楊金明，張少成，仲 堅

（江蘇祥泰電力實業(yè)有限公司，江蘇泰州 225300）

在電力行業(yè)中，變電站遠程影像監(jiān)測技術已相當成熟，前端攝像頭、解碼器、服務器等都得到了廣泛應用，并且效果良好，可以看出視頻技術已相當成熟。但是，在野外中，由于受到線路限制，遠距離圖像監(jiān)測發(fā)展和使用還不夠充分，再加上早期太陽能供電技術尚未普及，使得電力系統(tǒng)的遠距離成像監(jiān)測受到了制約。近幾年，隨著科研和生產(chǎn)單位的不斷努力，電力系統(tǒng)遠程監(jiān)測技術迎來全新發(fā)展機遇，通過運用無線網(wǎng)絡、太陽能供電等新技術，對線路狀態(tài)進行遠程監(jiān)測，使操作人員在監(jiān)測中心內便能夠實時地看到線路的全貌，對設備的故障進行檢測與排除，提高了生產(chǎn)效率，保證了設備的正常使用。

1 輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能

1.1 線路危險點周圍環(huán)境的監(jiān)控

輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，長距離電力傳輸?shù)闹饕伪闶禽旊娋€路，因此，輸電線路的安全運行對電網(wǎng)的安全和效益起著決定性的作用。目前，我國輸電線路綿延幾十萬km，分布范圍很廣，線路所經(jīng)過的地區(qū)地形地貌以及自然條件十分復雜，很多線路跨越鐵路、公路、山川河流。因此對輸電線路的巡查和監(jiān)視工作顯得尤為重要，在危險區(qū)域設置監(jiān)測裝置，不但可以減輕員工工作強度，而且可以及時地發(fā)現(xiàn)威脅電力系統(tǒng)的各類危險因素，從而防止因事故而造成的故障。

1.2 防線路偷盜事故

由于輸電線路分布廣泛，而且一般裸露在野外，因此，鐵塔金屬構件、電力設備、電能本身等都成為不法分子的偷盜目標。輸電線路被盜，不僅給電網(wǎng)帶來巨大經(jīng)濟損失，而且還帶來了諸多嚴重安全事故，使人們生命安全受到極大威脅。通過使用線路視頻監(jiān)視，并緊密地與防盜報警器相結合，可實現(xiàn)遠距離報警。全天候監(jiān)控能及時發(fā)現(xiàn)盜竊現(xiàn)象，且現(xiàn)場一旦出現(xiàn)盜竊線路行為會發(fā)出警報聲，從而有效防止盜竊行為。在盜竊事件發(fā)生后，通過視頻監(jiān)控，可以為公安機關提供犯罪線索，使輸電線路的安全得到最大限度保障，從而降低事故發(fā)生。

1.3 防線路覆冰

我國幅員遼闊，自然環(huán)境變化復雜，冬季部分地區(qū)輸電線路覆冰現(xiàn)象十分嚴重，造成線路機械性能和電氣性能降低，極易引發(fā)安全事故。對輸電線路覆冰進行監(jiān)控，可根據(jù)線路上覆蓋冰情狀況采取相應預防措施，減少輸電線路的安全隱患。對于輕量覆冰，可采取調整線路負載、增大電流等措施，以消除覆冰，排除危險。而對于嚴重的冰雪覆蓋，盡管無法馬上得到解決，但是可以通過監(jiān)控錄像及時采取冰雪融化措施，從而使電力系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。

1.4 線路導線舞動、風偏變化監(jiān)控

引起線路舞動的原因眾說紛紜，至今尚無統(tǒng)一觀點。氣象條件、施工條件、線路使用分裂線路等都會引起線路舞動。特別是在輸電線路上進行分割，子導線間會相互影響，使輸電線路舞動更加嚴重。而通過在多條輸電線路上安裝舞動監(jiān)控設備，能夠為研究導線舞動成因提供有價值的參考。同時，在輸電線路上安裝視頻監(jiān)控設備，能夠對線路舞動現(xiàn)象進行實時監(jiān)控，并將線路舞動信息更加準確、清晰、及時地傳遞給操作人員。將視頻監(jiān)控設備與導線舞動設備相結合，實時監(jiān)測線路舞動，可以為控制和研究線路的舞動提供重要數(shù)據(jù)支撐，是進行線路舞動分析的基礎。

2 常見的威脅輸電線路安全運行的行為

（1）在輸電線路保護范圍內，使用大型機械進行施工，如吊車、挖掘機等機械在電線下工作時，由于與電線距離不足，引起線路對機械放電，致使線路短路。因此，在電力系統(tǒng)的保護范圍內發(fā)生大規(guī)模作業(yè)時，應能及時發(fā)現(xiàn)并發(fā)出警報。

（2）未經(jīng)許可攀爬桿塔。輸電線路桿塔、導線、電纜接地引線、絕緣子均壓環(huán)等都是被偷盜的對象，要偷盜這些部件，必然會爬上桿塔，因此有必要對未經(jīng)許可的攀爬桿塔行為進行報警。

（3）山體滑坡威脅線路安全。由于桿塔可能處于易滑坡區(qū)，滑坡對桿塔的安全會構成極大的威脅，因此必須對其進行監(jiān)測。

（4）漂浮物、鳥窩懸掛在桿塔上會威脅線路安全運行。大風過后，輸電線路上往往會出現(xiàn)一些漂浮的物體，需對其監(jiān)視。

3 線路視頻監(jiān)控關鍵技術

視頻監(jiān)控具有較的長發(fā)展歷史，一開始是在大樓、銀行等場所使用，但隨著時間推移，監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸完善，之后電力公司、變電站紛紛采用視頻監(jiān)控。在電網(wǎng)改造中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛應用。雖然將視頻監(jiān)控技術引入到電力傳輸線路監(jiān)控的研究相對滯后，而輸電線路的視頻監(jiān)控技術也有其自身的特點。

3.1 低功耗技術和太陽能供電

視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常都是在輸電線路的桿塔上設置的，如果用電纜線來實現(xiàn)視頻監(jiān)控的話，那么需要耗費的電力和資源就會變得非常昂貴。此外，由于電力傳輸中沒有低壓交流電，因此電力傳輸中的視頻監(jiān)測系統(tǒng)采用的是太陽能供電。視頻監(jiān)控的電源設備是通過太陽能電池板來吸收太陽能，將其轉化為電能，并儲存在太陽能電池中。太陽能電力供應管理系統(tǒng)主要包括太儲光伏組件、光伏控制器、蓄電池和太陽能管理控制電路，為電力傳輸線的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的全部硬件設備提供動力。需要注意的是，在電纜塔上安裝太陽能裝置時，所有太陽能裝置皆不能超過12 V，并且，需將太陽能電池板控制在30 cm×30 cm 內，10～15 W。針對雨雪天氣的不利影響，采用低能耗的晶片，以確保在雨、雪的情況下仍能使用3～5 d。該電力系統(tǒng)采用鋰電池作為能量存儲裝置，為保證其高速充電和放電的前提下，利用兩組鋰電池進行充放電；利用太陽能光伏控制器對兩套鋰電池進行交替充電和放電，既能確保鋰電池的安全、穩(wěn)定運行，又能為嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺供電。此外，在安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)時，應特別留意太陽能裝置的最佳安裝角度及方向，以確保系統(tǒng)的安全，并使其達到最大功率。太陽能系統(tǒng)供電原理圖如圖1所示。輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)整個硬件包括太陽能供電系統(tǒng)和嵌入式硬件平臺兩部分，如圖2所示。

圖1 太陽能系統(tǒng)供電原理

圖2 監(jiān)控節(jié)點硬件結構

3.2 防惡劣環(huán)境技術

由于輸電線路分布廣泛，一些地方的自然環(huán)境十分惡劣，對輸電線路造成極大影響。在這種情況下，如何更好地保護電力傳輸線和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全是一個非常關鍵的問題。因此，在特定區(qū)域內，對線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行抗惡劣環(huán)境技術的研究與應用尤為重要。例如，線路監(jiān)測系統(tǒng)的設備外殼為最基本保護設備，因此，其必須具備良好的防電磁干擾、通風、防水、防銹、防凍等性能。

4 前端監(jiān)控子系統(tǒng)

4.1 攝像機選擇

該系統(tǒng)采用高速球形攝像頭作為前端監(jiān)測子系統(tǒng)，本攝像機能適應各種光照環(huán)境，采集圖像清晰。攝像機設計為高速水平360°無限旋轉、210°垂直旋轉，可進行較大范圍的精密監(jiān)視，且攝像機具有安裝簡單等優(yōu)點，可迅速拆卸。這種特性使得攝像機能夠適應不同的安裝環(huán)境，適合于復雜的環(huán)境和氣候條件下的傳輸線智能視頻監(jiān)測。它本身具有的智能分析能力，能夠滿足普通的智能圖像識別和語音報警需求。

4.2 安裝位置的選擇

該系統(tǒng)采用攝像機可實現(xiàn)15°仰視、210°垂直轉動，并在戶外環(huán)境中容易受到大風的影響而產(chǎn)生振動。所以，在安裝攝像頭時，必須要選擇適當?shù)奈恢?，并依?jù)監(jiān)測目標的不同而選用下列安裝地點。

（1）對線路通道進行監(jiān)視。選擇海拔高度及塔高較高的桿塔，安裝在上橫擔下部的塔腿上。安裝在此位置監(jiān)控范圍最遠，也可預防攝像機抖動引發(fā)后聚焦模糊。

（2）監(jiān)控電線的弧度。選擇觀測檔內呼稱高較高的桿塔，安裝在下橫擔與下相導線弧垂最低點水平線之間中心點部位的塔腿上。

5 線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用

5.1 監(jiān)測外力機械入侵

當前，隨著城市化進程的加速，城市建筑工程也在逐步加強，一些大型工程設備在施工過程中因疏忽而觸電，造成線路短路，嚴重危及電網(wǎng)的安全、供電正常運行，嚴重影響社會生產(chǎn)、人民群眾正常生活。在機械設備進入輸電線路時，線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)能對設備進行定位、分析和跟蹤，在威脅到電力線路安全的情況下，觸發(fā)報警信號，發(fā)送報警信息，能夠有效防止外部機械造成的破壞。

5.2 違章建筑監(jiān)測

眾所周知，在電力線路的安全區(qū)域內，不能建造高層建筑，否則會引起電力線路短路，從而導致電力線路運行失效。通過對輸電線路進行視頻監(jiān)測，可以使線路的操作人員及時發(fā)現(xiàn)在線路邊界處存在的違法建筑物，并發(fā)出預警信號，使工作人員能夠迅速排除故障，使輸電線的安全得到最大程度的保障。

5.3 垃圾堆土監(jiān)測

垃圾堆土、沙土、煤堆等都不能被放入電力線路安全區(qū)域，因為堆土高度和化學成分對電力線路的安全有著極大威脅。當垃圾進入安全區(qū)域后，視頻監(jiān)控系統(tǒng)會及時將圖像和視頻傳輸給處理中心，并對其進行預警，使運行人員能夠及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的對策。

5.4 樹木及異物監(jiān)測

輸電線路下的樹木都在不斷生長，快速生長的樹木也會對輸電線路的安全造成一定影響。另外，風箏、塑料袋等異物附著在電線上，極易引起高壓電線相互放電，導致斷電等故障，通過對高速生長的樹木和異物進行實時監(jiān)測，為電力線路的運行管理提供了依據(jù)。

6 結束語

輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，目前，在智能電網(wǎng)中，通過對電力線路的實時視頻監(jiān)測，可以有效提高電力線路管理水平，為電力輸送線路安全運行提供有力保證。文章著重分析對輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的改造，采用太陽能供電、無線網(wǎng)絡、光纖接入、惡劣環(huán)境保護等技術，為電網(wǎng)的運行提供了一種安全、方便的管理方式。