山火預警技術在輸電線路的應用現狀

藍慶仕

摘 要：山火會導致輸電線路跳閘，在輸電線路中檢測山火具有重要的意義和必要性。現在進行山火監測的方法有衛星遙感山火監測技術和傳感器網絡監測技術兩種，兒子分析了各種山火預警方法和各自的算法，并比較了各種方案的優缺點，由于山火的歷史數據較少，輸電線路的監測環境又比較惡劣，所以要要注重預警模型和相應的算法的配合，山火預警技術要適應于輸電線路的運行環境，最后總結了在輸電線路中應用山火預警技術中的發展方向。

關鍵詞：山火預警；輸電線路；應用現狀

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0047-02

我國的電網容易受到自然災害的影響，山火便是其中之一。現在很多的輸電線路架設在高山竣嶺，這些地區由于地形較高、氣侯條件復雜所以容易引發山火，容易使輸電線路跳閘，嚴重時還會將鐵塔燒毀，引起電力事故。如果輸電線發生跳閘，重合閘時間較短，但山火的持續時間很長，有的長則十幾分鐘，如果輸電線路中發生山火跳閘，重合閘就失去了作用。輸電線路在引發山火時會引起閃絡，這主要是由空氣熱游離、空氣密度低、電導率增大以及顆粒受到碰撞等原因造成的。

1 山火導致輸電線路跳閘的原理

武漢大學進行試驗，將木垛點點燃當作山火的火源，用導線--板間隙進行輸電線路的模擬，對山火引起輸電線路跳閘的規律進行分析；國外一些國家如澳大利亞、美國、日本、韓國等也針對輸電線路在山火條件下的閃絡性進行了研究，各個研究結果之間分歧較大。如果發生山火現象，輸電線路的擊穿電壓降低，線路的絕緣程度也迅速下降，導致火焰的溫度與電子、固體顆粒發生作用，從而發生線路跳閘。總結起來山火引起輸電線路閃絡的原因主要有以下幾個方面。

1.1 空氣的熱游離

發生山火時山焰的溫度高達1 000 ℃以上，空氣在這樣的高溫下就會發生熱游離，地面游離出帶電粒子，導線的表面游離子，地面的電荷隨著火苗向高處發展，濃煙和微粒使空氣的絕緣性變差，空氣被擊穿后輸電線路和地面產生放電。

1.2 空氣密度下降

如果輸電線路發生山火，空氣的密度會大幅度降低，周圍的低氣壓使電線—地面的擊穿電壓降低，空氣被擊穿后輸電線路就會對地面放電。

1.3 電導率增大

發生山火時灌木和喬木會因為燃燒蒸發出一些水份，這些水份中摻雜著很多鹽郭，也會有較多的煙塵微粒，使空氣的絕緣性能變差，空氣極易被擊穿，產生放電。

1.4 顆粒間觸碰放電

發生山火時植被燃燒，在強電場中漂浮著已碳化的灰燼。帶電顆粒受到高溫和電荷的雙重作用，火焰引起化學電郭，熱游離產生電荷，一起集中到放電通道中產生電弧，空氣被擊穿。2 衛生遙感技術

一般進行山火監測時，監測人員在眺望塔進行觀測，并結合飛機巡航和砍伐輸電線路的隔離帶的方式，雖然控制了火熱的擴散，但是掌握的火情數據不精確，監測成本較高，觀測范圍和次數也有限，無法及時實施應對措施。隨著相關研究和技術的發展，根據山火監測的監測范圍，山火預警可以分為兩種，一種是衛星遙感技術，這種技術是廣域的；另一種是傳感器監測技術，這種技術是局域的。

2.1 衛星遙感技術

衛星遙感技術對山火的監測范圍較廣泛，監測的時間較短，數據的傳輸速度較快，宏觀監測是其突出的優點。一般來說黑體溫度越高，輻射波長就與其呈反比。通過探測輻射波長可以對物體的溫度進行判斷。在衛生或者飛行器上安裝紅外探測儀，進行熱點監測，用遙感技術來對山火進行監測時的算法有固定閾值法、上下文法、火點識別法等。但是衛星上的紅外探測器容易受到環境的影響，這些環境因素包括角度、大氣層結構、地形等，容易產生假熱點現象，產生錯誤的判斷。為了提高監測數據的精確性，研究出了新的算法，如時域動態法、光譜分析法等。

2.2 遙感探火的傳統算法

2.2.1 時域動態分析法

此方法將信號的變化規律當作基準值，如果某個信號偏離了基準值，就有可能是危險信號。采用這種算法時數據要取自衛星的歷史數據庫，從數據庫可以獲得數據期望值以及數據的變化范圍。

采用時域動態分析法進行計算時，通過公式可以判斷檢測值和歷史值的偏差程度。如果檢測值與歷史數據的偏差程度越大，說明該火點的溫度較高，發生火險的機率越大，反之亦然。意大利的山火監測應用此算法，監測效果較好。

2.2.2 火點識別算法

對森林火災進行探測，要找到溫度的異常點，從而得到達到火點的可能值。此方法以閾值為基準值，通過對目標點與背景像元間參數的類別方差與基準值進行比較，如果大于基準值就可以認為達到了火點。運用火點識別算法，可以排除不同的環境對于火點識別結果的影響。

2.2.3 三通道合成法

此法采用專用的圖像處理技術來合成三個通道數據，將將數據顯示在圖像上，這樣可以了解火情的情況。用紅、綠、藍三個顏色來代表三個通道，如鮮紅代表著火點，綠色代表植被，藍色代表水體。通過此法可以直接觀看地理信息，觀測火情更加方便快速，但是對火點的定位不太精確。

2.2.4 上下文火點識別法

上下文火點識別法首先進行預處理，將圖像的像元分為六個類型，再用不同波段的數據信息來確認火點。

2.3 衛生遙感技術在我國的應用

我國進行山火監測的衛星有風云系列、美國極地氣象衛星、地球觀測衛星和MODIS，包括過境時間各不相同的五顆衛星。監測人員接收處理過境圖像，可以為山火監測提供火點信息。

2.3.1 NOAA監測林火

NOAA是美國的第三代雙星系氣象衛星，監測數據的主要作用是進行火災監測，對火點進行定位，根據監測數據來預測火險的發生概率，并對火災面積進行估算。NOAA衛星對地面的線性物體沒有敏感的分辨率，其最大優點是較高的溫度分辨率。NOAA的兩個衛星交替作業，一天內可以對同一個地區進行四次觀測。

2.3.2 地球觀測衛星

地球觀測衛星是近太陽同步接軌衛星系統，在衛星上有光學探測設備，設備有36個監測通道。此衛星可以很好的對地貌和地面的物體進行顯示，地球觀測衛星相對于其他衛星遙感器，具有較好的森林火災監測能力。

地球觀測衛星和上面提到的NOAA衛星的監測速度都較快，監測的面積較大，對于林火的面積可以有比較準確的推測。其中NOAAR的監測周期較短，監測密度高，地球觀測衛星還可以監測地面的溫度和濕度。

2.4 在輸電線路中衛生遙感技術的應用

現在衛星遙感技術進行山火的監測，已經比較成熟了。運用衛星遙感技術，可以及時獲得山火點的GPS坐標和火情信息，將衛星遙感放到輸電GIS系統，可以對火點附近的輸電線路發出預警。

云南電網公司建立了系統的輸電線路監測平臺，山火監測系統將衛星遙感和現場的在線監測終端進行組合。如果衛星遙感監測出某一地區有發生山火的可能性，輸電線路的覆蓋輪廓圖上就會有紅色的預警燈顯示，可以看到山火的預警信息，如時間、經緯度、線路、桿塔等，甚至于每個桿塔的覆冰數據都可以掌握。攝像終端可以看到桿塔的實際圖像，可以對輸電線路進行遠程控制。

云南的氣象臺和森林防火辦向云南電網提供森林防火數據，探測范圍可以達到半徑1.5 km，對于這個范圍內的可疑熱點都可以探測到。預警系統發出山火預警信號。將警報信息傳送到后臺，工作人員根據數據可以對預警進行判斷，并做出及時的應對策略。

廣西電網也采用衛星遙感系統對輸電線路的火險進行監測，監測數據由南方衛星遙感中心提供，監測數據具有很大的信息量，包括火情、水情、雪情等，可以對進行溝通協調，以最快的速度來應對火情故障，采用衛星遙感技術已經成功監測了很多山火事件。

3 無線傳感技術

3.1 無線傳感器的探測量以及傳感器介紹

氣象會影響山火的發生，在林地地被物的含水率與森林火險的等級有密切的關系，一般含水率越高，火險等級就會越低。風向和風速也會影響林火的擴散程度，降水量越大，對于降低火險也越來有利。

以上這些氣象數據可以確定火災的氣象指數、森林的火險指數，并對火熱的蔓延范圍進行預測。國外的山火研究機構繪制了森林植被可燃性地圖，據此來指導當地的山火防治。

火災探測器可以針對不同的火災參數進行探測，一般的火災探測器有感溫式、感煙式、感光式、燃燒音、氣體式和圖像型六種。

3.2 基于局部傳感器的輸電線路山火監測

傳感器的各種監測方法如圖像識別、結合微氣象和紅外熱像儀、煙霧探測器和火焰探測器都具有各自的優缺點。其中煙霧探測器的現場監測效果不明顯，紅外攝像技術可以精確的監測山火。不論哪種方案都要有較強的電源支持，數據傳輸媒介要可靠，視頻傳輸要采用光纖通訊方式，現在的輸電線路山火監測暫時還不能滿足以上需求。

4 結 語

通過以上對輸電線路山火預警技術的應用介紹，該域的未來研究方向如下：要細化衛星遙感探測的算法，要盡可能排除水洼和假熱點；要研究遠距離和高精度的探測器，可以在火險發生頻率的輸電桿塔上設置山火監測終端；要繪制輸電線路的火險分布圖，建立有效的特征數據庫。

參考文獻：

[1] 胡智宏.電力系統短期負荷預測方法綜述[J].電力系統保護與控制， 2011，39（1）：147-152.

[2] 宋國兵.高壓直流輸電線路故障定位研究綜述[J].電力系統保護與控 制，2012，40（5）：133-137.