输电线路雷达防外力破坏的在线监测研究

来永鑫　李英涛　王化伟　秦扬

摘要：由于环境的特殊性，输电线路一般要跨越山川、公路、河流及施工现场等场地，导致输电线路可能会受到诸如树木挂线、吊车碰线、山火等潜在的外力破坏，严重影响输电线路的安全运行。输电线路在线监测技术指的是直接安装在线路设备上能够实时记录设备运行状态特征量的测量系统及技术，是实现状态监测、状态检修的重要手段。下文就对输电线路雷达防外力破坏的在线监测的有关内容进行分析，可供参考。

关键词：输电线路;雷达;防外力破坏;在线监测

1工作原理分析

输电线路雷达防外破在线监测主要通过雷达传感器去进行雷达探测，用摄像机进行监控两种方式去监测区域内的情况。雷达在发现外力入侵就会联动告警系统，告警外力破坏人员，摄像机立刻抓拍图片，及时传送到监控中心，通过短信方式发送到相关人员的手机。工作人员接收到外破信息后，可以及时监控外力破坏情况，同时派人赶往现场进行处理。

2分析输电线路雷达智能防外破系统主要功能

雷达探测到有外力入侵破坏时，立即联动视频监控装置录像上传至监控中心平台，同时向相关人员发短信告警提示紧急处理;两种可选配置：针对线路安全间距的防护，同时针对线路与铁塔的安全防护，对铁塔的防护，可以代替红外报警传感器，减少了误告的情况;具备远程受控视频信号采集、处理和传输功能;具备远程受控变焦、聚焦调整设置功能;具备远程设置图片采集时间间隔的功能;具备对前端设备电源的远程控制功能;具有本地真人语音警示功能，也可以通过电脑麦克风直接向现场进行喊话;具备远程修改、设置设备IP地址功能;采用无线3G/4G通信;支持手机客户端浏览;设备具备防雷击保护功能;供电电源采用太阳能及高性能聚合物锂电池的方式;系统具备体积小、重量轻、拆装简便的特点。

3硬件设计与软件流程分析

3.1雷达模块

雷达信号发射器能发出连续波，在经过三角波形调制器调制后，输出带有监测目标信息的信号f1、f2，然后再由滤波、A/D转换等电路进行信号处理，通过信息传输模块输送到中心处理器。一旦出现外物入侵现象，雷达模块就会把入侵物体的速度和形状等信息传输到监控终端，系统将发出报警警示，最后再经由工作人员确定现场情况。雷达传感器能探测动态检测目标的距离、速度或是否存在等特征。雷达模块发射波与回波间的时间差会产生差频信号，而目标的距离、速度等信息存在差频信号中。雷达技术优势在于可以在一定范围内无死角扫描分析监控。雷达扫描分析使用雷达监控技术手段，可以根据既定的安全范围，所监测的范围为塔基地面和上空的全景范围，完全可以满足监控输电线路对各个空间环境及突发性监控的要求。

3.2视频分析模块

目前的监测手段大多是视频监测技术。一旦有外物入侵的时候，采用摄像头及时捕捉现场画面，用背景差分法原理建立高斯背景模型，对比捕捉到的帧与背景模型，准确判断入侵物体类型，并以现场实际情况进行紧急处理。背景差分法的原理是利用视频背景建模，把监测到的图像帧和背景做差值，然后比较差分值和给定的值，进而确定该像素是否属于背景区域。

3.3DSP模块

信号处理是对系统和外接口工作控制的关键分系统。DSP信号处理系统首先把雷达传感器产生基带信号采样送到DSP，然后经由DSP积累结算雷达信号，提取出目标信息，把目标的方位、距离、速度信息通过接口电路送到视频采集云，与此同时信号处理系统还必须要采样系统的方位信息，最后准确计算出目标的精确方位信息。编码器的性能能够衡量网络视频编码器的实用价值。在编写编码器程序时，通过DSP处理系統完成编写算法，增加编码器实时特性。检测系统首先监测到有外物入侵，然后通过视频模块提取、识别出活动前景图像，判断活动前景有无危险隐患存在，如存在就及时发出警告。一经工作人员发布命令后，系统便开始进行工作，发现有外物入侵之后，雷达系统会监测到外物运动速度及其形状，同时开启视频模块。视频模块对现场进行拍摄、存储，并及时发出警报。报警模块不仅可以警告现场，还能及时通知相关工作人员，到达现场处理情况。

4雷达传感器安装设计研究

4.1雷达发射

雷达探测器经过后端信号处理技术作出处理之后，探测范围可达300-500m，当方位角度在-30°至+30°时信号比较强，探测的精度也很高。所以在安装雷达探测器的时候，-30°至+30°为最佳探测角度范围。

4.2雷达安装设计

在平原地域，杆塔间的距离通常超过300m，塔高超过30m。在基于雷达探测技术的输电线路防外力破坏在线监测系统现场安装方案为：每个雷达探测器的有效范围超过200m，在两边塔杆塔臂中间部位各安装一个雷达探测器，以确保有效的警戒区范围。为了保证警戒区安全效果，必须要根据实际情况对安装雷达的位置及角度进行精确计算。例如，一个220kV导线安全距离是6m，雷达有效探测角是60°，计算出导线的最大弧垂位置，假设悬挂点在同一水平线上，中点必然是最大弧垂点。在最低点10m塔臂位置安装雷达，角度向上倾斜30°，如此一来，在警戒区可以进行最大程度的探测。

5测试

5.1实验平台模拟

为了验证雷达探测的精确度及设计方案的可行性，在一楼顶搭建了模拟雷达测距的实验平台。在墙上距离地面1m处，向上倾斜30°固定雷达传感器，实验员模拟外力入侵。

5.2测距实验

在测距实验中，雷达采用三角波调制信号，调制电压范围为0.5-4.5V，调制信号频率为100Hz，雷达传感器端输出信号处理使用频率为3kHz，放大20倍的二阶高通滤波器放大器，得到了DSP处理后的频谱信号，并从中可以得知：探测距离越远，差频越大。

5.3速度测量实验

连接好雷达监控装置，启动小车从雷达防外力监测系统雷达口经过，在行驶一段路程之后进入测速段，通过雷达探测范围时记录行驶速度，便于和雷达测速系统测量数据进行比较。

6结语

根据智能电网建设的发展及应用，结合输电线路的特殊地理环境和输电线路防外力破坏的发展，本文主要分析了输电线路雷达防外破在线监测的基本原理，硬件设计与软件流程，雷达传感器安装设计以及测试的有关内容。监测系统的不断发展还需要有关人员的不断努力，相信在未来，输电线路的外力破坏问题能够等到更好的解决，以促进电力事业的健康持续发展。

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