輸電線路在線巡視系統的智能預警系統分析

潘榮杰

摘 要：隨著時代的進步，人們的日常生活越來越離不開電能，因此，對電力系統穩定的要求越來越高。文章詳細介紹電力系統采用的新技術智能預警系統，研究了輸電線路在線巡視系統的智能預警系統的原理，智能預警系統在輸電線路中是如何發揮作用的，以及利用智能預警系統來判斷輸電線路發生的故障，并作出相應的處理措施，保證電力系統的穩定性。

關鍵詞：在線巡視系統；智能預警；原理；用途

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0089-02

由于我國國土面積較大，輸電線路的鋪設面積就很廣，以致于經過的地方較為多樣化，不僅環境差異大，天氣氣候又多變，這樣就會使輸電線路發生故障，并且每年電網停電事故主要就是游線路事故引起的，然而，常用的輸電線路巡視方式是利用運維人員來巡視，但是，這種巡視的工程量較大或者是密度不高，特別是在天氣惡劣或地理環境復雜的狀況下人工巡視的難度大大的提高，雖然有使用直升機或機器人巡視，但這些方式都會受到氣候的影響，并且無法及時準確的反映輸電線路的工作情況，這樣就不能及時的察覺到路線的故障。

因此，為了能夠高效地進行輸電線路的巡視工作，工作人員研發出了紅外線監控和光纖通信技術相結合的新技術，就是通過使用在線巡視系統加大了對輸電線路的監測力度，并利用智能預警更好的判斷輸電線路發生的故障。

1 在線巡視系統的智能預警系統原理

1.1 線巡視系統原理

輸電線路在線巡視系統主要是利用無線的方式進行傳輸，通過檢測輸電線路的通道環境、微氣象、防盜報警、覆冰、周圍施工情況等來了解線路發生的問題，同時將搜集得信息發送到監控中心，然后要仔細的檢測采集到的數據，并進行實時分析，以及判斷和預測線路的運行狀態，能夠提高對輸電線路安全經濟運行的管理水平，同時能夠及時采取適當的措施以消除、減輕險情，保障輸電線路穩定供電。

其次，該系統是由光纖通信相關的網絡系統、桿塔的終端系統以及后臺主機的系統組成。光纖通信網絡就是結合光電分離技術和光纖通信網絡技術，用來傳輸視頻圖像信息和紅外圖像信息，從而使桿塔終端和后臺主機系統實現及時的連接，以及實時傳輸各桿塔檢測出來數據，對后臺主機系統下達命令。

輸電線路在巡視系統采集的多為圖像、視頻數據信息量較大，因此，采用OPGW光分離和EPON通信新的技術，達到桿塔監測數據及時傳輸的目的，確保桿塔終端和后臺主機系統能夠進行有效的連接。

其中桿塔終端系統，是由光視頻監控模塊、桿塔供能模塊、紅外感知模塊、氣象監測模塊和桿塔終端主機等模塊組成，都可以用在數據的采集以及處理上面，從而滿足電力系統的巡視要求。而后臺主機的系統主要是管理桿塔終端設備及網絡，以及進行有效的控制和調度。后臺主機系統通過前兩者系統提取出紅外圖像、視頻圖像、安全監控等數據，并且詳細存儲記錄著控制中心的數據，也要對這些數據進行監測分析的工作，整理出整齊統一的排版樣式，集中而又層次分明顯示分析出來的數據內容，定期向上級報告監測數據，這樣還有利于工作人員進行查詢和存檔。雖然該系統主要是由這三部分組成，但是若線路中遇到突發的異常情況，該系統其他相關設備也能夠進行高效及時的智能預警。

1.2 智能預警系統原理

智能預警系統就是以輸電線路在線巡視系統基本結構為基礎，并通過采集的視頻圖像、紅外圖像和微氣象信息等其他的數據來進行預警。在輸電系統中，若要提高智能預警系統的工作效率和對故障判斷的精確性，就要依照輸電任務的要求，進行一定的結構分級。

首先，第一級的位置是桿塔的終端主機，是用來初步判斷輸電線路是否出現異常或發生故障的。

其次，第二級的位置就是后臺的主機系統，這就是用來精確判斷輸電線路發生的故障的類型。

該系統中桿塔終端上的每個測量的單元會將采集到的信息傳輸到主機上，然后桿塔終端主機就會分析或者對比搜集到的信息，一旦有問題發生，就要用到后臺主機系統了，這時候它開始工作，及時的發動信號，快速的將視頻圖像信息出送到后臺的主機之上，這樣就有利于后臺主機系統高效的進行故障分析。如果輸電線路正常工作，沒有出現故障異常，桿塔終端主機將桿塔終端測量單元記錄的視頻圖像、紅外圖像、微氣象信息等數據打包壓縮為該桿塔信息，桿塔終端主機的ONU定時就通過光纖信息系統發送日常信息到后臺主機。

若果后臺主機系統收到桿塔終端主機中央處理單元發出的預警信號，則以圖像識別技術為基礎，通過人工手動調整視頻攝像機或紅外攝像機的位置，觀察輸電線路及其設備的工作情況，精確判斷輸電線路及其設備出現的異常或故障情況；后臺主機系統也會依照實時監測數據進一步分析判斷輸電線路是否出現故障以及故障類型，當臺風、雷擊、山火、樹木生長等危及輸電線路的時候，會及時監測、分析數據，并發出異常狀態的下的早期預警和故障報警。

此外，桿塔終端系統中的紅外感知模塊也起到一定的作用，它不需要調整監測角度，并且一直處于通電工作模式，只要感到在桿塔附近有異物，就會通過光纖通信網絡及時上傳預警信號到后臺主機系統。

2 探討智能預警系統的用途

2.1 智能預警系統的任務

輸電線路在線巡視系統的智能預警系統的任務很多，其一，現在輸電線路在線巡視系統采用的是逐塔安裝的方法，每個桿塔之間的距離大約為500 m，距離較近的桿塔之間會檢測到相同或相近的微氣象數據。如果相鄰的桿塔其中一個桿塔被監測出的數據明顯異常，就可以判定這個桿塔的監測設備發生故障，這時候后臺主機系統就應該發出相應檢測設備故障預警信號。其二，若有某一座桿塔上的智能預警系統發生故障時，后臺主機系統會收到這個桿塔信息缺失的信號，這時候后臺主機系統就向該桿塔附近的桿塔發出命令，通過移動攝像頭來拍攝，能夠在一定程度上補充故障桿塔的信息，并將采集到的新信息傳到后臺主機系統進行故障判斷。

智能預警系統具有利用桿塔終端系統對數據進行識別的任務，并且要利用相關的數據對故障進行準確的判斷，這也是預警系統的最基本的功能。它的功能都有數據的預處理、判斷故障、執行預警、知識庫的管理以及學習能力。其一，桿塔終端都有許多個測量設備，并且它們都各有職能，職能有采集紅外圖像、微氣象數據和紅外探測信號等等。一開始，預警系統要對紅外和視頻圖像進行圖像識別，結合相關技術進行初步的處理，并按照固定格式整理好監測到的所有數據，然后輸送到后臺主機系統上。其二，判斷故障就是利用桿塔終端主機采集紅外圖像和視頻圖像等信息，并進行處理，然后初步判斷輸電線路發生的是哪種故障，接著就是利用后臺主機系統來分析所有數據，以及利用模板匹配算法或者閾值目標提取算法等其他方式，結合模糊理論以及層次分析法對故障類型進行準確的判斷。其三，若確定發生故障異常，后臺主機系統應該及時發送故障異常類型的報警信號，且通過短信等形式將故障異常的位置和類型發送到相關的工作人員的手機上。其四，知識庫主要是用來整理儲存故障判斷算法規則以及歷史數據的，它的職責是對相關數據進行錄入、刪除、修改等，用來形成新的監測結果，以及做出更準確更先進的判斷。最后，智能預警系統是具備一定的學習能力的，它可以通過以前預測到的結果來積累信息，甚至是及時更新自己的數據庫，從而達到提高自身判斷方式的目的。譬如，若采用的監測設備類型發生變化時，該系統對故障判斷的算法能夠進行及時的更新，也就是說盡管在使用原有的監測數據的同時，智能預警系統判斷故障的方式也會增加，并且越來越準，所以，智能預警系統能力也會隨著經驗的增多和時間的增加進一步得到提高。

2.2 利用智能預警系統判斷輸電線路的故障

智能預警系統的主要用途就是判斷輸電線路發生的故障類型，要想進行準確的判斷，首先，對收集的信息進行預處理，提高視頻圖像的信噪比，進一步結合微氣象、紅外圖像監測到的數據進行精確地判斷，同時要根據數據呈現出不同的特征，判斷出是哪一種故障類型。比如發生線路覆冰的狀況，會在圖像中表現為導線外徑加粗，且圖像中導線區域顏色變化明顯，灰度值變大。通水，紅外圖像中，導線覆冰的話會導致溫度發生明顯的變化，在紅外圖像中表現為明顯顏色變化。若出現絕緣子閃絡會呈現出光亮的白色，但能否在視頻圖像中清晰的呈現，與背景顏色有極大的關系，所以，為了能準確檢測到絕緣子閃絡，還需通過監測故障電流來證明。若發生桿塔傾斜和倒塌，會在視頻圖像中表現出與正常桿塔明顯的區別，可以采用識別算法和圖像匹配算出桿塔的傾斜角度。有時會發生桿塔被盜的現象，因為高壓輸點線路有很多鋪設在野外，桿塔或相關輔助材料就很有可能被偷盜，這時會在視頻圖像中出現信息殘缺，這時只要對比前后的監測圖像，就會發現桿塔被盜了。還有一種故障就是異物入侵，通常分為兩種，一種是有東西懸掛在輸電線路上，比如說風箏，風箏會隨風飄動，所以呈現在視頻圖像上是移動的，因此，還是易于發現的。另一種就是輸電線路周圍有施工機械或人員與桿塔距離過近。

還有，利用在線巡線系統的智能預警系統判斷輸電線路的故障時，并不能十分準確精確的判斷故障類型，因為第一級的運算的能力是較為低下的，運算量比較小，達不到精確的判斷故障所需條件，而且還是采用比較容易實現的圖像差分法進行判斷，所以一旦遇到光照的變化明顯，或是有雨雪等復雜天氣的狀況時，就不建議采取這種圖像分差法了，因此，為了適應各種氣候天氣條件，電力人員要學會使用使用三幀差分的算法，這樣才能達到精確判斷的目的。此外，電力人員也可利用輸電線路的覆冰綜合的算法對線路進行判斷，這種方法也可以有效提升判斷線路故障的準確性，然后及時解決覆冰引起的倒塔或者其他的相關故障，從而高效率的保障線路安全性和穩定性。

3 結 語

近年來，我國一直都在完善和更新電力系統的技術，其中，輸電線路在線巡視系統的智能系統的表現尤為突出，有了這項新型技術，能夠更加準確的判斷線路發生的故障類型以及及時的解決該類故障，從而保障了輸電線路的安全穩定性。雖然，我國技術不斷得到提高，但依然在此希望相關工作人員繼續努力研發處新的技術，能夠更好地預防輸電線路發生故障，降低故障的發生率，這樣才能更加持久的保障供電的穩定性，為人民更好地生活奠定基礎。

參考文獻：

[1] 趙建青，姚瑤，邱玩輝，等.基于輸電線路在線巡視系統的智能預警系統 研究[J].電力系統保護與控制，2013，（23）.