輸電線路防外力破壞智能監控系統的應用 李興亞

邵超磊 張永剛 熱西丁·拜克力 青松 陸丙軍

【摘 要】隨著人們生活水平在不斷的提高，對于用電的需求在不斷的加大，針對日益突出的線路外力破壞問題以及傳統視頻監控裝置存在的短板，提出基于圖像識別技術的輸電線路防大型機械外力破壞監控預警系統。該系統應用混合高斯背景建模實現對大型機械入侵的定向識別，并結合微信平臺實現以需求為導向的分級管控智能推送，建立了線路防外力破壞監控新模式。在佛山地區輸電線路防外力破壞的應用實踐中，該系統實現了24 h不間斷智能監控的要求，大大提高了運維人員對線路外力破壞隱患的監管能力和工作效率，有效減少和預防了大型機械破壞線路事故的發生，為保障線路安全穩定運行提供了技術支持。

【關鍵詞】輸電線路；大型機械；外力破壞；圖像識別；監控預警監控

引言

在輸電線路附近施工的大型機械設備（如吊車、塔吊、泵車等）容易出現誤碰輸電線路引起導線斷裂，造成電力事故和人員傷亡，給輸電線路的安全運行帶來巨大壓力。目前，電力企業一般采用人工巡檢、人員駐守等方式防止輸電線路遭受外力破壞。近年來，一些高校和研究院所采用物聯網技術和新型傳感技術研究輸電線路防外力破壞，出現了視頻監控、激光、磁場檢測和紅外等新型防外破技術的研究和應用。視頻監控技術受監控范圍和有效性的限制，對環境因素要求高，而且不具有安全警示和風險預警的功能；激光技術具有測量精度高的特點，但功耗大，可以有效監控固定方向和距離的外力入侵，具有一定的局限性；磁場監測技術具有成本低、技術難度低的特點，但大型機械設備為金屬材質，對磁場較為敏感，容易產生磁場屏蔽，造成測量精度低、誤報率高；紅外技術僅適用于桿塔附近近距離范圍的防外力破壞，局限于人或者其他紅外發射源的預警，同時受環境影響大，應用限制較大。

1輸電線路外力破壞的形式及特點

輸電線路外力破壞可以分為五大類：線下樹木、違章建筑、違章施工、異物隱患、以及其他形式等。線路保護區內種植的果樹、林木或綠化樹等，都會造成輸電線路的跳閘。線下樹木具有季節性、反復性，難以有效根除。線下新建廠房、搭建簡易房等現象層出不窮。線下違章建筑一般具有長期性、隱蔽性，建成后不易解決，容易發生人身觸電事故。線路保護區內吊車、打井機、挖掘機、頂管機、大型貨車等施工設備碰線或對線路安全距離不足極易造成跳閘。違章施工具有突發性、隨機性、廣泛性，已成為外破的主要原因。經常出現蔬菜大棚薄膜、彩鋼板、風箏、廣告條幅等異物被大風吹起纏繞電力線路導致跳閘。異物外破具有隨機性、廣泛性，不易防范。大風天氣后易發生。其他形式包括線下堆積易燃易爆物品、線下魚塘周邊釣魚，甩魚竿等。

2系統功能描述及結構設計

2.1系統功能描述

智能監控系統設備安裝在線路周邊有大型機械施工的桿塔上，對整個施工現場的情況進行視頻采集存儲、圖像等數據傳輸。監控系統后臺終端對接收到的圖像信息進行實時識別和分析處理，通過設定閥值比對圖像長高比的算法，實現對大型機械的判別跟蹤和預警。一旦系統識別出大型機械闖入設定的保護區，就會觸發警報提示音和預警記錄功能。在未發現大型機械入侵時，系統后臺將根據設定時間定時對視頻進行截圖，并將圖片上傳至云服務器，微信平臺可獲取服務器上的圖片并自動推送給關注企業公眾號的用戶，監控人員通過公眾號對視頻截圖進行查看和判斷，以便實時動態掌握施工現場信息。系統功能流程如圖1所示。

2.2智能監控系統結構

1）塔上監控裝置攝像模塊應用紅外濾片式自動切換網絡攝像機，保證24 h采集畫面質量。采用“一槍一球”的組合配置，球機可實現360°全景查看，槍機固定視角監控重點隱患區域。供電模塊由太陽能控制器、磷酸鐵鋰電池、太陽板和電源轉換模塊組成。太陽能控制器保證系統供電的合理調用，同時能夠對電池充、放電過程進行保護；電池及太陽板組件的選擇結合佛山地區的日照情況，假定負載功率為10 W，負載工作電壓為12 V直流，平均運行時間20 h，無足夠光照最長持續天數5 d，鄰近兩次無足夠光照最長持續天數間的最短間隔天數10 d為標準計算。電池容量CB及太陽能電池板方陣功率P的計算為 式中：A為安全系數，取1.1～1.4；Qd為正常工作下的日耗電量；Dd為無足夠光照最長持續天數；T為溫度修正系數，根據不同情況取值為1～1.2；Hdis為蓄電池放電深度；Ps為系統所需額定功率為50 W的太陽能極板；Ns太陽能電池組件串聯數；Np太陽能電池組件并聯數。經計算，供能方案選用150 W太陽能板1塊和100 AH磷酸鐵鋰電池。通信模塊由工業路由器和4G無線網卡配置組成，以實現圖像的數據傳輸任務。在本系統中采用4G無線傳輸，網絡攝像機將視頻編碼處理后的圖像進行壓縮、封裝后再通過4G無線傳輸模塊傳送至后臺終端服務器。這種通信方式時效性較高，可保證數據傳輸的速度和質量。2）遠程監控后臺終端遠程監控后臺終端采用集中與分散相結合的管理模式。集中管理是指后臺終端接收所有從塔上監控裝置回傳的視頻、圖像、監控設備狀態信息等數據，統一存儲在數據庫中，為數據的集中提取、分析和統計提供支撐；分散管理是指對監控采集到的畫面，通過微信平臺進行分層級、分班組轉發，相關線路責任人只需關注自己管轄的線路情況，針對性強，效率高。

2.3報警裝置的設計

報警裝置采用模塊化設計，包括聲光報警單元、電量檢測模塊、充電保護模塊、RF433射頻模塊、GPRS通信模塊、北斗/GPS定位模塊、電池模塊和MSP430單片機模塊。聲光報警單元主要用于本地報警和狀態指示；電量檢測模塊對報警裝置的電池電量進行檢測；充電保護模塊用于為電池充電，具有過充保護；RF433射頻模塊用于檢測裝置與報警裝置的無線通信；GPRS通信模塊用于報警裝置與后臺服務器的數據通信；北斗/GPS定位模塊用于獲取報警裝置的位置數據；電池模塊用于為報警裝置提供電能。報警裝置安裝有鋰電池，同時能夠進行外部供電，其電池能夠保證報警裝置斷電后工作6h。

3系統應用實踐

某電網目前管轄110～500 kV輸電線路5400多千米，施工黑點達兩百余個。根據近5年的統計，外力破壞跳閘占總跳閘比例40%以上，主要原因是：一方面佛山地處珠三角地區，城市建設發展迅速，施工較多，土地資源緊張，線路密集；另一方面，傳統人工巡視的密度和周期都無法實現對外力破壞的實時管控，存在巨大的安全隱患，且傳統視頻監控誤報多，工作時長不定，維護等資費大，消息推送效率不高。采用本文智能視頻監控系統不僅可以減少誤報，使監控目標更準確，同時信息推送方便快捷、針對性強，且設備本身配置更加合理高效，費用較少，工作運行持久。

結語

輸電線路防外力破壞智能監控系統在佛山電網實際應用及其效果表明，通過智能識別大型機械、分級管控信息推送，解決了傳統視頻監控與生產實際匹配的不足，為線路遠程智能化防外力破壞監控的大規模應用提供了參考和技術支持。該系統實現了24 h不間斷工作，有針對性的智能圖像分析和手機微信自動推送大幅度提高了監管防大型機械外力破壞的效率和質量，提高了線路的運行安全。該系統還將進一步朝著微型化和物聯網傳感數據的方向發展，通過大量的圖像信息、各種監測數據，利用大數據技術，為輸電線路運維策略提供更加全面準確的依據和保障。

參考文獻：

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[2]薛陽，張曉宇，楊天宇，等.輸電線路自主巡檢無人機控制邏輯設計[J].廣東電力，2017，30（3）：94-99.

（作者單位：國網新疆電力有限公司喀什供電公司）