配电线路的可视化监测系统的设计与实现

徐建军，王云龙，黄 霞，钱子渊，周 桦

（浙江捷安工程有限公司，浙江 兰溪 321100）

0 引 言

对于配电线路的可视化监测系统，其基于地电位安装的配电线路微功耗智能图像温度监测系统，具有重量轻、携带方便、操作简单的特点，能够有效节约人工巡检和安装成本，并保障配电网络的正常、高效率运行，及时检查发现配电线路周围的潜在隐患；同时能大幅度提高配网故障排查的工作效率，能为使用者带来直接和间接的经济利益。

1 国内外关于输电线路可视化监测的应用存在的问题与现状

1.1 输电线路远程监控设备存在的问题分析

（1）输电线路通道都是处于野外，因此基本都不具备有适合用于监控前端设备的低压电源。（2）监控区域受限。常用的监测用枪机，一般用来监视通道情况，镜头无法缩放和旋转；球机虽然具备云台，可以各方向旋转监控，但是实际使用过程中，现场电源根本无法满足球机不间断巡视的功耗要求，所以常常只能固定在某个方位监控，最终效果与枪机差不多。（3）主动预警能力较差。目前，球机大多采用自身的移动侦测等手段进行防外破分析，如果球机自身在转动时出现误报，效果将较差。（4）可靠性低。太阳能电池板长期在户外工作，容易出现积灰、破损等情况。塔上设备安装附件众多、连接线很长，在野外复杂环境下，非常容易出现故障[1]。

1.2 输电线路的可视化监测系统的应用现状

国外研究机构目前还是采用传统的太阳能3G/4G通信的在线监测解决方案，但针对配网系统可视化技术的研究，目前还没有相关的案例。国内研究单位针对当前的输电线路在线监测技术的研究虽然已得到普遍的推广，并达到了一定的监测效果，但是并不能完全满足实际需求。因此，如何突破输电线路监测系统的现有技术瓶颈，实现更有效的图像监控及预警，完善系统的通信方式和供电方式，实现监控系统的全区域覆盖，满足配电线路巡检的要求，是未来配电线路在线监测技术的发展的关键。

2 配电线路可视化监测系统的设计

2.1 取能电源的设计

在线路电压正常时，互感器可使在线监测设备正常运行，而在线路出现故障断电时，互感器不足以为在线监测设备提供足够的功率，为保证其正常工作，必须设计一个合适的电源为负载供电，防止因线路故障导致监测数据丢失，其设计也是关键问题之一。

2.2 取能装置的保护电路设计

考虑输电线路可能出现故障，或者雷击等情况，会有过电压或大电流冲击，为防止对取能电路的破坏，保证系统的长期稳定正常工作，合适的保护电路设计也是项目关键问题之一。

2.3 智能化图像分析系统设计

常见的图像前景与背景检测方法主要有帧间差分法、光流法以及基于背景模型的方法三大类。帧间差分法是通过对视频序列中相邻图像之间进行差分操作，利用相邻图像间的差异进行目标检测，运行速度快，计算量小，但是不能够将目标的所有特征都完整地提取出来，容易使得检测结果出现空洞现象。光流法是利用运动目标随时间推移所具有的光流特性进行的，利用位移向量光流场对基于物体轮廓进行跟踪计算，实现对目标有效提取和跟踪。基于背景建模的方法是通过对视频流进行实时的背景建模，将当前图像与检测出的背景图像进行差分操作，从而分离出前景运动物体的技术。这种方法可以反映背景随时间的动态变化，提供较完整的特征数据。

2.4 研究温度实时监测预警设计

温度安全预警系统通过温度传感器获取线路和金具的温度信息，实现数据采集、数据存储、温度信息标准、温度信息展示、系统报警、对比分析及统计报表短信提醒等功能。平台提供对原始、采集数据信息的查询，并通过计算形成年、月、日的各种报表。监控平台基于浙江捷安工程有限公司自主研发的软件开发平台，通过业务模块的开发，实现系统的各个功能，具有数据库兼容功能和强大的数据分析功能，可以保证系统的稳定运行。真友好的用户界面、强大的分析功能及完善的故障报警确保了输电线温度安全预警系统的完全可靠和稳定运行。

2.5 其他项目设计

（1）地电位安装等电位设备结构设计。参考配电线路故障指示器带电安装工具的结构进行优化设计，以达到重量轻、安装便捷及安装作业安全可靠的目的。（2）后台软件功能设计，主要包括终端设备参数设置及管理、图片展示、设备状态展示、历史数据统计查询、用户账号管理及微信公众号的设计。通过这些设计，能够实现终端设备参数设置及管理、异常报警信息及图像展示、所有设备状态及异常设备展示、历史图片信息查询和统计、历史异常报警信息及图像数据查询和统计及设备异常报警信息查询和统计等强大功能。

3 配电线路的可视化监测系统的实现

3.1 感应取电技术

感应取电技术是一种新的能源利用技术，在高压输电线路上利用通过线路的电流产生的电磁场取得低压工作电能，目前已逐步在输电线路监测产品上得到了应用。采用感应取电技术供电的监测设备，可以获得更高效的电源供给能力，具有短路电流的冲击保护和持续大电流保护能力，能适应各种负荷的电力线路[2]。

3.2 输电导线地电位安装结构

感应取能电源需要从输电导线上获取能量，所以一般直接安装在输电导线上，与高压输电线路处于等电位状态。输电导线本身具备一定的承载能力，在导线上安装的大多为电力金具，如线夹、防震锤、间隔棒等。这类设备长期运行在输电导线上，技术成熟可靠，因此本项目将结合电力金具的安装方法，为感应取电方式的在线监测设备设计一种简便可靠的地电位安装等电位设备的安装工具[3]。

3.3 EH技术应用

输电线是一个工频电场和磁场能量非常密集的区域。可以利用微电子技术、低功耗技术以及能量管理技术收集线夹或者开关柜及户外接点等测温点中的电磁能，并将其能量转化为无线温度传感器所需之电源。将EH技术应用于输电线回路的无线测温，解决了传感器的能量需求问题，使得传感器摆脱了对传统电池的束缚，体积更小，寿命更长，可靠性更高，安装更方便，维护更简单，产品更环保，技术更先进。

3.4 图像分析技术

由于输电线路的特殊性，需要将监测画面中的输电线路本体背景、通道背景等作为背景建模的依据，对其进行准确建模，从而减除不感兴趣的复杂背景。这可以使后续处理过程的注意力集中到前景目标上，即外力破坏物体的闯入，可以减少计算量，大大简化图像理解、目标跟踪等问题。

4 结 论

国内输电线路在线监测技术的应用是在移动通信网络普及后，大多数厂家的监测装置一般安装在杆塔上，供电电源采用了太阳能板与蓄电池的组合电源，或太阳能和风力混和充电模式。远程通信传输方式主要是使用通信运营商的移动无线通信网络传输，通过GPRS网络传输现场图片信息。由于4G网络的普及，也实现了现场的视频信号回传。