基于激光探測技術(shù)的實時遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

張茂君

（國網(wǎng)安徽省電力公司 滁州供電公司，安徽 滁州239000）

0 前言

隨著城市擴建、小區(qū)開發(fā)建設(shè)不斷擴大，線路保護區(qū)附近建筑施工塔吊、吊車碰觸導(dǎo)線引發(fā)線路跳閘成為影響線路安全運行的主要因素。輸電線路防外力破壞一直是電力線路安全的一個亟待解決的難題[1]，電力系統(tǒng)目前普遍采取的人防措施已不能確保線路外部安全隱患的可控、在控。

國內(nèi)外相關(guān)的研究主要致力于三個方向：（1）雷達微波監(jiān)控[2]：該方法技術(shù)原理可行，但因造價過高，無法普及應(yīng)用。（2）視頻監(jiān)控[3-4]：人工24小時實時監(jiān)測，然而從發(fā)現(xiàn)隱患到現(xiàn)場告警提示經(jīng)歷環(huán)節(jié)多，時間長，現(xiàn)在有研究方向擬采用圖像識別技術(shù)實現(xiàn)物體入侵報警，但也是受限于識別準(zhǔn)確度和預(yù)警的誤報率兩個問題而沒有有效成熟的方案。（3）紅外或普通激光對射布防方式，此方法有很大的局限性，也因誤報率過高的缺點沒有推廣應(yīng)用[5]。

基于激光探測技術(shù)的實時遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報警系統(tǒng)使用先進的激光探測技術(shù)，針對當(dāng)前我國高壓電力線路受外力破壞十分嚴(yán)重的現(xiàn)象，在世界上首次研制成功將可能要發(fā)生的外力破壞事件，提前預(yù)報警并在現(xiàn)場通過揚聲器對講警示阻止外破行為，避免外破事件發(fā)生。

1 基于激光探測的輸電線路在線監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

激光探測技術(shù)利用光學(xué)和電學(xué)原理，充分利用激光探測距離遠(yuǎn)范圍大，可以實時測距和感應(yīng)電場強變化的技術(shù)原理，首次開發(fā)激光防外力入侵探測器。

目前用于激光測距的方法主要有：飛行時間測量法、相位差測量法和三角原理測量法三種方法[6]?；诩す馓綔y技術(shù)的實時遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報警系統(tǒng)融合集成了當(dāng)今最先進的激光探測技術(shù)、人工智能與無線通訊技術(shù)。系統(tǒng)工作流程如圖1所示：

圖1中，在需要預(yù)警的輸電線路相應(yīng)位置安裝基于激光探測的輸電線路在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)硬件，探測進入危險區(qū)域的物體，一旦有物體進入探測區(qū)域，啟動可見光等相應(yīng)監(jiān)控設(shè)備，智能識別進入?yún)^(qū)域物體，確認(rèn)危險級別，采用GSM通訊方式，向管理手機發(fā)送報警短信，啟動現(xiàn)場揚聲器，播放警告聲。

2 基于激光探測的輸電線路在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

基于激光探測的輸電線路在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)能自動計算外物體接近高壓線的位置距離，根據(jù)不同高壓級別線路設(shè)定的安全距離參數(shù)來確定其危險程度,實現(xiàn)分檔報警。產(chǎn)品同時具有鐵塔傾斜報警、撞擊報警等功能。采用GSM通訊方式，太陽能供電，可遠(yuǎn)距離實現(xiàn)對高壓線路長期點位和臨時點位的監(jiān)控，并提供與視頻監(jiān)控聯(lián)動接口，可以將激光探測與視頻監(jiān)控兩者結(jié)合使用，在激光探測到超高物體時迅速啟動視頻監(jiān)控，提高監(jiān)控效能。

2.1 功能概述

系統(tǒng)利用激光檢測高壓線磁場強度的變化值和激光往返目標(biāo)傳輸所需時間來確定外物體與高壓線的位置距離，按照預(yù)先設(shè)定的幾級安全距離參數(shù)值進行預(yù)報警，超越基本警戒值或其它預(yù)設(shè)值時自動通過現(xiàn)場高聲響喇叭警報提示、遠(yuǎn)程報警、遠(yuǎn)程警示喊話，直接在現(xiàn)場阻止超高物體對高壓線的破壞，或由調(diào)度監(jiān)控中心進行后臺操作處置；根據(jù)相對位置距離計算分析，對高壓線下的樹木生長狀態(tài)進行長期監(jiān)控，實現(xiàn)超高報警；根據(jù)傳感器探測實現(xiàn)鐵塔傾斜報警、撞擊報警。

2.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

系統(tǒng)由激光檢測系統(tǒng)，探頭、GSM激光報警控制主機（激光測距模塊、分析模塊、GSM通訊模塊）、高聲響喇叭、警示燈、太陽能板、攝像頭(選裝)等部件組成，硬件設(shè)計如圖2所示：

圖2 基于激光探測的輸電線路在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)硬件圖

系統(tǒng)能探測800米距離內(nèi)物體和精度±0.5米的上下位置移動變化，在物體越過初始警戒值報警后，能繼續(xù)探測出物體再向高壓線移動的危險距離，以便采取下一步的預(yù)防措施。在需要監(jiān)控的高壓線路一端鐵塔上安裝固定好激光探頭、激光報警控制主機和其它輔助設(shè)備。激光探頭的激光射線基本水平對準(zhǔn)兩塔之間輸電線弧垂下5米（110kV）、6 米（220kV）、8.5 米（500kV）位置。

2.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

圖3 基于激光探測的輸電線路在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)后臺

系統(tǒng)后臺由管理人員控制手機或計算機組成。當(dāng)管理人員或監(jiān)控室通過手機或計算機向激光報警控制主機發(fā)布“布防”指令后系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，一旦發(fā)生物體接近高壓線5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）警戒距離值時觸發(fā)報警（用戶可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況自行設(shè)定初始值或其它檔位值），現(xiàn)場高音喇叭發(fā)出聲響警報“高壓危險，注意安全”的語音提示，主機同時將報警信息（包括塔名、位置、危險距離值）通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給相關(guān)管理人員，如圖3所示。

管理人員可以直接進行遠(yuǎn)程喊話提示，或與電力110實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)處置。對與視頻監(jiān)控聯(lián)動的，自動觸發(fā)圖像、視頻采集，通過無線3G/GPRS/WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心在線傳輸現(xiàn)場實時圖像、視頻。系統(tǒng)同時設(shè)定物體越過初始警戒值后進一步靠近高壓線時的多檔報警值，便于管理人員評估外物體高危動作風(fēng)險，采取緊急操作措施。

3 系統(tǒng)實施

系統(tǒng)2012年年中投入運行，產(chǎn)品應(yīng)用激光光電學(xué)融合原理來實現(xiàn)對外力破壞物體入侵的預(yù)警，首先產(chǎn)品的設(shè)計思路原理先進，擺脫了常規(guī)周界入侵防范觸發(fā)阻斷等落后的預(yù)警機制，設(shè)防范圍不局限于某一個方向，實現(xiàn)立體空間設(shè)防，實現(xiàn)對各方向入侵物的觸發(fā)報警，并且融合常規(guī)的線路視頻監(jiān)控單元，便于實現(xiàn)報警信息確認(rèn)，常規(guī)線路周界環(huán)境巡視等，整套系統(tǒng)在滁州供電公司各相關(guān)專業(yè)人員的配合下，結(jié)合高壓線路安全監(jiān)測的實際需求，系統(tǒng)研制符合高壓線路的實際特點，化現(xiàn)場巡察為狀態(tài)巡察，優(yōu)化了線路安全監(jiān)管的方式方法，節(jié)省了對應(yīng)的人力物力投放，有較高的創(chuàng)新性和實用性，具備很好的推廣價值。

4 結(jié)語

隨著新建輸電線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)越來越高，輸電線路本體的安全得到了相應(yīng)保證，影響輸電線路安全運行的問題突出表現(xiàn)在外部安全隱患上，尤其是輸電線路附近的建筑施工?；诩す馓綔y的輸電線路在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)項目的實施，可以對有潛在外力破壞危險的高壓輸電線路附近施工隱患點進行實時監(jiān)測，通過激光感應(yīng)高壓線路場強的變化幅度和激光測距的原理來實現(xiàn)外力破壞物體靠近高壓線路時的告警，通過現(xiàn)場聲光報警和遠(yuǎn)程喊話的方式來提醒入侵物體停止行動，避免對線路的破壞，避免重大設(shè)備故障、停電事件的產(chǎn)生，提高供電的可靠性。系統(tǒng)試運行情況良好，友好的界面、方便的操作得到了使用人員的好評，希望在實踐中經(jīng)過檢驗更加穩(wěn)健和成熟，為企業(yè)帶來切實的社會效益和經(jīng)濟效益。

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