基于雷达原理的架空输电线路防外力破坏系统的研究综述

沈阳工程学院 于杰承 高 阳 李东阳

基于雷达原理的架空输电线路防外力破坏系统的研究综述

沈阳工程学院 于杰承 高 阳 李东阳

目前由于电力线路的地理位置和环境条件的特殊性，会给供电公司及电力用户带来不可预估的经济损失，也会对电网可靠安全、人员生命财产构成了很大的威胁。本文针对架空输电线路防外力破坏系统的工作原理，及设计方案进行了阐述，对系统内部所应用的雷达原理及系统各部分功能进行了总结，架空输电线路走廊进行各类外力破坏的防御工作极其重要，能够极大程度的避免电网的损坏，为电力系统提供了可靠的安全性、经济性，其应用前景极为广阔。

防外力；雷达；声光报警；智能系统

0. 引言

近年来，随着社会经济的快速发展，城市建设规模的不断扩大，公路，铁路，管道网络，改进和完善各类大型施工机械设备的地区电力设施保护得到了广泛的应用，但因为电力线路所在地理位置与环境问题的特殊性，在时刻威胁设备安全可靠运行此类事件除了会给供电公司及电力用户带来不可预估的经济损失，也会对电网可靠安全、人员生命财产构成了很大的威胁，造成很坏的负面影响，由此可见对架空输电线路走廊进行各类外力破坏的防御工作极其重要，本项目通过对先进的在线监测技术、通信技术进行研究，构建输电线路外力破坏监测、预警系统[1]，实现对外力破坏隐患点进行实时、远程监测，及时掌握隐患点的施工情况，当影响输电线路安全运行时，远程发出预警信息并通过短信及时告知线路运维人员，以便及时制止外力破坏行为。

1. 国内外发展概况

国外目前，行业中针对架空输电线路的防外力破坏系统也存在不少，比较常见的一种系统名称为“视频防外力破坏监测装置”。是一种远程视频采集传输系统，通过安装在杆塔上的摄像机采集周边的图象信号、再经无线或有线方式远传到监控中心，实现监控中心对杆塔环境的实时观察，掌握杆塔、突发事故点周围环境变化。

其工作原理是在输电线路杆塔上架设一部工业摄像机，利用摄像机24小时不间断对现场情况进行画面监视，此类系统另一个核心部件为图像移动侦测感知模块，该模块利用图像差异原理，对比摄像机高速画面前后两帧间是否存在差别，将差异点框选出来，并标注在视频图像的一个完整帧中，当一组画面帧重叠起来播放时，我们就会发现此外来物会被跟踪监视[2]。

2. 系统前端装置工作原理

前端装置的电源采用感应与高性能电池相结合的方法。数据采集采使用高精度雷达测距和三位加速度传感器测倾角以及高精度温度传感器测量导线温度的方式。主控板收集完所有相关参量后，结合判定模型确定进入监视区域种类，得出结果值后上送至后台系统，通讯方面我们采用了低功耗GPRS或3G模块向监测中心发送数据。

前置系统中安装于现场的智能监控装置，具有多目标识别跟踪、危险行为判别、干扰事件过滤、危险告警事件追溯、记录存档等实时智能监控功能；其安装于现场的智能监控装置，当判定现场发生外力破坏危险事件时，自动触发现场声光报警，并向用户PC/ MP端发送告警信息[3]。

3. 硬件部分系统设计

3.1 H.264视频报文的网络实时传输

与MPEG-2视频推出了H.26x和编码技术相比，它具有高的图像质量和编码效率高的优点。然而，编码过程的计算复杂度非常高。如何降低计算复杂度，提高编码速度是H.264视频处理技术实现的重点和难点。本项目将三个方面研究实现H.264网络视频编码技术：H.264视频编码算法优化；DSP系统中视频编码应用的硬件加速；H.264视频信息网络实时传输。

3.2 H.264视频报文的网络实时传输

本文使用网络开发工具包实现了RTP／RTCP实时网络传输协议，主要包括TCP／IP网络协议栈的配置和使用，以及实现基于RTP／RTCP协议的应用服务。在网络应用的基础上，对视频编码器进行性能进行测试，检验视频编码器的实时效果；完成了进行数据完整性测试，验证了视频编码器的准确性。检测结果表明本文研究和实现的视频编码器具有良好的实时性和稳定性。

3.3 高效跟踪太阳能电池板工作原理

太阳能电池板自动跟踪控制系统由PLC主控单元、传感器和信号处理单元、光伏模块、电磁机械运动控制模块和电源模块组成。系统由可编程逻辑控制器PLC单元、传感器检测和信号处理单元、光伏模块、电磁机械运动控制模块、系统电源模块组成，通过PLC控制和监控程序、PC监控和数据处理程序控制整个系统运行[4]，使系统能始终保持太阳能电池板和光照的垂直，使其最大化地接收太阳能，则能充分利用丰富的太阳能资源，保证视频设备的供电可靠。

4. 软件部分系统设计

4.1 数据管理展示实现机制

分析代理服务器：接收原始采集量与结果值，并对结果进行二次校验，由于导线弧垂具有一段持续性的规律变化，所以可以通过历史数据筛选个别突变的异常数据。在分析服务器上录入现场数据变动的规律参考，如导线下方出现异物的特征；异物轨迹变动时的报警关联。

4.2 主备工作模式

监测装置的核心部分即中央处理器，是监测装置的大脑，如果发生故障将直接导致设备无法工作。从计算机服务器双机备份的角度出发，将设备主处理单元等设计为主备智能的工作模式，当核心主处理器发生故障时，智能切换到从处理单元，并且无缝切换，保障设备的正常运行。核心模块的配置信息存储在公众的记忆中，当备份模块开始，对工作模块的工作结构和工作参数的自动加载，不需要重新配置。

4.3 完善的现场覆冰视频监控功能

采用H.264视频处理技术实现现场清晰覆冰连续视频和图像的采集、录像功能。

采用全方位无盲点工业摄像机，对导线、杆塔、线路走廊及周围环境进行全方位监控，能够在后台看到清晰、流畅线路视频[5]；线路管理人员在后台人员可远程控制摄像机视觉方位，能够对现场覆冰状况进行远程录像和危险关键点图像抓拍[6]。

5. 结论

研究该系统可对输电线路自身以及周边状况进行实时监测，便于值班人员实时了解现场状况；可以对现场出现的入侵行为迅速进行声、光信息警告，震慑违法违规行为，起到及时制止的作用；对地监测雷达可以有效测量出经过监视区域物体的高度和移动速度，以此来判定外力入侵的物体类型；本系统前端监测装置属于线上单元，在单元内部植入了温度测量传感器，可实时监测导线温度，结合导线增容计算模型，给出线路增容建议[7]。由此可见该系统研究对架空输电线路走廊进行各类外力破坏的防御工作极其重要，其应用前景极为广阔。

[1]冯尧,苑舜,董鹤楠,张佳斌.储能系统在微电网谐波抑制中的应用[J].东北电力技术,2017(2):1-4.

[2]党伟,赵树野,许云飞,曹阳,刘海波.一种改进的线损分摊计算方法[J].东北电力技术,2017(2):52-56.

[3]董光哲.输电线路防外力破坏综合监测与预警系统的研究[D].华北电力大学,2013.

[4]于洁.输电线路防外力破坏预警系统研究[D].华北电力大学,2015.

[5]王国胜,张声圳.输电线路防外力破坏监测系统的研究[J].陕西电力,2013(8):64-67.

[6]黄少雄,黄太贵,程栩.智能变电站信息一体化平台建设方案研究[J].东北电力技术,2012(2):21-24.