.4 吴李群.低压输电线路的运行与维护J.光源与照明,2022(10):225-227.5 黄琴.输电线防外破智能视频预警系统算法研究D.广州:华南理工大学,2020.6 孙建明,许义,朱先启,等.基于声阵列的智能监控系统及其在输电线路防外破中的应用J.电力信息与通信技术,2017,15(6):68-72.