4G 太陽能全天候監控系統在山區水電站的應用

李世杰

（阿壩水電開發有限公司，四川 阿壩 623503）

1 引言

目前水電站基本采用光纖通信作為主要的通信手段，光纖通信由于造價成本相對較高，安裝時間長、使用維護不方便等，適合于可靠性要求高的網絡系統工程。而4G 無線網絡傳輸具有使用靈活、安裝維護方便等特點，再加上太陽能發電儲能技術的普及運用。4G 太陽能遠程監控系統可以作為水電站有線監控的備用或拓展方式，極大提高了遠程通信和遠程監控的靈活性。

2 4G 太陽能遠程監控系統組成

4G 太陽能遠程監控系統是基于4G 通信網絡的多媒體視頻監控系統。將太陽能作為能源供電的主要模式，給用電設備攝像機提供穩定的電源，使圖像經過視頻壓縮編碼模塊壓縮，通過智能無線通信終端發射到4G網絡，實現視頻數據的交互、發送/接收等功能。可以通過各種終端遠程查看視頻監控畫面、實時監控管理[1]。太陽能電池組件把白天吸收的太陽能轉變為電能，并通過充放電路等控制器將存儲在蓄電池中的電能提供給各種負載。該系統主要由高清網絡攝像頭、太陽能電池組件、太陽能控制器、儲能蓄電池、機箱支架等組成。4G 太陽能無線視頻監控系統原理見圖1 所示。

圖1 太陽能視頻監控系統原理

2.1 高清網絡攝像機

高清網絡攝像頭是一款搭載4G 模塊的高清球機，可實現遠程無線傳輸。內置4G 物聯網卡，存儲卡，可實現視頻實時傳輸、視頻存儲，支持光學變焦，360°旋轉，具有遠程紅外、夜視功能 。視頻監控系統中，高清網絡攝像機選擇非常重要，需要根據具體使用場景、使用要求，選擇合適的高清網絡攝像機。

2.2 太陽能電池板

太陽能電池板是太陽能供電系統中的核心部分。其作用是將太陽的輻射能量轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，用于供給網絡攝像機使用，使用中根據負載大小，選用合適的太能電池板。在實際運用中，太陽能電池板要具有抵抗各種惡劣天氣條件，包括劇烈的溫差變化、潮濕、大風、以及冰雹的撞擊。

2.3 太陽能控制器

太陽能控制器是用于太陽能發電系統中，控制太陽能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給太陽能逆變器負載供電的自動控制設備。它對蓄電池的充、放電條件加以規定和控制，并按照負載的電源需求控制太陽能電池組件和蓄電池對負載的電能輸出。太陽能控制器控制整個系統的運行狀態，同時為各種負載提供與之相互匹配的電能（電壓和電流）并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用，延長蓄電池的使用壽命。

2.4 蓄電池

蓄電池主要存儲由太陽能電池板轉化過來的電能，白天蓄電池給負載供電，同時太陽能組件還給蓄電池充電，晚上或者陰雨天負載用電全部由蓄電池供給。蓄電池的選用，主要根據負載大小和可靠性要求進行配置。運用在山區地方的太陽能蓄電池容量選擇，至少要保證在無太陽的情況下，使用2~3 d，確保供電可靠性。

2.5 機箱支架

太陽能供電系統安裝在攝像頭立柱上，機箱內安裝蓄電池、控制器、光端機、終端盒，機箱具有保溫層，確保蓄電池工作溫度。機箱支架應安裝牢固，適應室外惡劣天氣條件下的使用。

3 4G 太陽能全天候監控的特點與運用優勢

3.1 4G 太陽能全天候監控的特點

采用太陽能獨立供電，無線傳輸；組件靈活，小巧，方便安裝與組網；交直流供電方式，滿足多種負載用電的需要；安全性好，維護費用少，造價低。實現快速安裝，施工時間短，投入低，效果好。可以擺脫山地、森林、河流、開闊地等特殊地理環境的限制，無須考慮電源線及通信光纜的布線和施工問題，解決布線工程周期長，施工成本高昂甚至根本無法實現的困難。

3.2 4G 太陽能全天候監控的運用優勢

4G 太陽能無線監控系統采用清潔能源太陽能供電，環保節能，不消耗市電，能起到節約能源的作用。利用先進的視頻遠距離無線技術，使無法或者不方便得到電力供應的地區遠程不間斷全天候視頻監控。無需敷設電源線、施工周期短、安裝方便、不受地里位置限制、維護成本較低。使用靈活，建設成本低，無需產生電費，在山區小水電站具有一定的推廣價值。

4 4G 太陽能全天候監控系統在山區水電站的應用場景

4.1 輸電線路隱患監測

傳統的輸電線路巡檢模式勞動強度高，工作條件惡劣，且效率低下，無法實時掌握輸電線路的運行情況，特別是在極端天氣下，增大了輸電線路的運行風險。山區水電站送出線路一般環境比較惡劣，輸電線路運行保障很困難，為消除輸電線路目視巡視的“盲區”，采用電力4G 太陽能全天候攝像機，擴展和完善了輸電線路狀況采集、歷史圖像查看、線路異常提醒等功能，可以實現全天候、全覆蓋、全方位對輸電線路及塔基的視頻監控。對于優化架空線路的監測模式，防范輸電線路地質災害，起到了十分重要的作用。

4.2 森林防火監測

森林火災的發生與氣象特點及地理地質條件存在密切關系。山區電站的輸電線路途經區域樹木、植被生長茂密，秋冬季節極易發生森林火災。一旦發生森林火災將造成電網設施設備損毀和大面積停電外，還會造成重大人員傷亡和財產損失。基于當前政府對森林防火的要求級別越來越高，森林防火日常監測顯得尤為重要。山區輸電線路一般處于偏僻地帶，山高路遠，在日常的巡查維護中，即使以一周一次的巡查，也需要耗費大量的人力物力。在人為巡查過程中，還可能存在不及時、消極怠工等情況，因而采用高科技手段實現巡查監管消滅禍患于萌芽中已凸現其必要性。

輸電線路森林防火監控系統，采用4G 高清網絡攝像機+攝像頭+太陽能供電組合，將監控點附近的相關視頻實時回傳至監控中心，可實時了解輸電線路林區狀態，如有隱患或火災，可第一時間發現并采取相應措施，起到預防火災的目的。

4.3 河道流量監測

4G 太陽能河道流量監測系統主要用于河道流量和水位的監測，特別是對于山區小水電站，支流和沖溝眾多，水文站未完全覆蓋，可以作為中小型水電站水情測報系統的冗余系統，也可以單獨使用。遙測終端采用超聲波流量計和雷達水位計，采用高清攝像機，并將流量和水位信息疊加到視頻畫面上，利用4G 網絡進行無線傳輸，可以在手機端和電腦端實時監測數據、查詢歷史記錄、遠程控制等。

特別是在汛期，4G 太陽能河道流量監測系統作為水情測報系統的重要組成部分，提高了水情信息的精準度，對于指導防洪度汛、水庫調度具有十分重要的作用。

4.4 水庫水位監測

引水式水電站由于廠房和大壩分離，大壩和廠房之間普遍采用光纖進行通信。由于山區水電站所處的區域地質災害頻發，地震、泥石流等自然災害對通信設備極易造成破壞。特別是在汛期，站點至閘首的通信光纜有被落石砸斷，導致監控及工業電視中斷的風險，遠程集控中心監控系統無法實時監視閘首庫區水位。

4G 太陽能庫水位全天候監測攝像頭、利用4G網傳輸，移動終端+PC 終端顯示、采用太陽能供電，具備遠紅外功能，可全天候監測庫水位，極大保障了汛期水庫安全運行。

4.5 地質災害監測

每年汛期，山區容易發生山體滑坡、泥石流等地質災害，對水電站水工建筑物及泄洪河道構成了重大安全威脅。為確保水電站汛期安全、穩定運行，提高防災、減災的能力。運用科技手段監測地質災害風險點，十分必要。

基于4G 太陽能供電的監控系統可以很好解決地災監測面臨的問題，一是采用4G 無線網絡傳輸，不需要敷設光纜；二是利用太陽能供電，可以很好解決無法供電的問題；三是安裝選址方便、靈活，可以根據需求靈活設置監測點位。特別適用于山區水電站大壩、庫區、行洪河道、塌方體等重點隱患監測部位。

5 該系統在山區水電站的應用實踐

5.1 4G 太陽能庫水位全天候監測在電站的運用

柳坪、雅都電站位于阿壩州黑水河流域，兩站地處四川省阿壩州黑水縣，地質災害頻繁。特別是在汛期，給兩站安全運行帶來了一定的風險。基于4G太陽能供電庫區全天候水位監測系統。一是解決內部光纖中斷情況下的無線視頻傳輸，確保了集控中心對大壩的安全監視；二是解決電源中斷情況下的水庫水位監測，提升監測手段的靈活性，降低水庫安全運行風險；三是提高了汛期防災減災的能力。

5.2 4G 太陽能庫水位全天候監測系統組成

該系統由海康威視高清攝像機、太陽能電池板，儲能蓄電池以及支架組成。太陽能電電池板最大發電功率為120 W，電池容量60 AH，可支持高清攝像頭在陰雨天氣無法充電情況下使用1~2 d。柳坪、雅都電站4G 太陽能庫水位全天候監測系統如圖2 所示。

圖2 4G 太陽能庫水位全天候監測系統

5.3 4G 太陽能庫水位全天候監測系統效果

該系統可支持手機終端和電腦終端同時監控，與有線的工業電視攝像頭功能基本一致，支持遠程操作，攝像頭旋轉、變焦，視頻錄像、存儲功能，遠程紅外功能可實現24 h 全天候監視。提升了電站應急情況下的監測手段，提高了應急保障能力，降低了閘首光纖中斷帶來的水庫安全運行風險。4G 太陽能庫水位全天候監測系統效果圖如圖3 所示。

圖3 PC 端遠程視頻畫面

6 結語

4G 太陽能無線視頻監控系統是4G 技術在水電站的運用，作為有線工業電視遠程監視的冗余系統，提高了遠程視頻監控的可靠性和靈活性，同時也是水電站科技興安，防災減災的重要智能化設備，在中小型水電站安全運行中發揮著十分重要的作用。