試論輸電線路中山火預(yù)警技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：本文首先對(duì)輸電線路山火監(jiān)測(cè)的必要性進(jìn)行了闡述，隨后分析了山火會(huì)導(dǎo)致輸電線路出現(xiàn)跳閘的原理。目前，輸電線路山火監(jiān)測(cè)過程中主要采用兩種方法，其一是衛(wèi)星遙感山火監(jiān)測(cè)技術(shù)，這種方法屬于宏觀監(jiān)測(cè)，范圍較大；其二是傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)技術(shù)，這種方法屬于局部監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)范圍小。本文對(duì)輸電線路山火監(jiān)測(cè)預(yù)警原理進(jìn)行了闡述，并與現(xiàn)行預(yù)警方案進(jìn)行了對(duì)比，總結(jié)了當(dāng)前預(yù)警方案的優(yōu)缺點(diǎn)。輸電線路山火預(yù)警并沒有過多的歷史數(shù)據(jù)可以借鑒，再加上監(jiān)測(cè)環(huán)境較差，所以必須將預(yù)警模型與對(duì)應(yīng)算法相結(jié)合。

關(guān)鍵詞：輸電線路；山火預(yù)警；山火預(yù)警技術(shù)

我國(guó)電網(wǎng)特征是范圍大、分布光，因此更容易遭受自然災(zāi)害的侵襲，山火便是其中之一。隨著電力資源的應(yīng)用越來越廣泛，再加上我國(guó)地形復(fù)雜、地域廣闊，很多輸電線路不得不穿過各種復(fù)雜的地形地貌。山火的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致輸電線路掉閘，嚴(yán)重的話會(huì)毀掉架線鐵塔，造成重大電力事故。本文先是簡(jiǎn)要分析了山火監(jiān)測(cè)及預(yù)警技術(shù)，在這基礎(chǔ)之上對(duì)山火監(jiān)測(cè)技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 衛(wèi)星遙感技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用

從當(dāng)前來看，我國(guó)的風(fēng)云系列衛(wèi)星、美國(guó)的NOAA系列極地氣象衛(wèi)星以及地球觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)EOS和MODIS主要用于山火監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體包括5顆衛(wèi)星，如FY-1D、NOAA16、NOAA18、TERRA和AQUA。檢測(cè)人員負(fù)責(zé)接受氣象衛(wèi)星過境圖，對(duì)圖像進(jìn)行處理，并將最準(zhǔn)確的熱點(diǎn)或火點(diǎn)信息提供給地面山火監(jiān)測(cè)人員。

1.1 NOAA/AVHRR 監(jiān)測(cè)林火

NOAA/AVHRR 極地氣象衛(wèi)星由美國(guó)發(fā)射，是第三代雙星系統(tǒng)，AVHRR高分辨率輻射儀共包括5各通道，每一個(gè)通道都有各自的特性。NOAA衛(wèi)星經(jīng)常用于草原、森林的火災(zāi)監(jiān)測(cè)，不僅能準(zhǔn)確確定火點(diǎn)、預(yù)測(cè)火災(zāi)嚴(yán)重程度，而且也可以對(duì)火災(zāi)面積進(jìn)行估算。氣象衛(wèi)星對(duì)地面線性物體的分辨率只有1.1km，分辨率較低，但是它的溫度分辨率卻較高。NOAA衛(wèi)星交錯(cuò)運(yùn)行，監(jiān)測(cè)頻率為6小時(shí)/次，即同一地區(qū)每隔6小時(shí)便會(huì)接受其一次監(jiān)測(cè)。

1.2 EOS/MODIS 監(jiān)測(cè)林火

EOS衛(wèi)星近太陽(yáng)同步極軌的雙星系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上午衛(wèi)星和下午衛(wèi)星兩顆。EOS衛(wèi)星系統(tǒng)搭載有包括36各通道的MODIS，MODIS尤其對(duì)熱源敏感，它比其他衛(wèi)星遙感器對(duì)森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)能力要高出許多，是森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)的重要手段。MODIS包括7個(gè)可以用于森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)的通道，它對(duì)光以及紅外光的星下分辨率分別為250—500m和500—1000m。

2 無線傳感器的探測(cè)量及各種傳感器

在整個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中，火災(zāi)探測(cè)器作用相當(dāng)于人體感官。以不同火災(zāi)參數(shù)的探測(cè)為分類依據(jù)，火災(zāi)探測(cè)器可以被劃分為如下六種類型。下文將對(duì)不同類型的火災(zāi)探測(cè)器一一進(jìn)行闡述。

2.1 感溫式火災(zāi)探測(cè)器

從探測(cè)器工作方式的角度來劃分，可以將感溫式探測(cè)器劃分為定溫型、差溫型和復(fù)合型三種。（1）定溫型探測(cè)器。當(dāng)監(jiān)測(cè)溫度超出了該探測(cè)器的監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的預(yù)定溫度時(shí)，便會(huì)發(fā)出警報(bào)聲；（2）差溫型探測(cè)器。當(dāng)溫度升高的速度超出預(yù)定速度的范圍時(shí)，探測(cè)器發(fā)出警報(bào)聲；（3）復(fù)合型探測(cè)器。該探測(cè)器既有定溫型探測(cè)器的功能，又有差溫型探測(cè)器功能。感溫式火災(zāi)探測(cè)器中的熱敏元件較多，如易熔金屬、熱敏電阻等。

2.2 感煙式火災(zāi)探測(cè)器

根據(jù)感煙式火災(zāi)探測(cè)器的工作原理，可以將其劃分為離子感煙和光電感煙兩種類型。感煙式火災(zāi)探測(cè)器對(duì)熱分解或燃燒過程中散發(fā)到空氣中的微小顆粒感應(yīng)異常靈敏。固體物質(zhì)的燃燒一般劃分為早期階段、陰燃階段和起火階段，陰燃階段會(huì)產(chǎn)生一定的煙霧，感煙式火災(zāi)探測(cè)器能靈敏地感應(yīng)到這些煙霧，從而及時(shí)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警聲響，引起人的關(guān)注。

2.3 感光式火災(zāi)探測(cè)器

當(dāng)物體處于燃燒階段時(shí)會(huì)發(fā)出火焰，火焰會(huì)產(chǎn)生紅外線和紫外線，感光式火災(zāi)探測(cè)器的工作原理是通過監(jiān)測(cè)是否有紅外線和紫外線來判斷是否有物體燃燒。一般情況下，在光線條件較差的環(huán)境中經(jīng)常使用感光式火災(zāi)探測(cè)器，因?yàn)閼敉夤饩€好，可能會(huì)影響感光式火災(zāi)探測(cè)器的正常工作。輸電線路的火災(zāi)預(yù)警不宜采用一般的感光式火災(zāi)探測(cè)器。

2.4 燃燒音火災(zāi)探測(cè)器

一旦出現(xiàn)火災(zāi)，火源附近會(huì)出現(xiàn)頻率各不相同的聲音，這些聲音包括低頻域聲音和超高頻域聲音，兩種聲音都不會(huì)被人耳捕捉到。研究者認(rèn)為，當(dāng)燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生空氣膨脹和熱氣對(duì)流，這是產(chǎn)生低頻域聲音的主要原因。隨著燃燒程度的加深，低頻域聲音也會(huì)增大。燃燒音火災(zāi)探測(cè)器的工作原理是通過感知低頻域聲音探測(cè)火災(zāi)，這是常見的一種火災(zāi)檢測(cè)方法。

2.5 氣體式火災(zāi)探測(cè)器

當(dāng)可燃物經(jīng)高溫分解或燃燒時(shí)，會(huì)向空氣中散發(fā)一氧化碳、二氧化碳等特定氣體，氣體式火災(zāi)探測(cè)器就是通過探測(cè)空氣中是否有特定氣體來判定是否有火災(zāi)發(fā)生。鉑絲、半導(dǎo)體以及金屬氧化物等是氣體式火災(zāi)探測(cè)器中的敏感元件，可以準(zhǔn)確判斷出空氣中特定氣體的濃度。

2.6 圖像型火災(zāi)探測(cè)器

圖像火災(zāi)探測(cè)器主要用于探測(cè)大空間火災(zāi)，它主要通過觀測(cè)普通影像、監(jiān)測(cè)紅外線的方法類探測(cè)是否有火災(zāi)發(fā)生。圖像火災(zāi)探測(cè)器利用了火焰中不同光線的輻射特性，通過分析火焰圖像信息來判斷火災(zāi)。

3 兩種監(jiān)測(cè)方法的對(duì)比和發(fā)展

從當(dāng)前來看，衛(wèi)星遙感熱點(diǎn)技術(shù)被很多國(guó)家廣泛應(yīng)用于山火預(yù)警中。衛(wèi)星遙感技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，如成本低、信息多、檢測(cè)范圍廣等，可是也有一定的缺點(diǎn)；利用傳感器網(wǎng)絡(luò)探測(cè)火災(zāi)盡管可以實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)，可是工程實(shí)施卻困難重重。

采用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)山火的方法無法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因?yàn)樾l(wèi)星過境時(shí)間有一定的限制，無法捕捉到燃燒時(shí)間短暫的火災(zāi)，而且監(jiān)測(cè)熱輻射范圍沒有達(dá)到百米的火點(diǎn)效果不明顯。天氣情況會(huì)對(duì)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)產(chǎn)生影響，如果有云層出現(xiàn)，衛(wèi)星紅外通道無法監(jiān)測(cè)云層以下的溫度。另外，衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有較高的保密性，過于依賴氣象部門或者地面衛(wèi)星接收站。

傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)法的不足在于難以解決電源問題，蓄電池和太陽(yáng)能電池為野外傳感器提供電能。野外環(huán)境條件很差，而傳感器屬于精密設(shè)備，對(duì)外界環(huán)境條件要求很高，比如外界生物的遮擋或者破壞會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸產(chǎn)生影響，降低數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

在輸電線路山火監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，電力部門經(jīng)常采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)與無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的方法，兩種方式結(jié)合使用大大提升了輸電線路監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：楊舟； 1994年04月；男；漢；湖南省益陽(yáng)市；本科；研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化輸電線路方向。