一種基于雷達原理的架空輸電線路防外力技術

許傲然+田洪芮+王繼開+吳仲非

摘 要：本文針對電力線路易遭到外物刮拉出現(xiàn)電力事故，闡述了電力系統(tǒng)外力入侵的相關情況，研究了以雷達，激光為探測手段的輸電線路防外力系統(tǒng)，系統(tǒng)由雷達，激光，視頻相關控制模塊構成，可完成針對架空線路常見工程車輛吊臂，線路覆冰，人員攀爬塔桿等常見外力破壞或危害電力安全情況準確報警。

關鍵詞：電力線路；外力破壞；在線監(jiān)測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.146

1 引言

目前，電力行業(yè)中針對架空輸電線路的防外力破壞系統(tǒng)存在很多問題，例如防外力破壞效果不明顯；系統(tǒng)運行中干擾不斷；物體種類無法判別；視頻一點多控的弊端；外破對象信息不詳細；監(jiān)測模式耗電量大。例如線路運行人員想知道某段線路什么類型的破壞行為最為突出，行為實施者是誰，以便有針對性地采取預防措施，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法做到。因此本文研究了一種基于雷達的架空線路防外力侵入系統(tǒng)。

2 雷達防外力破壞系統(tǒng)

輸電線路防外力破壞預警系統(tǒng)，其關鍵點在破壞行為的觸發(fā)和分析上，傳統(tǒng)方式觸發(fā)僅依靠攝像機完成，而新型預警系統(tǒng)將觸發(fā)、分析、記錄三大要點分開，優(yōu)化每個要點的構成，使其獨立良好工作的同時，又可以充分的進行互動，彌補傳統(tǒng)系統(tǒng)的先天性不足。本裝置由激光探頭、激光報警控制主機（激光測距模塊、分析模塊）、雷達模塊、雷達控制主機、視覺差異化分析系統(tǒng)、高聲響喇叭、警示燈、太陽能電池板、控制器、高性能寬溫電池等部件組成，后臺系統(tǒng)由管理人員控制手機或計算機組成。

在需要監(jiān)控的高壓線路一端鐵塔上安裝固定好激光探頭、激光報警控制主機、雷達模塊、雷達控制主機、視覺差異化分析模塊和其它輔助設備。激光探頭的激光射線基本水平面對準兩塔之間輸電線弧垂下5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）位置，雷達監(jiān)測模塊和高清視頻差異化分析模塊安裝距輸電線弧垂下5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）位置。當管理人員或監(jiān)控室通過手機或計算機向系統(tǒng)報警控制主機發(fā)布“布防”指令后系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，一旦發(fā)生物體接近高壓線5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）警戒距離值時觸發(fā)報警（用戶可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況自行設定初始值或其它檔位值），現(xiàn)場高音喇叭發(fā)出聲響警報“高壓危險，注意安全”的語音提示，主機同時將報警信息（包括塔名、位置、危險距離值）通過公網(wǎng)或自建網(wǎng)發(fā)送給相關管理人員，管理人員可以直接進行遠程喊話提示，或與電力110實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)處置。此時觸發(fā)高清視頻差異化分析系統(tǒng)，自動拍照、視頻采集分析，通過3G、無線WIFI、光纖等網(wǎng)絡向監(jiān)控中心在線傳輸現(xiàn)場實時圖像視頻。

當中心接收到來自前段的預警信號和拍攝照片時，會聯(lián)動計算機上的視覺圖像差異化分析，通過設定好的入侵對象模型，智能判定物體的種類，分析其行為發(fā)展軌跡，并將結果發(fā)送至值班人員的手機當中，把破壞行為分析數(shù)據(jù)自動錄入智能識別庫中，不斷進行積累學習，當積累到一定的數(shù)據(jù)后，利用大數(shù)據(jù)對破壞行為進行挖掘分析，統(tǒng)計典型特征，協(xié)助線路運維人員更加精準的了解多發(fā)地帶、物體種類、破壞行為等。系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場情況可調整物體越過初始警戒值后進一步靠近高壓線時的多檔報警值，便于管理人員評估物體高危動作風險，采取緊急應對措施。開發(fā)架空輸電線路雷達防外力破壞系統(tǒng)，為日后線路防外力破壞的工作提供了有力輔助，解決了目前行業(yè)防外破系統(tǒng)的普遍問題，提升架空輸電線路防外力破壞工作的管理水平，并從根本上創(chuàng)新防外力破壞系統(tǒng)工作的整體思路。

3 系統(tǒng)技術原理

新型架空輸電線路線上單元防外力破壞系統(tǒng)計劃由觸發(fā)、告警、分析、記錄四個方面組成，每個部分能夠獨立工作，完成自身功能同時還能實時保持與其他部分的聯(lián)動。在正常情況下不啟動記錄、分析、告警功能，其他模塊處于待機狀態(tài)，便于最大限度的降低整體功耗，達到節(jié)電效果，并可以有效延長系統(tǒng)的使用壽命，使系統(tǒng)運行更穩(wěn)定。

線上單元可采用對地雷達去實時采集扇形區(qū)域內的各項運動參數(shù)，因為現(xiàn)場可能會因為導線舞動和弧垂變化，造成對地垂直距離的測量發(fā)生偏移，針對此情況，系統(tǒng)設計采用三維度重力加速度傳感器，計算其發(fā)生的偏移角度，計算垂直和水平距離，準確定位物體位置以及高度參數(shù)。

供電系統(tǒng)可采用線上單元取電，由電流互感器采集實時變動電流，通過電流控制系統(tǒng)，平穩(wěn)電流輸入單元電池內，完成儲電，由電池完成單元供電。線上單元內可設計采用導線測溫傳感器，實時與運動參數(shù)一起輸入給塔上監(jiān)測分機，采用短波形式與分機進行交互，完成線上采集匯總輸送。

由于雷達裝置在現(xiàn)場部署時正對地面，其監(jiān)控區(qū)域屬于扇形區(qū)域，這樣在兩級桿塔之間可以幾乎全部涵蓋涉及的范圍。以現(xiàn)場情況分析，如果監(jiān)測區(qū)域僅限于兩級塔之間的垂直范圍，造成的結果將是，即使發(fā)現(xiàn)異常狀況，事故也已經(jīng)發(fā)生，雷達觸發(fā)報警為時已晚。所以基于此類狀況，要起到預防作用，必須在物體未到達垂直范圍時就要監(jiān)測并產(chǎn)生喊話和警燈警示。針對這種情況，可在系統(tǒng)的前端設計采用三塊雷達，組成監(jiān)測前中后三個范圍，其中前后為斜面監(jiān)測，三塊雷達之間的夾角預示其監(jiān)控視角，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行自由設置達到最佳監(jiān)視。當物體移動至前后雷達監(jiān)視區(qū)域時，裝置捕獲到斜面測量距離，通過斜面與垂直夾角，計算出物體的垂直高度，通過預警判定模型分析得出即將出現(xiàn)的危險，如果超過安全距離，判定模塊會迅速將預警信息發(fā)送至集中控制單元，單元將信號快速聯(lián)動發(fā)送至前端喊話與警燈裝置，警示裝置以聲音和燈光震懾現(xiàn)場，起到預防作用。如果入侵物體在報警發(fā)出后仍舊堅持通過垂直區(qū)域，系統(tǒng)將標志事件已發(fā)生，并智能將報警信息區(qū)分為“物體進入預警區(qū)域但事故未發(fā)生”和“物體突破預警區(qū)域事故已發(fā)生”兩種。

4 結論

本文針對電力線路易遭到外物刮拉出現(xiàn)電力事故，闡述了電力系統(tǒng)外力入侵的相關情況，研究了以雷達，激光為探測手段的輸電線路防外力系統(tǒng)，系統(tǒng)由雷達，激光，視頻相關控制模塊構成，可完成針對架空線路常見工程車輛吊臂，線路覆冰，人員攀爬塔桿等常見外力破壞或危害電力安全情況準確報警。

參考文獻：

[1]劉川.輸電線路防外力破壞智能監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].西安大學，2015.

[2]于潔.輸電線路防外力破壞預警系統(tǒng)研究[D].華北電力大學，2015.

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