高压输电线路智能带电检测系统设计

张运周

（广东电网公司珠海供电局，广东 珠海 519000）

架空输电线路由于人为破坏或自然的老化等问题，会影响到电网的安全运行和电力系统的稳定。在带电状态下检测输电线路设备状况，对保证电力系统运行的可靠性非常重要。目前，国内外针对架空输电线路绝缘的带电检测技术很多，主要有观察法、紫外成像法、红外测温法、声波法和电场法［1－3］。其中，观察法是一种目前最常用的方法，操作人员利用双筒望远镜在塔下就可完成绝缘子表面缺陷检测，该方法简单实用；紫外成像法用于检测绝缘子表面的局部放电，设备价格极其昂贵；红外测温法所用的仪器较为复杂，而且容易受到阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化的因素的影响；声波法检测是利用绝缘子局部放电所发出的声波，其灵敏度低于红外成像法；电场法对天气等外界环境要求甚低，但还不完善。架空输电线路除了绝缘子故障外，挂点金具、导线端金具、绝缘子销针、线卡、导线等的损坏也会对架空输电线路带来致命的影响，但是大家很少关注这些部件的带电检测，因此，根据高压输电线路带电检测的要求，设计了高压架空输电线路智能带电检测装置并在实际中应用，该装置应用后效果很好。

1 系统设计的功能要求

1.1 数据采集功能

a.图像采集功能，完成对现场关键点图像的采集，通过无线网络将图像实时传输到查看器及主站。

b.受控采集功能，能响应操作员指令，可以实时拍摄图像／视频。

c.良好的抗电磁干扰能力，保证采集图像的可靠性与传输的可靠性。

1.2 图像处理功能

a.图像防伪功能，采集的图像可作为检修证据使用。

b.对原始图像的保存、对比功能。

c.通过对图像的模式识别，具备故障的判别能力。

1.3 存储、通信及其他功能

a.能存储至少365天的检修图像数据及相关报告，无线图像的传输距离在无干扰状态下达到200 m，满足电网公司无线通讯相关要求。

b.低功耗设计，无外接电源独立工作8h以上；车载充电功能手持绝缘杆为伸缩式，方便现场携带与使用；采集器可以安全、长时间接触500kV 带电导线；监测仪采用便携式箱体设计，方便野外工作；装置满足IP65防护要求。

2 系统设计原理及系统网络结构

2.1 系统设计原理

设计原理将可伸缩的绝缘杆连接侦测无线摄像机，放置或靠近各种状态检测点，现场的实时录像通过2.4Gb／s无线传输到无线手持终端，然后通过高速公用网络传送给后台分析计算机网络，专家系统通过对图像处理，能够自动判断出设备关键点的故障类型。

2.2 系统网络结构

高压输电线路智能带电检测系统由以下几部分组成：绝缘杆；便携式摄像头侦测端；无线视频接受器；无线手持终端；后台分析系统。其网络拓扑结构见图1。

a.绝缘杆为可伸缩式设计（或折叠式），可方便杆塔作业使用，长度可根据现场作业使用不同定制，可实现与摄像头侦测端的快速牢固连接。

b.便携式摄像头侦测端由摄像头、2.4Gb／s无线视频发射模块、LED 灯、锂电池、连接万向节、距离指示针、强电场屏蔽层及天线组成，带有电源开启关闭的开关、系统运行指示灯、LED 独立控制开关、锂电池充电接口。便携式摄像头侦测端可以通过绝缘杆放到强电场的空间进行安全、正常作业，可以实现被检测物带电情况下进行直观检查。摄像头侦测端可以安全、长时间接触500kV 带电导线。摄像头侦测端带的LED 灯可根据现场环境的需求独立开启。查看器体积小，质量小，便于携带；能够及时查看采集器实时采集的图像信息。

c.无线视频接受器手由2.4Gb／s无线视频接收模块、天线及锂电池组成，带有电源控制开关、系统运行指示灯、锂电池充电接口。

d.无线手持终端由笔记本电脑、3Gb／s无线视频收发模块、视频采集卡、天线组成。笔记本电脑配备有专业的后台图像处理软件，可实时观测现场摄像头侦测端传送回的图像和视频，还可根据需求随时录像并保存或拍摄图片并保存。

e.后台分析系统是局域网络结构，通过3Gb／s无线网从无线手持终端获取图像或者视频。后台分析系统的核心是专家系统，通过对关键点故障图片的模式识别，分析出故障类型和严重程度；同时，分析系统还有统计功能。

图2为工作人员在塔架上手持绝缘杆通过便携式摄像头侦测端，检测四分裂线路的金具和绝缘子端的状态。图3为无线手持终端笔记本电脑上看到的图像。通过改变绝缘杆方向，可以得到状态观测点的各个角度和方位的图像。

3 系统设计中要注意的问题

a.无线图像的传输距离保证在无干扰状态下达到200m 以上，防止因高压塔上的干扰而是图像传输距离缩减比例。

b.因图像的传输主要是靠天线的质量决定，天线需要设计小巧。

c.配合绝缘杆端的摄像头与无线图像传输器应用，整体机械设计要紧凑、质量小。

d.系统的便携电脑应配备图像编辑软件，可以实时拍摄图像／录像，方便保存现场情况，因在野外使用视频采集与图像接收端，其电池支撑时间应是关键问题，应采用大容量锂电池供电，同时可方便更换电池。

图1 高压输电线路智能带电检测系统网络拓扑结构图

图2 巡检人员对分裂线路的金具进行带电检测

图3 检测系统拍摄的图像

e.设备采用低功耗设计，单组电池最少支持连续现场工作6h以上，同时可使用车载充电功能，连接视频侦测端的绝缘杆应设计为伸缩式或折叠式，折叠性要好，方便现场携带与使用，整套系统装备采用便携式箱体设计，方便野外工作。

4 结论

根据高压输电线路带电检测的要求，设计的这款高压架空输电线路智能带电检测装置，可以实现在500kV 及以下输电线路上的带电检测，做到无线传输视频距离800m 以上，同时能实现检测录像与视频的存储，后台图像分析处理等，适合带电作业的要求。

架空输电线路智能带电检测装置是充分结合线路巡检工人在实际工作中的需求出发设计的，该装置体积小、质量小，便于携带，无线传输图像200 m以上，方便各类野外地形使用，实现了对被观测点的自动对焦，图像清晰（做到距离10cm 观测物表面的灰尘颗粒可以清晰观测到），适合带电高压架空线路检查，电缆沟、光纤盒等狭小空间的检查，节省人力、物力。

［1］夏华东，陈朵朵.交流架空输电线路复合绝缘子故障诊断研究［J］.安徽电气工程职业技术学院学报，2011，16（3）：17－19.

［2］叶根富，周明，李庚银.绝缘子在线检测方法的比较［J］.电力科学与工程，2007，23（3）：37－40.

［3］陈熹.合成绝缘子内绝缘缺陷的探讨［J］.山西电力，2007，（2）：51－53.