輸電線路視頻監控系統的功能和應用

摘要：隨著高壓輸電線路的不斷延伸，線路沿線環境日趨復雜，外力破壞事故、線路覆冰等事故不斷發生，線路巡視維護工作量越來越大，急需新技術的支持，而視頻監控技術的進步以及電廠、變電所的成功應用，使輸電線路視頻監控成為可能。文章分析了輸電線路視頻監控的功能、關鍵技術及應用。

關鍵詞：輸電線路；視頻監控系統；電力系統；太陽能供電；無線網絡；光纖接入 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2015）36-0034-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.016

1 概述

隨著我國經濟社會的長足發展，用電量隨之不斷提高，配套的輸電電壓等級也不斷提高，電網的分布廣、深、大。目前，在我國擁有數十萬公里的220kV及以上輸電線路。輸電線路迅速增長的同時，維護、巡視輸電線路的工作量也與日俱增，所以采用新的監控技術運用到監控輸電線路上是必須的。視頻技術在變電站中的應用已經是很成熟的了，但是在野外或者輸電線路上，由于自然環境惡劣、通道不順暢以及早期太陽能技術還不能廣泛應用的原因，導致遠程視頻監控在輸電線路上的應用有很大的局限性。前些年，遠程視頻監控在輸電線路的監控上沒有得到很好的開發和利用。

近年來，隨著科技的不斷發展，太陽能技術有很大的突破而且應用成熟，無線網絡的興起也為輸電線路的遠程監控提供了條件，由此輸電線路的遠程視頻監控得以快速發展。線路工作人員可以在監控中心監察到整個輸電線路的圖像，為工作人員提高工作效率，更快地發現故障和危險點，更好更快地確保輸電線路的安全。

2 輸電線路視頻監控系統的功能

2.1 線路危險點周圍環境的監控

輸電線路是整個電力系統的大動脈，電能遠距離傳送主要依靠的是輸電線路。因此，輸電線路的安全運行顯得至關重要，整個電力系統的安全和效益也取決于輸電線路的安全。目前，我國輸電線路長達數十萬里，分布廣泛，而且線路所經的地區地形、地貌以及其他自然和社會環境復雜多變，許多輸電線路跨越鐵路、公路、山川河流、森林甚至是建設工地等，所以對輸電線路的巡視監控工作尤為重要。在危險點安裝監控設備，不僅能減少工作人的工作量，還能及時發現各種危險到輸電線路安全的情況，避免許多意外狀況對輸電線路的破壞。

2.2 防線路偷盜事故

輸電線路不僅范圍廣，而且一般裸露在野外，所以桿塔上的金屬構件、電力設備以及電能都成為不法分子的偷盜目標。輸電線路被偷盜給電力部門造成重大損失的同時，也引發了許多重大事故，人民群眾的生活也深受其害。在采用輸電線路視頻監控的同時，密切結合防盜報警裝置提供遠程報警，連續不斷的監測可以及時發現偷盜行為，偷盜現場也會響起報警器對正在偷盜的不法分子起到阻止作用。事后通過視頻監控可以為公安部門的偵查提供線索和證據，最大程度上保護輸電線路的安全，減少損失。

2.3 防線路覆冰

在我國廣袤的土地上，自然環境復雜多變，冬季部分地區如湖南、貴州、河南、湖北、云南、四川及江西等省份輸電線路覆冰現象十分嚴重，導致輸電線路機械和電氣性能下降，甚至導致事故發生。

實施對輸電線路覆冰情況進行監測，線路運行人員可以根據把握的覆冰的情況，及時采取措施，減輕輸電線路運行的危險和壓力。對于較輕程度的覆冰，可以通過調整線路負荷加大電流等策略來消除覆冰，排除危險。而對于嚴重的覆冰，雖然不能立即解決問題，但可以通過視頻監測對融冰提供指導，最大程度上幫助輸電線路恢復正常。

2.4 線路導線舞動、風偏變化監控

導致輸電線路導線舞動的原因說法不一，現在還沒有被大家普遍認可的說法。氣象、施工以及線路采用分裂導線等因素，都會導致輸電線路舞動。尤其是輸電線路實施分裂導線，子導線之間會互相影響著更加重的輸電線路舞動的可能。導線舞動監測裝置在多條輸電線路安裝使用，這為導線舞動研究提供了重要寶貴的依據。而輸電線路的視頻監控裝置可以很好地配合導線舞動的裝置的監測，可以更加準確、清晰、及時地將線路舞動情況傳輸給運行人員。

所以，視頻監控裝置與導線舞動裝置相結合對導線舞動實時監測，能對導線舞動的防治和研究提供重要的數據的視頻，是導線舞動分析的基礎。

3 線路視頻監控關鍵技術

視頻監控發展的歷史并不算短，最初一般在大樓、銀行網點等地方應用，后來經過逐步發展慢慢形成了監控系統。隨后電廠和變電所也引進了視頻監控系統，視頻監控系統得以推廣在電網改造時期。而在輸電線路的監測上引入視頻監控系統顯得晚了許多，輸電線路的視頻監控技術也有其獨特的方面。筆者根據需求分析以及結合輸電線路安全運行的應用要求，對視頻監控產品中的關鍵技術進行了分析研究。

3.1 低功耗技術和太陽能供電

由于輸電線路的視頻監控系統一般安裝在輸電線路桿塔上，如果采用鋪設電纜線對視頻監控系統供電，可想而知，視頻監控系統的供電成本太高，耗費的人力物力都太大。另外，因為在輸電線路上并沒有低壓交流電源，所以輸電線路的視頻監控系統主要運用太陽能供電。視頻監控的供電裝置是利用太陽能系統中的太陽能板吸收太陽能，然后將光能轉換成電能存儲到太陽能蓄電池中，不斷為視頻監控系統供電。

太陽能供電管理系統是由太陽能光伏組件、光伏控制器、蓄電池以及太陽能管理控制電路等重要組件構成，為輸電線路視頻監控系統的所有硬件提供電源。要注意的是，太陽能組件安裝在線路桿塔上，所有太陽能組件的體積不能過大，蓄電池一般為12V，5～10Ah，太陽能板為30cm*30cm，10～15W。為了克服雨雪天氣的影響，太陽能供電系統采用低耗能的芯片來節電，這樣保證在雨雪天氣下也能正常工作3～5天。供電系統的儲能設備為鋰電池，為了保持鋰電池快速充電放電的性能，同時克服鋰電池不能同時充放電的特性，在本系統中運用兩組鋰電池，通過太陽能光伏控制器讓兩組鋰電池輪流充放電，在保證鋰電池安全穩定工作的同時還能達到最好的充放電效果，并為嵌入式硬件平臺設備提供可靠供電。另外，安裝太陽能供電系統時要格外注意太陽能組件的最佳安裝傾角和朝向，在保證系統可靠安裝的同時，獲得最大的能量。endprint

3.2 3G無線網與光纜結合的通信方式

3.2.1 3G無線網。目前，由于輸電線路所在的自然環境復雜多變，所以視頻監控系統采用無線通信技術，不可能采用傳統視頻監控的導線聯網模式。現在公用移動通信公司GPRS網絡的覆蓋面不斷擴大，這為輸電線路視頻監控的安裝提供了極大方便，只要是GPRS覆蓋的區域，都可以把視頻信號數據傳送到監控主站。

第三代移動通信技術（3rd-Generation）是一種蜂窩移動通信技術，可以做到數據的高速傳輸，而且支持語音、視頻的傳輸，傳輸速度比傳統的2G高幾倍。輸電線路的視頻監控系統對網絡傳輸帶寬要求高，為保證系統的穩定可靠傳輸，所以選用3G無線網絡。目前，3G無線網絡主要有電信的CDMA2000、移動的TD-SCDMA和聯通的WCDMA這三大類無線網絡都有各自的優勢，通過對比發現中國電信的綜合優勢比較明顯，網絡覆蓋率、帶寬、速度都高于移動和聯通。如表1所示：

3.2.2 OPGW光纜接入技術。視頻監控系統如果能夠利用線路上OPGW地線所帶的光纜傳輸圖像、視頻，那么傳輸速度和圖像清晰度都會有很大提高。一般地線會有多余的芯線但是不能隨便接入。

所以，需要采用無線通信將采集的圖像、視頻傳送到光纖接線盒附近，然后通過光纖將信號傳輸到變電站，隨后傳輸到視頻監控系統主機完成信號傳送。由于沿途數據接入以及光纖利用率低、損耗大的問題，目前帶光纖的輸電線路還未普遍。

3.2.3 無線網與光纜結合的通信方式。無線網絡的方便快捷性以及光纜的高速傳輸速度的優勢都讓我們驚嘆，如果能將這兩種方式結合，那么輸電線路的視頻監控系統將會更加優越，這既是難點又是優點。我們可以在充分利用光纜的條件下分段使用地線，大約5～10公里一段，段內各鐵塔采用無線通信傳輸圖像和視頻，到光纜接口處將無線信號接入，如果途中遇到高山、建筑物等阻礙的線路繼續采用無線通信傳送信號，兩種方式密切結合發揮最大優勢。無線網與光纜結合的通信方式既解決了無線通信遠距離傳輸以及信號覆蓋的缺陷，又發揮了光纜的最大效果。

3.3 防惡劣環境技術

由于輸電線路鋪設范圍廣泛，有的地區自然環境極其惡劣，對輸電線路的影響特別嚴重。因此，在特殊嚴峻的環境下如何更好地保護輸電線路以及線路視頻監控系統的安全是一個重要問題。所以在特殊地區，線路視頻監控系統的防惡劣環境技術的開發和應用特別重要。例如線路監控系統的裝置外殼是監控系統的第一道防護線，必須具有很好的防電磁干擾能力、通風能力、防水防銹能力以及防寒抗凍的能力。

4 線路視頻監控系統的應用

目前，國內的多條220～500kV線路上安裝使用了視頻在線監控系統，對及時發現排解電力輸電線路的隱患上取得了一定成果。我們都知道傳統的人工巡檢、分散管理的方法不能及時發現和預防外力因素，這一直是困擾線路運行工作人員的難題。而建筑施工破壞，高桿植物影響，盜竊電力設施以及火災、鳥害對輸電線路的破壞是非常大的。

4.1 檢測外力機械入侵

目前，隨著城市化進程的不斷加快，城區施工建設力度也隨之加大。由于部分超高機械設施在施工時的不注意，可能會誤碰導線導致線路跳閘，已經威脅到電網的安全和電力的及時輸送，影響了社會生產和人民的日常生活。線路視頻監控系統可以與報警系統相結合，當工程機械行駛入輸電線路附近施工，監控系統可以對機械進行定位、分析、跟蹤，當危及到輸電線路的安全時，會觸及報警器，產生報警提示，并傳送報警信息。在很大程度上，可以避免外力機械對輸電線路的破壞。

4.2 違章建筑檢測

我們都知道，在輸電線路安全范圍內是不允許建設高層建筑的，因為違章建筑可能會造成輸變電設備的短路進而造成運營故障。輸電線路視頻監控系統可以幫助線路運行人員及時查找發現線路境界范圍內的違章建筑，并產生報警提示，幫助工作人員及時排除隱患，最大限度地保護輸電線路的安全，如圖4所示：

4.3 垃圾堆土檢測

垃圾堆土、沙土、煤堆等也是不能堆放在輸電線路安全警戒區域的，垃圾堆土的高度以及散發的化學物質都是威脅輸電線路安全的隱患。當垃圾堆土出現在安全范圍內時，視頻監控系統會將圖片、視頻及時傳輸到處理器并提示報警信息，線路運營人員可以及時發現安全隱患并做出相應的排除措施。

4.4 樹木及異物檢測

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、塑料袋等異物覆在輸電線路上容易造成高壓線之間互相放電，引發停電等故障。視頻監控系統的應用可以對快速生長的樹木、異物等實時監測，利于線路工作人員及時做出相應策略，保證輸電線路的安全。

5 結語

目前，在智能電力系統中，輸電線路是大動脈，是電力系統最主要的組成部分。運用視頻監控系統對輸電線路進行實時監控，可以提高輸電線路的管理水平，為保護輸電線的運行和安全提供重要保障。輸電線路視頻監控系統根據輸電線路的特點進行了升級改造，利用太陽能供電、無線網絡及光纖接入、防惡劣環境等技術為線路安全提供了安全便捷的管理手段，在我國多條高壓輸電線路上應用，并取得了一定成果。

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作者簡介：彭偉夫（1983-），男，國網四川省電力公司信息通信公司中級工程師，碩士，研究方向：電力自動化。

（責任編輯：周 瓊）endprint