山火预警技术在输电线路的应用现状

蓝庆仕

摘 要：山火会导致输电线路跳闸，在输电线路中检测山火具有重要的意义和必要性。现在进行山火监测的方法有卫星遥感山火监测技术和传感器网络监测技术两种，儿子分析了各种山火预警方法和各自的算法，并比较了各种方案的优缺点，由于山火的历史数据较少，输电线路的监测环境又比较恶劣，所以要要注重预警模型和相应的算法的配合，山火预警技术要适应于输电线路的运行环境，最后总结了在输电线路中应用山火预警技术中的发展方向。

关键词：山火预警；输电线路；应用现状

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）29-0047-02

我国的电网容易受到自然灾害的影响，山火便是其中之一。现在很多的输电线路架设在高山竣岭，这些地区由于地形较高、气侯条件复杂所以容易引发山火，容易使输电线路跳闸，严重时还会将铁塔烧毁，引起电力事故。如果输电线发生跳闸，重合闸时间较短，但山火的持续时间很长，有的长则十几分钟，如果输电线路中发生山火跳闸，重合闸就失去了作用。输电线路在引发山火时会引起闪络，这主要是由空气热游离、空气密度低、电导率增大以及颗粒受到碰撞等原因造成的。

1 山火导致输电线路跳闸的原理

武汉大学进行试验，将木垛点点燃当作山火的火源，用导线--板间隙进行输电线路的模拟，对山火引起输电线路跳闸的规律进行分析；国外一些国家如澳大利亚、美国、日本、韩国等也针对输电线路在山火条件下的闪络性进行了研究，各个研究结果之间分歧较大。如果发生山火现象，输电线路的击穿电压降低，线路的绝缘程度也迅速下降，导致火焰的温度与电子、固体颗粒发生作用，从而发生线路跳闸。总结起来山火引起输电线路闪络的原因主要有以下几个方面。

1.1 空气的热游离

发生山火时山焰的温度高达1 000 ℃以上，空气在这样的高温下就会发生热游离，地面游离出带电粒子，导线的表面游离子，地面的电荷随着火苗向高处发展，浓烟和微粒使空气的绝缘性变差，空气被击穿后输电线路和地面产生放电。

1.2 空气密度下降

如果输电线路发生山火，空气的密度会大幅度降低，周围的低气压使电线—地面的击穿电压降低，空气被击穿后输电线路就会对地面放电。

1.3 电导率增大

发生山火时灌木和乔木会因为燃烧蒸发出一些水份，这些水份中掺杂着很多盐郭，也会有较多的烟尘微粒，使空气的绝缘性能变差，空气极易被击穿，产生放电。

1.4 颗粒间触碰放电

发生山火时植被燃烧，在强电场中漂浮着已碳化的灰烬。带电颗粒受到高温和电荷的双重作用，火焰引起化学电郭，热游离产生电荷，一起集中到放电通道中产生电弧，空气被击穿。2 卫生遥感技术

一般进行山火监测时，监测人员在眺望塔进行观测，并结合飞机巡航和砍伐输电线路的隔离带的方式，虽然控制了火热的扩散，但是掌握的火情数据不精确，监测成本较高，观测范围和次数也有限，无法及时实施应对措施。随着相关研究和技术的发展，根据山火监测的监测范围，山火预警可以分为两种，一种是卫星遥感技术，这种技术是广域的；另一种是传感器监测技术，这种技术是局域的。

2.1 卫星遥感技术

卫星遥感技术对山火的监测范围较广泛，监测的时间较短，数据的传输速度较快，宏观监测是其突出的优点。一般来说黑体温度越高，辐射波长就与其呈反比。通过探测辐射波长可以对物体的温度进行判断。在卫生或者飞行器上安装红外探测仪，进行热点监测，用遥感技术来对山火进行监测时的算法有固定阈值法、上下文法、火点识别法等。但是卫星上的红外探测器容易受到环境的影响，这些环境因素包括角度、大气层结构、地形等，容易产生假热点现象，产生错误的判断。为了提高监测数据的精确性，研究出了新的算法，如时域动态法、光谱分析法等。

2.2 遥感探火的传统算法

2.2.1 时域动态分析法

此方法将信号的变化规律当作基准值，如果某个信号偏离了基准值，就有可能是危险信号。采用这种算法时数据要取自卫星的历史数据库，从数据库可以获得数据期望值以及数据的变化范围。

采用时域动态分析法进行计算时，通过公式可以判断检测值和历史值的偏差程度。如果检测值与历史数据的偏差程度越大，说明该火点的温度较高，发生火险的机率越大，反之亦然。意大利的山火监测应用此算法，监测效果较好。

2.2.2 火点识别算法

对森林火灾进行探测，要找到温度的异常点，从而得到达到火点的可能值。此方法以阈值为基准值，通过对目标点与背景像元间参数的类别方差与基准值进行比较，如果大于基准值就可以认为达到了火点。运用火点识别算法，可以排除不同的环境对于火点识别结果的影响。

2.2.3 三通道合成法

此法采用专用的图像处理技术来合成三个通道数据，将将数据显示在图像上，这样可以了解火情的情况。用红、绿、蓝三个颜色来代表三个通道，如鲜红代表着火点，绿色代表植被，蓝色代表水体。通过此法可以直接观看地理信息，观测火情更加方便快速，但是对火点的定位不太精确。

2.2.4 上下文火点识别法

上下文火点识别法首先进行预处理，将图像的像元分为六个类型，再用不同波段的数据信息来确认火点。

2.3 卫生遥感技术在我国的应用

我国进行山火监测的卫星有风云系列、美国极地气象卫星、地球观测卫星和MODIS，包括过境时间各不相同的五颗卫星。监测人员接收处理过境图像，可以为山火监测提供火点信息。

2.3.1 NOAA监测林火

NOAA是美国的第三代双星系气象卫星，监测数据的主要作用是进行火灾监测，对火点进行定位，根据监测数据来预测火险的发生概率，并对火灾面积进行估算。NOAA卫星对地面的线性物体没有敏感的分辨率，其最大优点是较高的温度分辨率。NOAA的两个卫星交替作业，一天内可以对同一个地区进行四次观测。

2.3.2 地球观测卫星

地球观测卫星是近太阳同步接轨卫星系统，在卫星上有光学探测设备，设备有36个监测通道。此卫星可以很好的对地貌和地面的物体进行显示，地球观测卫星相对于其他卫星遥感器，具有较好的森林火灾监测能力。

地球观测卫星和上面提到的NOAA卫星的监测速度都较快，监测的面积较大，对于林火的面积可以有比较准确的推测。其中NOAAR的监测周期较短，监测密度高，地球观测卫星还可以监测地面的温度和湿度。

2.4 在输电线路中卫生遥感技术的应用

现在卫星遥感技术进行山火的监测，已经比较成熟了。运用卫星遥感技术，可以及时获得山火点的GPS坐标和火情信息，将卫星遥感放到输电GIS系统，可以对火点附近的输电线路发出预警。

云南电网公司建立了系统的输电线路监测平台，山火监测系统将卫星遥感和现场的在线监测终端进行组合。如果卫星遥感监测出某一地区有发生山火的可能性，输电线路的覆盖轮廓图上就会有红色的预警灯显示，可以看到山火的预警信息，如时间、经纬度、线路、杆塔等，甚至于每个杆塔的覆冰数据都可以掌握。摄像终端可以看到杆塔的实际图像，可以对输电线路进行远程控制。

云南的气象台和森林防火办向云南电网提供森林防火数据，探测范围可以达到半径1.5 km，对于这个范围内的可疑热点都可以探测到。预警系统发出山火预警信号。将警报信息传送到后台，工作人员根据数据可以对预警进行判断，并做出及时的应对策略。

广西电网也采用卫星遥感系统对输电线路的火险进行监测，监测数据由南方卫星遥感中心提供，监测数据具有很大的信息量，包括火情、水情、雪情等，可以对进行沟通协调，以最快的速度来应对火情故障，采用卫星遥感技术已经成功监测了很多山火事件。

3 无线传感技术

3.1 无线传感器的探测量以及传感器介绍

气象会影响山火的发生，在林地地被物的含水率与森林火险的等级有密切的关系，一般含水率越高，火险等级就会越低。风向和风速也会影响林火的扩散程度，降水量越大，对于降低火险也越来有利。

以上这些气象数据可以确定火灾的气象指数、森林的火险指数，并对火热的蔓延范围进行预测。国外的山火研究机构绘制了森林植被可燃性地图，据此来指导当地的山火防治。

火灾探测器可以针对不同的火灾参数进行探测，一般的火灾探测器有感温式、感烟式、感光式、燃烧音、气体式和图像型六种。

3.2 基于局部传感器的输电线路山火监测

传感器的各种监测方法如图像识别、结合微气象和红外热像仪、烟雾探测器和火焰探测器都具有各自的优缺点。其中烟雾探测器的现场监测效果不明显，红外摄像技术可以精确的监测山火。不论哪种方案都要有较强的电源支持，数据传输媒介要可靠，视频传输要采用光纤通讯方式，现在的输电线路山火监测暂时还不能满足以上需求。

4 结 语

通过以上对输电线路山火预警技术的应用介绍，该域的未来研究方向如下：要细化卫星遥感探测的算法，要尽可能排除水洼和假热点；要研究远距离和高精度的探测器，可以在火险发生频率的输电杆塔上设置山火监测终端；要绘制输电线路的火险分布图，建立有效的特征数据库。

参考文献：

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