基于输电线路在线巡视系统的智能预警系统研究

叶辉　廖志斌　李庆兴　吴翔　吴伟

摘要：随着市场经济和科学技术的不断发展，我国电力系统不断完善，电力科学技术也获得了较快发展。现阶段我国工业的快速发展对于电力的需求量越来越大，电力企业为了满足市场的需求，必须要不断提升自身运营水平，提高断输电线路的安全性和可靠性。文章对基于输电线路在线巡视系统的智能预警系统进行了研究。

关键词：输电线路；在线巡视系统；智能预警系统；电力系统；智能电网 文献标识码：A

中图分类号：TM726 文章编号：1009-2374（2016）26-0013-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.007

随着我国电力企业的不断发展，智能电网已成为电力行业新的发展方向，高压输电线路逐渐增多，输电线路途经的地理环境复杂、气候多变，这就增加了输电线路故障发生的可能性。为了保证电力系统稳定安全、高效运行，必须不断加强电力系统中输电线路的巡视工作。传统的人工巡视工作量大、效率低，当发生地质灾害时人工巡视难以实现。为了弥补人工巡视的不足，电力人员综合运用可视监控技术、红外线的监控技术以及光纤通信技术，研发了基于输电线路在线巡视系统的智能预警系统，以实现对输电线路工作状态和故障的实时、全面监测，为输电线路的检修和维护提供依据。

1 基于输电线路在线巡视系统的智能预警系统工作原理

输电线路在线巡视系统的智能预警是采用可视监控、红外成像等技术，实现逐塔配置代替人工巡视，并采用OPGW光电分离和EPON通信技术实现海量数据传输过程，实行分级结构的系统。以下针对电力系统中的输电线路在线巡视结构以及智能预警系统的原理进行分别阐述：

1.1 输电线路在线巡视结构

输电线路在线巡视结构主要分为三个部分：光纤通信网络、杆塔终端系统以及后台主机系统。光电分离技术和通信技术的光纤通信网络可以实现红外图像信息以及可见视频图像的传输。杆塔终端系统包括六个模块，分别为可见视频监控模块、红外感知模块、杆塔功能模块、红外成像模块、杆塔终端机模块以及气象监测模块。它主要用于实现监测数据的采集和处理。后台主机系统主要用于实现网络以及全线杆塔终端设备的统一管理、调度、控制工作，并记录控制中心的相关数据信息和操作状况，当出现故障时进行警告，防止意外事故的发生。

1.2 基于输电线路在线巡视系统的智能预警系统原理

在输电线路在线巡视系统基本结构的基础上，利用光纤通信网络采集的可见光视频图像、红外图像等监测数据，构建智能预警系统。智能预警系统基本工作原理，输电线路根据输电任务进行结构分级，杆塔的终端主机位置为第一级，主要用来对输电线路是否存在故障进行初级判断；第二级位置为后台主机系统，主要用来对输电线路的故障类型进行准确判断。

输电线路在线巡视系统中杆塔终端将的测量单位将采集的信息传输至杆塔终端主机，输电线路正常情况下，杆塔终端主机通过ONU定时向后台主机发送数据信息。杆塔终端主机中央处理单元通过监测信息的分析对比，当发现异常时会向后台主机传送警告信号，同时将连续采集视频或者红外图像的信息上传至后台主机的命令传送至测量单元，为后台主机系统的故障分析提供信息基础，比如采用图像差分法对可见光视频或者红外图像识别比较。后台主机接收到预警信号，预警信号的接受以图像识别为基础，采用综合分析法以及系统建模，将系统上传的实时监测数据进行分析，判断输电线路是否存在故障以及故障类型，比如一些自然灾害，台风、地震、雷击等对输电线路机器设备产生影响时，可以根据在线巡视智能预警系统反馈的监测画面以及数据分析，及时针对输电线路状态进行预警。

2 智能预警任务

输电线路在线巡视系统的智能预警系统可以通过单杆塔终端采集的监测数据进行故障的识别和判断，也可以通过多杆塔终端采集的数据信息进行故障类型的识别和判断。输电线路在线巡视智能预警的基本信息单元为单杆塔终端数据采集和处理。它所承担的任务主要分为数据的预处理、故障判断、知识库的管理、结果执行以及学习能力等，以下针对这五个任务进行详细说明：

2.1 数据预处理

输电线路的每个杆塔都装设多个测量设备，分别负责可见光视频图像、红外探测信号、红外图像以及微气象数据的采集工作。智能预警系统第一级目的在于红外图像和可见光视频图像进行常规图像的预处理，按照一定的格式组织进行数据的监测，将数据传送给后台主机系统。

2.2 故障判断

杆塔终端主机中央处理单元将红外图像、可见光视频图像信息进行综合判断输电线路的故障的初步判断。后台主机系统通过对各项检测数据的综合分析，例如采用模板配算法、阈值目标提取算法和纹理识别算法等，实现输电线路故障类型的判断，加以运用层次分析法和模糊理论实现对输电线路故障判断的精准度。

2.3 知识库的管理

故障判断算法规则、历史数据整理存储均属于知识库的内容。知识库的管理是针对知识库内容的录入、修改、删除等操作，以实现系统根据线路故障的诊断情况进行预警处理及检修后形成新的算法规则，同样可以利用用户手册进行知识库的管理。

2.4 结果执行

确定输电线路的故障类型后，后台主机会根据故障类型发出警告信号，并将故障的位置和类型等相关信息以短信形式发送至相关工作人员的手机上。

2.5 学习能力

智能预警系统由于具备一定的学习能力，可以实现以往检修的相关数据以及结果进行判断，使得其环境适应能力不断增强。杆塔终端安装的检测设备类型进行更新时，要及时对故障的算法规则进行修改，以增强故障异常判断的准确率。

3 预警系统故障判断方法

在线巡视智能预警系统在故障判断过程中，需要综合利用各种故障判断方法。以下针对图像差分法和输电线路覆冰综合算法进行详细说明：

3.1 图像差分法的故障异常算法

位于杆塔终端主机的中央处理单元式智能预警系统的第一级判断单位。第一级判断单元根据红外图像和可见光视频图像进行输电线路是否出现故障的初级判断，这一判断过程不要求对故障类型进行精准判断，图像差分法具有运算量小、易于实现的特点，所以在第一级判断单元采用图像差分法。图相差分法运动目标的检测是根据相邻两帧图像之间的显著性差异的判断实现的。最常用的图像差分法是两帧差分法。该方法具有算法简单、实用性较强的特点，但运动目标的检测的精准度不高。两帧差分法检测的运动目标包括真正的运动目标和变化的背景区域两部分，所以在自然条件比较恶劣或者光照过强时，此法不宜采用。由于输电线路所处的地理位置条件复杂、自然环境条件多变，所以本文提出了一种更加适用于输电线路的图像差分算法，即三帧差分算法。它与两帧差分算法相比，虽然算法的难度有所增加，但是可以减小图片背景变化对线路故障异常的判断，提高了故障判断的准确性。三帧差分算法是对连续的三帧图像做前后两帧差分图像进行相与运算，根据图像运动变化的检测和识别及时向后台主机传送故障异常预警信号。

3.2 输电线路覆冰综合算法

输电线路覆冰是影响电网安全运行的重要问题之一。常用的输电线路覆冰在线监测方法忽略了微气象和导线覆冰之间的联系，针对导线覆冰判断精准性不足，所以现在多采用以图像监测方法为基础，利用在线巡视系统检测为气象参数和红外图像，采用模糊算法提出了综合算法。综合算法是利用图像识别和处理技术，对采集的图像和无覆冰模板图像进行区域像素数比值的计算。输电线路采用像素比值、风速、温度、湿度作为描述输电线路覆冰情况的因素。利用模糊评判法判断输电线路是否覆冰，具体操作：（1）将影响输电线路覆冰的四个因素设为一个因素集X={X1、X2、X3、X4}，分别代表像素比值、温度、风速、湿度；（2）评语集设为V={1、2、3、4}，对每一因素的状态进行描述。A=（a1、a2、a3、a4）为因素集中各因素在综合评价中所占的比重；（3）对于上述四个因素求出因素评判矩阵R，R的元素表示对因素的评价等级所占的比重；（4）对评判空间（X，V，R）进行综合评价，等到因素集X的最后综合评价结果B=A*R=（b1、b2、b3、b4）；（5）根据加权法求得v0=，将v0和V中的元素进行比较，根据接近程度判断输电线路是否覆冰。输电线覆冰的综合算法可以实现输电线路的故障异常判断的准确性，为故障类型的精准判断提供了依据。

4 结语

输电线路作为电力系统中的重要工作之一，承担着输电的重要任务。文章对输电线路在线巡视系统的智能预警系统的基本工作原理以及输电在线巡视系统结构进行了详细说明，通过对输电线路的任务以及故障判断方法进行了阐述，可知智能预警系统有效地提高了输电线路的故障诊断的准确性。基于输电线路在线巡视智能预警系统，通过采用图像差分算法和综合算法，以分层结构的方式完成输电线路故障的识别和类型的诊断，可以为输电线路检修和维护提供重要依据，推动了我国电力行业输电的安全性和稳定性的提升，从而推动电力企业朝着健康的方向发展。

参考文献

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[2] 黄远志.输电在线巡视系统的智能预警系统分析[J].中国新技术新产品，2016，（4）.

[3] 叶强.基于输电线路在线巡视系统的智能预警系统研究[J].电力建设，2014，（12）.

（责任编辑：黄银芳）