高壓輸電線路視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的探討

　　摘要：　隨著電網(wǎng)容量的不斷壯大，對(duì)輸電線路的運(yùn)行監(jiān)測(cè)也越來(lái)越困難，輸電線路運(yùn)行狀態(tài)和故障的隱患與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的矛盾漸漸凸顯。本文根據(jù)作者多年的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)高壓輸電線路視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行以下幾方面的分析。

　　關(guān)鍵詞：輸電線路,在線監(jiān)測(cè),系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1　輸電線路運(yùn)行監(jiān)測(cè)方法的發(fā)展?fàn)顩r

　　人工巡視是使用最久的輸電線路巡視方法，隨著輸電線路規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這種傳統(tǒng)的巡線模式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上輸電線路安全生產(chǎn)的需要。部分地區(qū)采用直升機(jī)進(jìn)行空中巡視，但其成本較高，且對(duì)局部特殊地形很難達(dá)到需要的巡視精度。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)輸電線路運(yùn)行維護(hù)的研究越來(lái)越多地采用智能化技術(shù)。通過(guò)先進(jìn)的無(wú)線通信傳輸技術(shù)，結(jié)合前端采集單元實(shí)時(shí)監(jiān)控電力輸電線路與桿塔運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)行綜合分析和預(yù)警。

　　2　本文研究的主要內(nèi)容

　　為提高輸電可靠性和自動(dòng)化水平，研究開(kāi)發(fā)了高壓架空輸電線路視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。絕緣子泄漏電流、雷擊故障定位和安防紅外探頭信號(hào)形成自組網(wǎng)絡(luò)并整合統(tǒng)一成網(wǎng)際協(xié)議信號(hào)，為后續(xù)項(xiàng)目實(shí)施擴(kuò)容作準(zhǔn)備。

　　3　架空線路視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　3.1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　高壓架空輸電線路視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多個(gè)裝設(shè)在輸電線路桿塔上的線路終端設(shè)備和1個(gè)線路監(jiān)控主站構(gòu)成。LTU 與線路監(jiān)控主站之間通過(guò)無(wú)線路由器接入供電局現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)絡(luò)的綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。高壓架空輸電線路視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　應(yīng)用軟件遵循規(guī)范化、模塊化的原則，按照數(shù)據(jù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理層和人機(jī)界面層3層次軟件模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)提供面向?qū)�業(yè)的數(shù)據(jù)采集和處理、圖形和報(bào)表的輸出、Web服務(wù)、監(jiān)視、報(bào)警、查詢、維護(hù)等自動(dòng)化系統(tǒng)基本應(yīng)用軟件服務(wù)。系統(tǒng)軟件平臺(tái)運(yùn)用專(zhuān)家模型進(jìn)行分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，子系統(tǒng)對(duì)氣象、覆冰、線溫、雷電、污閃和工況等數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行分析和預(yù)報(bào)，滿足行業(yè)規(guī)范和應(yīng)用要求。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮系統(tǒng)的擴(kuò)充性和兼容性，將長(zhǎng)期規(guī)劃與現(xiàn)實(shí)需求統(tǒng)一考慮，在實(shí)用的前提下力求先進(jìn)，并便于擴(kuò)充和升級(jí)。

　　3.2　系統(tǒng)主要功能

　　高壓架空輸電線路視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有如下功能：桿塔防盜;桿塔和線路通道危險(xiǎn)點(diǎn)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控;紅外熱像探測(cè);絕緣子污穢(泄漏電流)監(jiān)測(cè);閃絡(luò)定位監(jiān)測(cè);微氣候和風(fēng)偏監(jiān)測(cè);輸電線路舞動(dòng)和覆冰監(jiān)視;有良好的開(kāi)放性，根據(jù)用戶實(shí)際需要配置監(jiān)測(cè)功能;以組態(tài)方式靈活配置監(jiān)控畫(huà)面、系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，方便維護(hù)、使用和升級(jí);采用圖形、表格和曲線等形式顯示輸電線路實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和歷史趨勢(shì);在專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)的支持下，自動(dòng)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，給出輸電線路相關(guān)狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警;通過(guò) Web和手機(jī)實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布。

　　3.3　系統(tǒng)主要組成模塊

　　3.3.1　LTU

　　LTU可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采樣、處理、保存和傳送，其基本配置有攝像機(jī)(紅外網(wǎng)絡(luò)高速球)、絕緣子表面泄漏電流傳感器(典型配置3個(gè)，最多支持同時(shí)配置6個(gè))、絕緣子分布電壓傳感器(典型配置3個(gè)，最多支持同時(shí)配置6個(gè))、桿塔接地線電流傳感器(1個(gè))、溫度和濕度傳感器(1套)、風(fēng)力傳感器(1套)、聲音振動(dòng)傳感器(1套)、耐壓保護(hù)及隔離單元、數(shù)據(jù)采集及高速信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、主控單元核心控制器、無(wú)線路由器、太陽(yáng)能電池及電源管理單元。

　　3.3.2　線路監(jiān)控主站

　　線路監(jiān)控主站主要由通信服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控管理系統(tǒng)、專(zhuān)家系統(tǒng)、畫(huà)面編輯系統(tǒng)和 Web服務(wù)器組成，通過(guò)通信服務(wù)系統(tǒng)采集、積累歷史數(shù)據(jù)，利用專(zhuān)家系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)及其變化趨勢(shì)，評(píng)價(jià)絕緣子和線路運(yùn)行狀態(tài)，必要時(shí)通過(guò)監(jiān)控管理系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

　　3.3.3　傳輸通道

　　由于輸電線路一般建在荒山野外，如果通過(guò)公網(wǎng)(如中國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)、中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng))傳輸信號(hào)，則信號(hào)非常弱或者根本沒(méi)有。另外，對(duì)于有信號(hào)覆蓋的地域，租用公網(wǎng)信道費(fèi)用較高，信息安全得不到保障，而且需要與運(yùn)營(yíng)商協(xié)調(diào)通信維護(hù)問(wèn)題，一般難以找到好的信道。

　　目前，電網(wǎng)光纖通信網(wǎng)發(fā)展迅速，江蘇電網(wǎng)已建設(shè)光纜線路約2500km，并覆蓋各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和地區(qū)，新建光纜以24芯、36芯為主，光通信設(shè)備的傳輸容量達(dá)到2.5GB，各變電站已接入企業(yè)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)。遍布于電網(wǎng)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)是本文的基礎(chǔ)光纖網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)測(cè)信息接入輸電線路鐵塔和變電站的無(wú)線路由器上，然后利用現(xiàn)有的光纖通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至線路監(jiān)控主站，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的高清實(shí)時(shí)圖像顯示。

　　4　架空輸電線路視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

　　4.1　通信規(guī)約

　　輸電線路在線監(jiān)測(cè)終端與主站系統(tǒng)通信的一般約定、數(shù)據(jù)幀格式、控制字定義及格式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和傳輸規(guī)則，適用于高壓架空輸電線路在線預(yù)警系統(tǒng)。

　　4.2　硬件

　　4.2.1　無(wú)線路由器

　　采用Azalea公司的 MRS2000型無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)路由器(內(nèi)嵌無(wú)線局域網(wǎng)鑒別和保密基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全協(xié)議)，其具備獨(dú)特的雙載頻設(shè)計(jì)，適用于網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)和對(duì)單節(jié)點(diǎn)無(wú)線容量要求不高的廣覆蓋部署中。分別采用2.4Gbps和5.8Gbps速率進(jìn)行了半年多的傳輸試驗(yàn)，距離分別為9.2km 和28km，試驗(yàn)結(jié)果表明該設(shè)備采用5.8Gbps速率時(shí)干擾較小，圖像傳輸質(zhì)量較好。

　　4.2.2　紅外網(wǎng)絡(luò)高速球

　　為配合無(wú)線路由器，攝像機(jī)選用遠(yuǎn)紅外高速球與視頻服務(wù)器合于一體的網(wǎng)絡(luò)高速球，輸出為IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻高清圖像信號(hào)。

　　4.3　數(shù)據(jù)庫(kù)

　　采用標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)終端采集數(shù)據(jù)和測(cè)點(diǎn)配置信息等數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)，其中線路-桿塔模型與地理信息系統(tǒng)共用，終端及其傳感器的信息與前置系統(tǒng)共用�？紤]系統(tǒng)持續(xù)建設(shè)后可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多、間隔時(shí)間短從而導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)頻繁更新的情況，以及客戶端查詢數(shù)量多的壓力，采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的存儲(chǔ)方式。

　　4.4　接口

　　根據(jù)有關(guān)規(guī)約和規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了高壓架空輸電線路視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與覆冰計(jì)算分析軟件、輸電線路 GIS、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、雷電定位系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)等的聯(lián)接。主要通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)直接共享、數(shù)據(jù)庫(kù)間接共享可擴(kuò)展置標(biāo)語(yǔ)言數(shù)據(jù)文件格式、本地交換數(shù)據(jù)文件、Web服務(wù)交換數(shù)據(jù)文件、文件傳送協(xié)議服務(wù)交換數(shù)據(jù)文件等多種基本接口方案實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。

　　5　總結(jié)與展望

　　推廣高壓架空輸電線路視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理線路異常情況，有效地解決預(yù)防外力破壞、防盜報(bào)警、防污閃報(bào)警和故障跳閘定位報(bào)警等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)智能化、三維視頻化的運(yùn)行維護(hù)監(jiān)控與監(jiān)測(cè)，提高巡視維護(hù)質(zhì)量，實(shí)用性高，在輸電線路運(yùn)行維護(hù)方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　輸電線路的管理正從傳統(tǒng)粗放式向精細(xì)化轉(zhuǎn)變，隨著檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，輸電線路狀態(tài)檢修也將不斷地成熟和完善。實(shí)施高壓架空輸電線路視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的積累，有利于準(zhǔn)確掌握輸電線路健康狀態(tài)和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，從而最大程度地提高了設(shè)備運(yùn)行維護(hù)和檢修等水平，為建設(shè)安全高效的輸電線路運(yùn)維決策指揮平臺(tái)奠定了基礎(chǔ)。