輸電線路雷達防外力破壞的在線監測研究

來永鑫　李英濤　王化偉　秦揚

摘要：由于環境的特殊性，輸電線路一般要跨越山川、公路、河流及施工現場等場地，導致輸電線路可能會受到諸如樹木掛線、吊車碰線、山火等潛在的外力破壞，嚴重影響輸電線路的安全運行。輸電線路在線監測技術指的是直接安裝在線路設備上能夠實時記錄設備運行狀態特征量的測量系統及技術，是實現狀態監測、狀態檢修的重要手段。下文就對輸電線路雷達防外力破壞的在線監測的有關內容進行分析，可供參考。

關鍵詞：輸電線路;雷達;防外力破壞;在線監測

1工作原理分析

輸電線路雷達防外破在線監測主要通過雷達傳感器去進行雷達探測，用攝像機進行監控兩種方式去監測區域內的情況。雷達在發現外力入侵就會聯動告警系統，告警外力破壞人員，攝像機立刻抓拍圖片，及時傳送到監控中心，通過短信方式發送到相關人員的手機。工作人員接收到外破信息后，可以及時監控外力破壞情況，同時派人趕往現場進行處理。

2分析輸電線路雷達智能防外破系統主要功能

雷達探測到有外力入侵破壞時，立即聯動視頻監控裝置錄像上傳至監控中心平臺，同時向相關人員發短信告警提示緊急處理;兩種可選配置：針對線路安全間距的防護，同時針對線路與鐵塔的安全防護，對鐵塔的防護，可以代替紅外報警傳感器，減少了誤告的情況;具備遠程受控視頻信號采集、處理和傳輸功能;具備遠程受控變焦、聚焦調整設置功能;具備遠程設置圖片采集時間間隔的功能;具備對前端設備電源的遠程控制功能;具有本地真人語音警示功能，也可以通過電腦麥克風直接向現場進行喊話;具備遠程修改、設置設備IP地址功能;采用無線3G/4G通信;支持手機客戶端瀏覽;設備具備防雷擊保護功能;供電電源采用太陽能及高性能聚合物鋰電池的方式;系統具備體積小、重量輕、拆裝簡便的特點。

3硬件設計與軟件流程分析

3.1雷達模塊

雷達信號發射器能發出連續波，在經過三角波形調制器調制后，輸出帶有監測目標信息的信號f1、f2，然后再由濾波、A/D轉換等電路進行信號處理，通過信息傳輸模塊輸送到中心處理器。一旦出現外物入侵現象，雷達模塊就會把入侵物體的速度和形狀等信息傳輸到監控終端，系統將發出報警警示，最后再經由工作人員確定現場情況。雷達傳感器能探測動態檢測目標的距離、速度或是否存在等特征。雷達模塊發射波與回波間的時間差會產生差頻信號，而目標的距離、速度等信息存在差頻信號中。雷達技術優勢在于可以在一定范圍內無死角掃描分析監控。雷達掃描分析使用雷達監控技術手段，可以根據既定的安全范圍，所監測的范圍為塔基地面和上空的全景范圍，完全可以滿足監控輸電線路對各個空間環境及突發性監控的要求。

3.2視頻分析模塊

目前的監測手段大多是視頻監測技術。一旦有外物入侵的時候，采用攝像頭及時捕捉現場畫面，用背景差分法原理建立高斯背景模型，對比捕捉到的幀與背景模型，準確判斷入侵物體類型，并以現場實際情況進行緊急處理。背景差分法的原理是利用視頻背景建模，把監測到的圖像幀和背景做差值，然后比較差分值和給定的值，進而確定該像素是否屬于背景區域。

3.3DSP模塊

信號處理是對系統和外接口工作控制的關鍵分系統。DSP信號處理系統首先把雷達傳感器產生基帶信號采樣送到DSP，然后經由DSP積累結算雷達信號，提取出目標信息，把目標的方位、距離、速度信息通過接口電路送到視頻采集云，與此同時信號處理系統還必須要采樣系統的方位信息，最后準確計算出目標的精確方位信息。編碼器的性能能夠衡量網絡視頻編碼器的實用價值。在編寫編碼器程序時，通過DSP處理系統完成編寫算法，增加編碼器實時特性。檢測系統首先監測到有外物入侵，然后通過視頻模塊提取、識別出活動前景圖像，判斷活動前景有無危險隱患存在，如存在就及時發出警告。一經工作人員發布命令后，系統便開始進行工作，發現有外物入侵之后，雷達系統會監測到外物運動速度及其形狀，同時開啟視頻模塊。視頻模塊對現場進行拍攝、存儲，并及時發出警報。報警模塊不僅可以警告現場，還能及時通知相關工作人員，到達現場處理情況。

4雷達傳感器安裝設計研究

4.1雷達發射

雷達探測器經過后端信號處理技術作出處理之后，探測范圍可達300-500m，當方位角度在-30°至+30°時信號比較強，探測的精度也很高。所以在安裝雷達探測器的時候，-30°至+30°為最佳探測角度范圍。

4.2雷達安裝設計

在平原地域，桿塔間的距離通常超過300m，塔高超過30m。在基于雷達探測技術的輸電線路防外力破壞在線監測系統現場安裝方案為：每個雷達探測器的有效范圍超過200m，在兩邊塔桿塔臂中間部位各安裝一個雷達探測器，以確保有效的警戒區范圍。為了保證警戒區安全效果，必須要根據實際情況對安裝雷達的位置及角度進行精確計算。例如，一個220kV導線安全距離是6m，雷達有效探測角是60°，計算出導線的最大弧垂位置，假設懸掛點在同一水平線上，中點必然是最大弧垂點。在最低點10m塔臂位置安裝雷達，角度向上傾斜30°，如此一來，在警戒區可以進行最大程度的探測。

5測試

5.1實驗平臺模擬

為了驗證雷達探測的精確度及設計方案的可行性，在一樓頂搭建了模擬雷達測距的實驗平臺。在墻上距離地面1m處，向上傾斜30°固定雷達傳感器，實驗員模擬外力入侵。

5.2測距實驗

在測距實驗中，雷達采用三角波調制信號，調制電壓范圍為0.5-4.5V，調制信號頻率為100Hz，雷達傳感器端輸出信號處理使用頻率為3kHz，放大20倍的二階高通濾波器放大器，得到了DSP處理后的頻譜信號，并從中可以得知：探測距離越遠，差頻越大。

5.3速度測量實驗

連接好雷達監控裝置，啟動小車從雷達防外力監測系統雷達口經過，在行駛一段路程之后進入測速段，通過雷達探測范圍時記錄行駛速度，便于和雷達測速系統測量數據進行比較。

6結語

根據智能電網建設的發展及應用，結合輸電線路的特殊地理環境和輸電線路防外力破壞的發展，本文主要分析了輸電線路雷達防外破在線監測的基本原理，硬件設計與軟件流程，雷達傳感器安裝設計以及測試的有關內容。監測系統的不斷發展還需要有關人員的不斷努力，相信在未來，輸電線路的外力破壞問題能夠等到更好的解決，以促進電力事業的健康持續發展。

參考文獻

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