高壓輸電線實時監控系統安裝

趙東平 葉 青 葉小壯

（國網河南省電力公司洛陽供電公司 河南洛陽 471000）

因為國民經濟不斷發展，隨之電網規模也持續擴張，高壓輸電線路的維護以及運行任務也持續增多，對電網運行的安全性以及可靠性要求也持續提升，而電網外部環境也變得愈加復雜起來，比如高壓輸電線路四周建筑的施工、塔材盜竊、導線上懸掛異物、線路跨越以及導線覆冰等原因造成的電力事故在不少區域頻繁發生。災害的主動預防是最近這些年電網發展的最主要趨勢，在我國的十二五規劃之中提出了建設智能電網的具體要求。當前智能電網也已經變成目前全球電力系統變革發展的最新動向，而且被認為屬于21世紀電力系統的關鍵科技創新與發展趨勢，很多配套電力智能監測系統同樣已經在全國范圍中逐漸應用起來。

最近這些年，為了強化我國電力輸送的安全性，電力行業逐漸開始對智能視頻監控系統進行試點，主導思想是以電力指揮平臺作為核心，且以無線作為輸送信道，選用綠色能源來提供電力保證，依靠智能視頻分析技術，進行事故自動報警以及自主管理，使得維護的成本以及工作量大幅降低，同時使維護效率有效提升，減少了事故地發生。

高壓輸電線路實時監控系統主要的特征為：智能視頻實時監控作為系統核心，形成一套比較完整高效的自動線路巡視以及意外事故自動識別報警系統，確保應急響應的準確性與及時性，降低停電的次數，提高供電的可靠性，減少供電的成本，最終達到生產效率提升的目的。

1 系統的組成

此種監控系統主要是為了實現對于高壓輸電線路的全方位監控，避免鐵塔電纜遭受破壞或盜竊、實時監控電力保護區中的非法施工入侵與占用、電力線路沿線突發的火災與樹木過高之類的報警等，且實時提供各種現場信息狀況。還需要實現視頻信息、氣象溫度等狀況參數的收集、處理以及異常情況的識別報警功能。對此，要在所有高壓線鐵塔上進行高清攝像頭的安裝，對設定區域進行監控，攝像頭收集到視頻信號，依靠無線傳輸方式，傳送至中繼基站，然后數據通過互聯網傳輸至監控中心，最后監控中心針對視頻數據信息進行儲存、視頻內容的智能分析與事故的觸發報警控制，并且在電視墻上實時展示出來。

此系統是由視頻實時監控節點、監控中心與無線通信網絡等模塊構成，其整體構造框圖如圖1所示。

圖1 系統整體構造框圖

2 模塊的設計

2.1 前端視頻實時監控節點

如圖2表示，視頻實時監控節點是在輸電線路中鐵塔上面，其主要實現視頻信號的收集與編碼、氣象與溫度等參數的收集以及遠程無線通信傳輸功能。此節點主要是通過前端視頻實時監控模塊、主控模塊、供電模塊以及采集參數模塊構成。

（1）前端視頻實時監控模塊：對被監測線路實時的圖像信號進行采集，依照實際需求，能夠采取分辨率不同的紅外攝像頭以及高清攝像頭。此監控模塊具備攝像機遠程控制錄像、拍照、聚焦、變焦、調整方位與設定預制位之類功能。使用帶有多方位控制的云臺攝像機、網絡攝像機以及高速球攝像機，能夠完成水平360°，±90°以及0～90°的全方位旋轉。而為了可以給監控中心的智能圖像識別提供方便，一個監控點能夠采取多位置同時設置多部攝像機對視頻進行采集的方案。這樣監控中心就能夠同時獲得節點于某一時間多角度的照片，就能夠為隱患故障的及時掌握提供方便。其視頻采取的是業界最高壓縮率的H264編碼格式，能夠盡可能減少傳輸的帶寬。

（2）采集參數模塊：是由很多參數采集裝置構成，分別對導線的溫度參數、多種氣象狀況、線路的風偏參數、縱向的傾斜參數以及桿塔的橫向傾斜等參數。

（3）供電模塊，供電模塊能為節點裝置提供電力保障。此設計中的供電系統采取的是太陽能供電，其主要依靠太陽能控制裝置、太陽能電池以及蓄電池組件。而太陽能控制裝置作用為對系統整體的工作狀態進行控制，且對蓄電池起到一種過充電保護以及過放電保護的作用。蓄電池作用主要是在有光照之時把太陽能電池組件供出電能進行存儲，直至需要之時再進行釋放。太陽能電池組件屬于太陽能供電系統之中的核心組件，也屬于太陽能供電系統之中最有價值的部分。作用是把太陽輻射的能量轉換成電能，以及送至蓄電池之中進行存儲。

（4）主控模塊，主控模塊屬于視頻實時監控節點控制的核心。其主要的功能為把視頻采集模塊中采集到的視頻信號信息封裝成為IP數據包再通過通信網絡傳輸至監控中心。控制多參數采集模塊對實時監控的參數信息進行采集，且對數據展開過濾分析，掌握到超過報警門限信號之后向監控中心傳輸報警數據與信息。供電模塊控制工作，對供電模塊狀態進行監控，確保節點供電的可靠穩定。作為監控網絡之中的網管終端能夠為監控中心提供管理信息，且響應監控中心中的網管命令，確保通信網絡足夠通暢，還可以實現對多個模塊在線軟件升級。

圖2 前端視頻實時監控節點

2.2 無線通信網絡

因為此系統的主要監控節點都是在野外，所以，一定要考慮到在3G、GPRS、CDMA網絡覆蓋不到的地區進行數據傳輸。此設計之中的所有節點的傳送數據都要以視頻信號為主，所以對網絡傳輸的帶寬需求很大，與此同時因為微波設備對于基礎設施沒有很高要求，而且架設較為靈活，運行成本較低，因此此設計采取802.11的無線網絡組網，所有節點之間都通過數字微波技術來通訊。

無線微波裝置的發射功率比較高，且接收靈敏度較高，能支持相應802，11 b/g/n協議，其帶寬能夠達到300.0 Mbit/s，且凈帶寬要高于30.0Mbit/s，而且還支持相應的802，11n以及MIMO技術。此種無線微波裝置能夠應用在點對點以及點對多點等遠距離通信之中。此種裝置涵蓋無線漫游、無限接力、點對多連接以及點對點連接等全部無線功能，與此同時還包含著QoS、帶寬管理、VPN以及firewall之類功能。與此同時無線微波裝置支持外接天線擴展接口，能夠用于天線增補，提高覆蓋范圍與帶寬。此設計之中的所有監控節點都通過無線網絡進行連接實現數據傳輸功能。監控節點依一定距離在高壓鐵塔上安裝，所有節點通信裝置都能夠完成點對點以及點對多點通信。其網絡拓撲能夠采取樹狀結構，用圖3表示。鄰近的一些監控點構成一個網段，這之中用一個位置比較好的節點來作中繼節點匯集網段中節點的信息數據，利用多個中繼節點構成多條網絡實現數據的傳遞。于多節點長距離的應用場合之下，有條件接入有線網絡的中繼節點可以通過有線網絡與監控中心連接到一起，不然就通過數字微波裝置逐跳接入至監控中心。然后監控中心通信裝置把編碼完成的視頻信息逐節多點地傳輸至監控中心。若是系統之中某一節點通信裝置出現故障，此節點鄰近節點能夠繞過此節點來通信，與此同時向會監控中心傳輸故障報警信息。各監控點的數據都是依靠輪詢的方式進行采集。而輪詢的頻率是由天氣以及節點位置的環境情況等因素來決定，對于不需要上報數據的一些節點裝置能夠受節點控制模塊的控制處在休眠狀態，使電能得到節約。

2.3 監控中心

圖4表示監控中心具體通過監控軟件、服務器、交換機以及通信模塊等構成。監控中心是通過通信模塊收到中繼站傳輸過來的實時監控信息以及網管信息，之后利用交換機把信息傳輸至服務器，再依靠監控軟件來處理保存這些信息。

圖3 無線通信網絡拓撲結構

圖4 輸電監控中心的架構圖

監控軟件屬于監控中心系統管理功能的核心所在。監控軟件主要是實現實時圖像的監測、事件記錄、日志、監測點裝置運行狀態判斷、數據配置轉發、用戶管理、系統管理、功能設置、安全權限管理、歷史數據管理、報警管理與遠程控制等等功能。

監控中心的核心模塊為視頻智能分析系統，此子系統可以把采集到的多種氣象狀況、線路的風偏參數、縱向的傾斜參數、桿塔的橫向傾斜與溫度參數等參數與視頻內容相結合對各個監測點桿塔以及輸電線工作狀態進行智能分析，對多種事件進行實時識別，將識別結果發送至報警控制系統中。

3 總結

此設計主要是對于高壓變配電裝置等設備設計的監控方案。此系統集多種先進技術為一身，表現出目前電網智能視頻實時監控系統的發展水平，與時代發展要求相適應。

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