智能視頻預警系統在輸電線路防外破中的應用

陳怡　孫曉斌　馮璨　曾云飛　邵瑰瑋

摘要：近年來輸電線路外力破壞事故頻發，輸電線路防外力破壞已成為線路運行工作的重中之重。利用現代技術手段對電力桿塔和遠距離輸電線路實施智能監控和預警，是保證輸電線路安全可靠運行的重要措施。文章從系統目標、系統基本結構和系統功能實現和應用等方面介紹了輸電線路智能視頻預警系統，并分析了該系統在輸電線路防外破中的作用。

關鍵詞：輸電線路；防外力破壞；智能視頻預警系統；外力破壞事故；遠距離輸電 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2016）03-0036-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.019

隨著社會外部環境的變化，輸電線路外力破壞事件近年來不斷攀升。由于外力破壞故障本身的特性，跳閘后重合成功率較低，往往造成線路故障停運。根據國網統計數據，2009～2013年由于外力破壞造成的330kV及以上輸電線路跳閘2779次，僅占總跳閘次數的32.1%，見表1；而外力破壞造成的停運次數達到1405次，占停運次數的43.8%，見表2。由此可見，防護區內違章建筑、超高樹木，大風刮起的異物以及線路下方大型的機械、吊車等特種車輛的施工作業等外破事件已成為線路故障停運的首要原因，對電力企業造成巨大經濟損失，對電網安全運行構成極大威脅，無形中增加了各級電力公司在防外破方面人力和車輛的投入。

輸電線路在線監測系統引入為防外破工作開拓了新的技防思路，不過，近幾年國內應用較為普遍的監測裝置，通常需要人工后臺實時監控，存在可靠性差、工藝落后、穩定性不足等問題。本文采用的智能視頻預警系統，能夠以動態實時視頻監控和報警的模式，讓管理人員第一時間了解監測點的現場信息，實現24小時全天候監測的目的，有效減輕巡視人員的勞動強度，提高線路安全運行水平。

1 系統簡述

輸電線路防外力破壞智能視頻預警系統在輸電線路視頻監控系統的基礎上進行了深度升級，將智能視頻分析技術創新應用于該系統。當預警系統探測到現場產生外力破壞行為時，立即啟動現場語音告警系統，同時抓拍現場照片并錄像，將報警信息及現場圖片通過3G/4G/OPGW等網絡傳輸到監控中心，監控中心的管理系統自動將報警信息及圖片通過短信/彩信的方式發送到相關工作人員的手機上，并即刻采取相應措施，阻止破壞性行為繼續發生。該預警系統的特點在于能夠根據不同的現場環境，設定觸發條件啟動報警錄像，使得防外破監測更加實用化、智能化，對于外界因素造成的破電力設施破壞性故障起到根本性的預警效果，將事故發生率、事故危害性降至最低。

2 系統基本結構

輸電線路防外力破壞智能視頻預警系統主要由五部分組成：電源系統、無線傳輸系統、前端探測系統、智能視頻分析系統和后臺監控系統。系統結構見圖1：

2.1 電源系統

電源系統由太陽能電池板、蓄電池、電源控制器三部分組成；本系統一般安裝在戶外的輸電桿塔上方，現場無可供交流電源，通常采用太陽能供電。因此，選擇適當功率的太陽能電板、合適容量的蓄電池并配以低功耗的設備，對于保證系統可靠運行，減輕前期施工安裝、后期檢修維護的工作量起到關鍵作用。

2.2 無線傳輸系統

對模擬視頻信號進行數字化壓縮處理，轉化為便于在移動通信網絡、互聯網上傳輸的視頻流；近年來基于MPEG-4編碼標準的視頻解壓縮方式以其高效的壓縮比、高度的分辨率被廣泛應用于網絡視頻會議、網絡視頻監控、數字電視等領域，尤其是采用MPEG-4格式，在現有的CDMA、移動4G等無線傳輸帶寬下，能夠提供較高質量的視頻服務，并在基于無線技術的視頻監控領域獲得廣泛應用。

2.3 前端探測系統

由視頻采集單元、紫外火焰探測模塊、激光探測模塊、雷達探測模四部分組成，能夠實現有效探測范圍內的外力破壞行為的采集功能。

2.4 智能視頻分析系統

整個前端裝置的大腦，負責前端裝置各模塊的故障檢測與復位、視頻流的采集與壓縮、外力破壞行為的識別與報警以及與監測中心軟件平臺的信息交互；針對視頻處理單元接收的攝相機視頻信號進行分析處理，實現異常狀況的智能識別和自動判斷，將處理后的信號通過無線網絡傳送至后臺監控系統。

2.5 后臺監控系統

輸電線路防外力破壞智能預警系統的核心，由主站和客戶端構成，其中主站系統應用國網公司《架空輸電線路在線監測系統通用技術條件》《輸電線路狀態監測系統技術規范》等規定的通訊規約，采用瀏覽器/服務器模式（B/S），集成了高速訪問的大容量數據庫系統、WEB發布系統、視頻監控系統和彩信報警系統，具備多參數預警、數據處理等功能，實現了現場實時數據的收集分析、狀態告警等信息的展示，并對前端系統進行控制和管理。

3 系統的功能實現

3.1 限高檢測

3.1.1 設計目標。防外破用電子限高檢測裝置，必須準確地檢測出外物是否符合限制高度，一旦車輛或樹木等外物接近超過允許高度接近輸電線路時，檢測設備能夠自動觸發告警系統，第一時間啟動聲光示警設備，同時將報警信號傳輸至后臺監控通知相關巡視人員，性能應穩定可靠，盡量減少漏報和誤報的情況發生。

3.1.2 基本原理。限高檢測的主動探測裝置采用激光入侵探測器，主要由激光發射裝置和激光接收裝置構成。前者由激光發射器、可調制激勵電源及相應的方向調整機構組成，后者由激光接收器、光電信號處理器及相應的支撐元件組成。該系統可裝置在防護區域的進入端（一側桿塔）裝設激光發射機，定向發射激光束通過光學反射器或直接射向探測區域。在探測區的接收機（對側桿塔）將接收的光信號轉換成特征信號，并經鑒別器處理。顯示綠燈時表示信號正常，繼續保持監視狀態；顯示紅燈時表示有外物遮斷光束，信號失常同時發出報警信號。

3.2 異物檢測

3.2.1 設計目標。輸電線路異物檢測系統的首要功能就是利用圖像處理技術和差異化算法，正確地分析處理監控圖像信息，顯示可視化結果，報警處理危險的目標；其次，檢測系統應根據陰晴、雨雪等天氣變化，自動更新動態圖像對比所需底圖，并使用圖像增強技術過濾掉不利因素，從而減少誤報率。該系統能夠通過安裝在桿塔橫擔上的高清攝像機實時監控重點區域內輸電線路導線、絕緣子及金具的異物、舞動和覆冰等重大隱患預警，保障線路安全運行。

3.2.2 基本原理。該系統主要通過圖像預處理、目標識別和GUI邏輯三個重要模塊實現預期目標。圖像預處理模塊對攝像機采集到的監控圖像存在的噪聲使用圖像去噪算法予以消除，針對大型車輛、施工機械造成的相機抖動問題使用圖像配準技術檢測并糾正，同時使用圖像增強算法對圖像的邊緣特征、灰度特征等重要信息進行增強處理。目標識別模塊基于圖像分割法、邊界提取和圖像數學形態學實現監控圖像中的目標提取。GUI模塊能夠實現設置報警條件規則、畫定監控區域、更換底圖和識別結果展示，為視頻監控云臺啟動報警提供判定依據。

3.3 入侵檢測

3.3.1 設計目標。入侵檢測裝置主要用來防范線路桿塔盜竊行為。由于盜竊分子在塔下通常做緩慢移動，該裝置應能夠通過監測移動物體靠近檢測區域的行為或者一段時間間隔內移動物體在桿塔附近指定區域內的活動情況，判斷是否存在偷盜行為觸發報警信號。運行人員收到預警信息后，通過后臺監控系統遠程遙控攝像機，進一步確定目標行為，防范人、車等運動目標非法闖入。

3.3.2 基本原理。入侵檢測利用被動紅外探測和雷達探測相結合的原理設計檢測裝置，并利用CPU單片機判斷人體目標行為。被動紅外技術能夠根據某立體防護空間內熱輻射的變化判斷該監控區域內入侵者活動，移動物體與背景物體之間的紅外熱輻射能量變化可轉化為電信號，并觸發報警信號。雷達探測器采用了高頻微波探測技術，探測器能夠根據移動物體與雷達之間徑向相對運動產生的多普勒頻移判斷目標是否存在。為降低誤判，僅當被動紅外及雷達探測同時觸發時，CUP才會啟動報警信號。此外，被動紅外探測裝置能夠有效探測監控區域內火焰，并立即觸發報警，能夠有效檢測輸電線路走廊及周邊火情。

4 系統的應用及成效

4.1 應用要求

4.1.1 不影響輸電線路的電氣性能，該裝置應滿足交流線路電暈和電磁波干擾的要求。

4.1.2 不影響輸電線路的機械性能，該裝置不能變為線路結構的薄弱點，并造成結構方面的隱患。

4.1.3 應當充分考慮線路高空作業人員安裝環境受限，安裝方式應簡單方便，牢固可靠。

4.1.4 應能長期穩定運行，適應雨雪等惡劣天氣，無需外接電源，免日常維護。

4.1.5 數據傳輸方式及存儲方式符合標準，便于視頻監控數據統一管理。

4.2 應用范圍

依據架空輸電線路在線檢測系統通用技術條件的規定，視頻監控點通常布置在以下線路區段：火災隱患多發區、外力破壞易發區、通道樹木速生長區、偏遠不易到達區域、線路施工危險點以及缺陷易發點等重點區域。

4.3 成效分析

智能視頻預警系統為輸電線路防外破工作提出了一種高效的解決途徑，在減少運行人員防護工作量、提升防護效率、降低外破發生幾率方面能夠起到積極作用。目前，防外破智能視頻預警系統已成為各大電力公司防線路外破工作的重要輔助手段，并取得良好效果：

4.3.1 實時監測，及時預警，中斷外破行為發生，避免事態的進一步擴大，降低了外破事件發生的概率。

4.3.2 相比人工巡查，該方式僅需增加前期設備資金的投入，一定程度上緩解了當前電力企業面臨的結構性缺員問題，彌補了巡視力量不足無法現場實時盯防的短板。

4.3.3 提高了輸電線路運行工作質量和智能化水平，減少了外破跳閘次數，使電網更加安全可靠。

4.3.4 提高了運行工作效率，降低了運維、巡視工作量，并且監控終端能夠反復利用，拆裝簡便，可根據現場需求即時轉移，提高資金利用效率，減少閑置浪費。

4.4 應用情況

2014年，菏澤供電公司開展了輸電線路智能視頻預警系統試點安裝，并根據輸電線路實際情況，先后在220kV新發線48#、57#桿，220kV菏白I線35#、42#等30余處需要重點監測的線路區段配置了限高檢測、異物檢測和入侵檢測裝置。

該套系統自投運以來，能夠有效監測導線飄掛物、大型機械車輛的闖入，并及時觸發報警信號，警示信息報送準確率近9成，大大減輕了重點監視區域巡視人員的防護壓力。截至目前，共發現違章大型機械施工38次，異物隱患13次，違章建房9次，線下煙火預警5次，發現并制止電力設施被盜3起，有效預防了因吊車碰線、異物短路引發的線路跳閘，確保了輸電線路的安全運行。下一步，運行單位將按照季節性和線路區域特點，根據安全隱患重點盯防區域動態調整布點，提高視頻預警系統的利用效率。

5 結語

輸電線路防外力破壞智能視頻預警系統的應用，可以有效控制因外力破壞行為引發的故障停電，進而減少故障處理及后續工作產生的人員與資金投入，對降低輸電線路運維成本起到積極作用。實踐表明，輸電線路運行人員周期性巡視與技防手段相結合的防外破方法，既能發揮巡視人員根據環境變化制定防護策略的優勢，又能彌補防護人員緊張不能實時盯防的缺點，對危急線路安全的事故隱患做到早發現早制止，使得輸電線路安全情況可控、能控以及在控得以實現。

參考文獻

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[3] 鄒建明.在線監測技術在電網中的應用[J].高電壓技術，2007，（8）.

作者簡介：陳怡（1987-），女，中國電力科學研究院中級工程師，碩士，研究方向：輸電線路運維檢修、電網智能巡檢裝置。

（責任編輯：陳 潔）