一种基于雷达原理的架空输电线路防外力技术

许傲然+田洪芮+王继开+吴仲非

摘 要：本文针对电力线路易遭到外物刮拉出现电力事故，阐述了电力系统外力入侵的相关情况，研究了以雷达，激光为探测手段的输电线路防外力系统，系统由雷达，激光，视频相关控制模块构成，可完成针对架空线路常见工程车辆吊臂，线路覆冰，人员攀爬塔杆等常见外力破坏或危害电力安全情况准确报警。

关键词：电力线路；外力破坏；在线监测

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.146

1 引言

目前，电力行业中针对架空输电线路的防外力破坏系统存在很多问题，例如防外力破坏效果不明显；系统运行中干扰不断；物体种类无法判别；视频一点多控的弊端；外破对象信息不详细；监测模式耗电量大。例如线路运行人员想知道某段线路什么类型的破坏行为最为突出，行为实施者是谁，以便有针对性地采取预防措施，传统的视频监控系统无法做到。因此本文研究了一种基于雷达的架空线路防外力侵入系统。

2 雷达防外力破坏系统

输电线路防外力破坏预警系统，其关键点在破坏行为的触发和分析上，传统方式触发仅依靠摄像机完成，而新型预警系统将触发、分析、记录三大要点分开，优化每个要点的构成，使其独立良好工作的同时，又可以充分的进行互动，弥补传统系统的先天性不足。本装置由激光探头、激光报警控制主机（激光测距模块、分析模块）、雷达模块、雷达控制主机、视觉差异化分析系统、高声响喇叭、警示灯、太阳能电池板、控制器、高性能宽温电池等部件组成，后台系统由管理人员控制手机或计算机组成。

在需要监控的高压线路一端铁塔上安装固定好激光探头、激光报警控制主机、雷达模块、雷达控制主机、视觉差异化分析模块和其它辅助设备。激光探头的激光射线基本水平面对准两塔之间输电线弧垂下5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）位置，雷达监测模块和高清视频差异化分析模块安装距输电线弧垂下5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）位置。当管理人员或监控室通过手机或计算机向系统报警控制主机发布“布防”指令后系统进入工作状态，一旦发生物体接近高压线5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）警戒距离值时触发报警（用户可以根据现场实际情况自行设定初始值或其它档位值），现场高音喇叭发出声响警报“高压危险，注意安全”的语音提示，主机同时将报警信息（包括塔名、位置、危险距离值）通过公网或自建网发送给相关管理人员，管理人员可以直接进行远程喊话提示，或与电力110实现联网处置。此时触发高清视频差异化分析系统，自动拍照、视频采集分析，通过3G、无线WIFI、光纤等网络向监控中心在线传输现场实时图像视频。

当中心接收到来自前段的预警信号和拍摄照片时，会联动计算机上的视觉图像差异化分析，通过设定好的入侵对象模型，智能判定物体的种类，分析其行为发展轨迹，并将结果发送至值班人员的手机当中，把破坏行为分析数据自动录入智能识别库中，不断进行积累学习，当积累到一定的数据后，利用大数据对破坏行为进行挖掘分析，统计典型特征，协助线路运维人员更加精准的了解多发地带、物体种类、破坏行为等。系统根据现场情况可调整物体越过初始警戒值后进一步靠近高压线时的多档报警值，便于管理人员评估物体高危动作风险，采取紧急应对措施。开发架空输电线路雷达防外力破坏系统，为日后线路防外力破坏的工作提供了有力辅助，解决了目前行业防外破系统的普遍问题，提升架空输电线路防外力破坏工作的管理水平，并从根本上创新防外力破坏系统工作的整体思路。

3 系统技术原理

新型架空输电线路线上单元防外力破坏系统计划由触发、告警、分析、记录四个方面组成，每个部分能够独立工作，完成自身功能同时还能实时保持与其他部分的联动。在正常情况下不启动记录、分析、告警功能，其他模块处于待机状态，便于最大限度的降低整体功耗，达到节电效果，并可以有效延长系统的使用寿命，使系统运行更稳定。

线上单元可采用对地雷达去实时采集扇形区域内的各项运动参数，因为现场可能会因为导线舞动和弧垂变化，造成对地垂直距离的测量发生偏移，针对此情况，系统设计采用三维度重力加速度传感器，计算其发生的偏移角度，计算垂直和水平距离，准确定位物体位置以及高度参数。

供电系统可采用线上单元取电，由电流互感器采集实时变动电流，通过电流控制系统，平稳电流输入单元电池内，完成储电，由电池完成单元供电。线上单元内可设计采用导线测温传感器，实时与运动参数一起输入给塔上监测分机，采用短波形式与分机进行交互，完成线上采集汇总输送。

由于雷达装置在现场部署时正对地面，其监控区域属于扇形区域，这样在两级杆塔之间可以几乎全部涵盖涉及的范围。以现场情况分析，如果监测区域仅限于两级塔之间的垂直范围，造成的结果将是，即使发现异常状况，事故也已经发生，雷达触发报警为时已晚。所以基于此类状况，要起到预防作用，必须在物体未到达垂直范围时就要监测并产生喊话和警灯警示。针对这种情况，可在系统的前端设計采用三块雷达，组成监测前中后三个范围，其中前后为斜面监测，三块雷达之间的夹角预示其监控视角，可根据现场实际情况进行自由设置达到最佳监视。当物体移动至前后雷达监视区域时，装置捕获到斜面测量距离，通过斜面与垂直夹角，计算出物体的垂直高度，通过预警判定模型分析得出即将出现的危险，如果超过安全距离，判定模块会迅速将预警信息发送至集中控制单元，单元将信号快速联动发送至前端喊话与警灯装置，警示装置以声音和灯光震慑现场，起到预防作用。如果入侵物体在报警发出后仍旧坚持通过垂直区域，系统将标志事件已发生，并智能将报警信息区分为“物体进入预警区域但事故未发生”和“物体突破预警区域事故已发生”两种。

4 结论

本文针对电力线路易遭到外物刮拉出现电力事故，阐述了电力系统外力入侵的相关情况，研究了以雷达，激光为探测手段的输电线路防外力系统，系统由雷达，激光，视频相关控制模块构成，可完成针对架空线路常见工程车辆吊臂，线路覆冰，人员攀爬塔杆等常见外力破坏或危害电力安全情况准确报警。

参考文献：

[1]刘川.输电线路防外力破坏智能监控系统研究[D].西安大学，2015.

[2]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.

[3]杜金桥.输电线路防外力破坏预警系统[D].华北电力大学，2015.endprint