智能视频预警系统在输电线路防外破中的应用

陈怡　孙晓斌　冯璨　曾云飞　邵瑰玮

摘要：近年来输电线路外力破坏事故频发，输电线路防外力破坏已成为线路运行工作的重中之重。利用现代技术手段对电力杆塔和远距离输电线路实施智能监控和预警，是保证输电线路安全可靠运行的重要措施。文章从系统目标、系统基本结构和系统功能实现和应用等方面介绍了输电线路智能视频预警系统，并分析了该系统在输电线路防外破中的作用。

关键词：输电线路；防外力破坏；智能视频预警系统；外力破坏事故；远距离输电 文献标识码：A

中图分类号：TM726 文章编号：1009-2374（2016）03-0036-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.019

随着社会外部环境的变化，输电线路外力破坏事件近年来不断攀升。由于外力破坏故障本身的特性，跳闸后重合成功率较低，往往造成线路故障停运。根据国网统计数据，2009～2013年由于外力破坏造成的330kV及以上输电线路跳闸2779次，仅占总跳闸次数的32.1%，见表1；而外力破坏造成的停运次数达到1405次，占停运次数的43.8%，见表2。由此可见，防护区内违章建筑、超高树木，大风刮起的异物以及线路下方大型的机械、吊车等特种车辆的施工作业等外破事件已成为线路故障停运的首要原因，对电力企业造成巨大经济损失，对电网安全运行构成极大威胁，无形中增加了各级电力公司在防外破方面人力和车辆的投入。

输电线路在线监测系统引入为防外破工作开拓了新的技防思路，不过，近几年国内应用较为普遍的监测装置，通常需要人工后台实时监控，存在可靠性差、工艺落后、稳定性不足等问题。本文采用的智能视频预警系统，能够以动态实时视频监控和报警的模式，让管理人员第一时间了解监测点的现场信息，实现24小时全天候监测的目的，有效减轻巡视人员的劳动强度，提高线路安全运行水平。

1 系统简述

输电线路防外力破坏智能视频预警系统在输电线路视频监控系统的基础上进行了深度升级，将智能视频分析技术创新应用于该系统。当预警系统探测到现场产生外力破坏行为时，立即启动现场语音告警系统，同时抓拍现场照片并录像，将报警信息及现场图片通过3G/4G/OPGW等网络传输到监控中心，监控中心的管理系统自动将报警信息及图片通过短信/彩信的方式发送到相关工作人员的手机上，并即刻采取相应措施，阻止破坏性行为继续发生。该预警系统的特点在于能够根据不同的现场环境，设定触发条件启动报警录像，使得防外破监测更加实用化、智能化，对于外界因素造成的破电力设施破坏性故障起到根本性的预警效果，将事故发生率、事故危害性降至最低。

2 系统基本结构

输电线路防外力破坏智能视频预警系统主要由五部分组成：电源系统、无线传输系统、前端探测系统、智能视频分析系统和后台监控系统。系统结构见图1：

2.1 电源系统

电源系统由太阳能电池板、蓄电池、电源控制器三部分组成；本系统一般安装在户外的输电杆塔上方，现场无可供交流电源，通常采用太阳能供电。因此，选择适当功率的太阳能电板、合适容量的蓄电池并配以低功耗的设备，对于保证系统可靠运行，减轻前期施工安装、后期检修维护的工作量起到关键作用。

2.2 无线传输系统

对模拟视频信号进行数字化压缩处理，转化为便于在移动通信网络、互联网上传输的视频流；近年来基于MPEG-4编码标准的视频解压缩方式以其高效的压缩比、高度的分辨率被广泛应用于网络视频会议、网络视频监控、数字电视等领域，尤其是采用MPEG-4格式，在现有的CDMA、移动4G等无线传输带宽下，能够提供较高质量的视频服务，并在基于无线技术的视频监控领域获得广泛应用。

2.3 前端探测系统

由视频采集单元、紫外火焰探测模块、激光探测模块、雷达探测模四部分组成，能够实现有效探测范围内的外力破坏行为的采集功能。

2.4 智能视频分析系统

整个前端装置的大脑，负责前端装置各模块的故障检测与复位、视频流的采集与压缩、外力破坏行为的识别与报警以及与监测中心软件平台的信息交互；针对视频处理单元接收的摄相机视频信号进行分析处理，实现异常状况的智能识别和自动判断，将处理后的信号通过无线网络传送至后台监控系统。

2.5 后台监控系统

输电线路防外力破坏智能预警系统的核心，由主站和客户端构成，其中主站系统应用国网公司《架空输电线路在线监测系统通用技术条件》《输电线路状态监测系统技术规范》等规定的通讯规约，采用浏览器/服务器模式（B/S），集成了高速访问的大容量数据库系统、WEB发布系统、视频监控系统和彩信报警系统，具备多参数预警、数据处理等功能，实现了现场实时数据的收集分析、状态告警等信息的展示，并对前端系统进行控制和管理。

3 系统的功能实现

3.1 限高检测

3.1.1 设计目标。防外破用电子限高检测装置，必须准确地检测出外物是否符合限制高度，一旦车辆或树木等外物接近超过允许高度接近输电线路时，检测设备能够自动触发告警系统，第一时间启动声光示警设备，同时将报警信号传输至后台监控通知相关巡视人员，性能应稳定可靠，尽量减少漏报和误报的情况发生。

3.1.2 基本原理。限高检测的主动探测装置采用激光入侵探测器，主要由激光发射装置和激光接收装置构成。前者由激光发射器、可調制激励电源及相应的方向调整机构组成，后者由激光接收器、光电信号处理器及相应的支撑元件组成。该系统可装置在防护区域的进入端（一侧杆塔）装设激光发射机，定向发射激光束通过光学反射器或直接射向探测区域。在探测区的接收机（对侧杆塔）将接收的光信号转换成特征信号，并经鉴别器处理。显示绿灯时表示信号正常，继续保持监视状态；显示红灯时表示有外物遮断光束，信号失常同时发出报警信号。

3.2 异物检测

3.2.1 设计目标。输电线路异物检测系统的首要功能就是利用图像处理技术和差异化算法，正确地分析处理监控图像信息，显示可视化结果，报警处理危险的目标；其次，检测系统应根据阴晴、雨雪等天气变化，自动更新动态图像对比所需底图，并使用图像增强技术过滤掉不利因素，从而减少误报率。该系统能够通过安装在杆塔横担上的高清摄像机实时监控重点区域内输电线路导线、绝缘子及金具的异物、舞动和覆冰等重大隐患预警，保障线路安全运行。

3.2.2 基本原理。该系统主要通过图像预处理、目标识别和GUI逻辑三个重要模块实现预期目标。图像预处理模块对摄像机采集到的监控图像存在的噪声使用图像去噪算法予以消除，针对大型车辆、施工机械造成的相机抖动问题使用图像配准技术检测并纠正，同时使用图像增强算法对图像的边缘特征、灰度特征等重要信息进行增强处理。目标识别模块基于图像分割法、边界提取和图像数学形态学实现监控图像中的目标提取。GUI模块能够实现设置报警条件规则、画定监控区域、更换底图和识别结果展示，为视频监控云台启动报警提供判定依据。

3.3 入侵检测

3.3.1 设计目标。入侵检测装置主要用来防范线路杆塔盗窃行为。由于盗窃分子在塔下通常做缓慢移动，该装置应能够通过监测移动物体靠近检测区域的行为或者一段时间间隔内移动物体在杆塔附近指定区域内的活动情况，判断是否存在偷盗行为触发报警信号。运行人员收到预警信息后，通过后台监控系统远程遥控摄像机，进一步确定目标行为，防范人、车等运动目标非法闯入。

3.3.2 基本原理。入侵检测利用被动红外探测和雷达探测相结合的原理设计检测装置，并利用CPU单片机判断人体目标行为。被动红外技术能夠根据某立体防护空间内热辐射的变化判断该监控区域内入侵者活动，移动物体与背景物体之间的红外热辐射能量变化可转化为电信号，并触发报警信号。雷达探测器采用了高频微波探测技术，探测器能够根据移动物体与雷达之间径向相对运动产生的多普勒频移判断目标是否存在。为降低误判，仅当被动红外及雷达探测同时触发时，CUP才会启动报警信号。此外，被动红外探测装置能够有效探测监控区域内火焰，并立即触发报警，能够有效检测输电线路走廊及周边火情。

4 系统的应用及成效

4.1 应用要求

4.1.1 不影响输电线路的电气性能，该装置应满足交流线路电晕和电磁波干扰的要求。

4.1.2 不影响输电线路的机械性能，该装置不能变为线路结构的薄弱点，并造成结构方面的隐患。

4.1.3 应当充分考虑线路高空作业人员安装环境受限，安装方式应简单方便，牢固可靠。

4.1.4 应能长期稳定运行，适应雨雪等恶劣天气，无需外接电源，免日常维护。

4.1.5 数据传输方式及存储方式符合标准，便于视频监控数据统一管理。

4.2 应用范围

依据架空输电线路在线检测系统通用技术条件的规定，视频监控点通常布置在以下线路区段：火灾隐患多发区、外力破坏易发区、通道树木速生长区、偏远不易到达区域、线路施工危险点以及缺陷易发点等重点区域。

4.3 成效分析

智能视频预警系统为输电线路防外破工作提出了一种高效的解决途径，在减少运行人员防护工作量、提升防护效率、降低外破发生几率方面能够起到积极作用。目前，防外破智能视频预警系统已成为各大电力公司防线路外破工作的重要辅助手段，并取得良好效果：

4.3.1 实时监测，及时预警，中断外破行为发生，避免事态的进一步扩大，降低了外破事件发生的概率。

4.3.2 相比人工巡查，该方式仅需增加前期设备资金的投入，一定程度上缓解了当前电力企业面临的结构性缺员问题，弥补了巡视力量不足无法现场实时盯防的短板。

4.3.3 提高了输电线路运行工作质量和智能化水平，减少了外破跳闸次数，使电网更加安全可靠。

4.3.4 提高了运行工作效率，降低了运维、巡视工作量，并且监控终端能够反复利用，拆装简便，可根据现场需求即时转移，提高资金利用效率，减少闲置浪费。

4.4 应用情况

2014年，菏泽供电公司开展了输电线路智能视频预警系统试点安装，并根据输电线路实际情况，先后在220kV新发线48#、57#杆，220kV菏白I线35#、42#等30余处需要重点监测的线路区段配置了限高检测、异物检测和入侵检测装置。

该套系统自投运以来，能够有效监测导线飘挂物、大型机械车辆的闯入，并及时触发报警信号，警示信息报送准确率近9成，大大减轻了重点监视区域巡视人员的防护压力。截至目前，共发现违章大型机械施工38次，异物隐患13次，违章建房9次，线下烟火预警5次，发现并制止电力设施被盗3起，有效预防了因吊车碰线、异物短路引发的线路跳闸，确保了输电线路的安全运行。下一步，运行单位将按照季节性和线路区域特点，根据安全隐患重点盯防区域动态调整布点，提高视频预警系统的利用效率。

5 结语

输电线路防外力破坏智能视频预警系统的应用，可以有效控制因外力破坏行为引发的故障停电，进而减少故障处理及后续工作产生的人员与资金投入，对降低输电线路运维成本起到积极作用。实践表明，输电线路运行人员周期性巡视与技防手段相结合的防外破方法，既能发挥巡视人员根据环境变化制定防护策略的优势，又能弥补防护人员紧张不能实时盯防的缺点，对危急线路安全的事故隐患做到早发现早制止，使得输电线路安全情况可控、能控以及在控得以实现。

参考文献

[1] 刘广州，吴翔，任启俊.远程可视监控系统在输电线路防外破中的应用[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2011，（1）.

[2] 王晓希.特高压输电线路状态监测技术的应用[J].电网技术，2007，（22）.

[3] 邹建明.在线监测技术在电网中的应用[J].高电压技术，2007，（8）.

作者简介：陈怡（1987-），女，中国电力科学研究院中级工程师，硕士，研究方向：输电线路运维检修、电网智能巡检装置。

（责任编辑：陈 洁）