一種電網地下管線設施安全預警監測裝置

湯亞俊++車敏++潘國君

摘 要：為了保障電網地下管線設施安全運行，保證電網地下管線設施本體不受外力破壞而設計了一種電網地下管線設施安全預警監測裝置。通過監測神經網單元監測入侵振動和入侵噪聲振動，并將振動信號傳遞給鋪設在其上面的傳輸感知光纜。安全預警監測系統主機通過激光器發激光，激光通過放大器放大后傳輸進傳輸感知光纜，激光在傳輸感知光纜傳輸過程中攜帶振動信號（波形變化及變化的時間）回傳到安全預警監測系統的接收機，接收機將收到的激光傳給激光器進行二次放大并傳輸給光電轉換設備；光電轉換設備將光信號轉換成電信號，并傳遞給安全預警監測系統主機的CPU進行數據對比分析，并對電網地下管線設施進行破壞的事件以及可能會對電網地下管線設施產生破壞的信息通過主機內的通訊模塊進行遠程告警上報，同時可遠程打開主機內的視頻模塊監視現場的情況，也可通過報警模塊對現場破壞行為進行警告。

關鍵詞：電網地下管線設施；安全預警監測裝置；外力入侵破壞；自適應濾波算法

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.098

電網地下管線設施在城市建設中應用非常廣泛，但是由于電網地下管線設施敷設路徑長、范圍廣，管理人員很難全方位對電網地下管線設施進行管理，電網地下管線設施的防外力入侵破壞實際上處于一種被動地位；同時城市改造建設不斷加快，土建施工很容易對電網地下管線設施造成外力入侵破壞，電網地下管線設施在防止外力入侵破壞方面管理難度非常大。保證電網地下管線設施本體不受外力入侵破壞，在電網地下管線設施安全運行上顯得尤為重要。目前，很多產品一般在外力入侵破壞發生后才報警，并不能有效預防這種入侵破壞的發生。此時，電網地下管線設施管理需更加電子化、制度化、智能化，以提高電網地下管線設施在防外力入侵破壞工作方面的管理水平。

1 硬件構成

裝置硬件結構如圖1所示。

本裝置主要包含振動監測神經網單元、傳輸感知光纜、安全預警監測系統主機和現場智能巡檢手持終端。安全預警監測系統主機包含電源管理模塊、存儲模塊、報警模塊、通訊模塊、GPS定位模塊、CPU中央處理器模塊、視頻監控模塊和激光發收、放大和轉換模塊。

2 軟件系統設計

當電網地下管線設施受到外力入侵破壞時，激光在傳輸感知光纜傳輸過程中攜帶振動信號（波形變化及變化的時間）回傳到安全預警監測系統的接收機；接收機將收到的激光傳給激光器進行二次放大并傳輸給光電轉換設備，光電轉換設備將光信號轉換成電信號數據流。這一過程所運用的是自適應濾波算法。

根據自適應算法的優化準則的不同，自適應濾波算法可分為最小均方（LMS）算法和遞推最小二乘（RLS）算法2類最基本的算法。為了解決傳統LMS算法存在的梯度噪聲放大問題，以及為克服常規的固定步長LMS自適應算法在收斂速率、跟蹤速率與權失調噪聲之間的要求上存在的較大矛盾，許多學者研究出了各種各樣的改進型LMS算法，比如歸一化LMS算法、基于瞬變步長LMS自適應濾波算法以及基于離散小波變換的LMS自適應濾波算法等。

算法實現的主要步驟為：①數據采集與生成，取d（n）、x（n）；②對參數的初始化；③自適應的濾波處理；④濾波器系數更新。

數據流濾波后，由CPU中央處理模塊對比分析入侵破壞振動源和振動地點，打開視頻監控模塊進行現場圖像信息采集，將現場視頻或圖片信息保存至存儲模塊，同時通過通訊模塊中的FDD/TD-LTE模塊將告警信息短信發送至相關工作人員，從而達到快速、準確告警的目的。工作人員收到短信后可通過智能手機客戶端APP實時喊話，及時制止現場的破壞行為。

現場巡檢手持終端主要由智能手機和智能手機客戶端APP組成。在電網地下管線設施安全巡檢工作人員在現場進行巡線檢測或發生外力入侵破壞時，可遠距離無接觸式地讀取防外力入侵破壞系統信息，包含圖像、視頻、報警門限、報警次數及歷史報警記錄等，便于選線人員在現場快速、準確地了解當前點的信息。

3 現場使用場景

現場使用場景如圖2所示。

為了解決電網地下管線設施安全監測路徑長和精確定位入侵破壞等問題，將裝置安裝在電力變電所的通信機房或網管機房，通過橫向或者縱向鋪設在距離土壤中的電網地下管線設施頂端或側面1 m以外的振動監測神經網單元來感知工程機械的入侵破壞振動和入侵噪聲振動，振動監測神經網單元通過傳輸感知光纜將振動信號轉換成光信號，并通過激光攜帶傳輸到安全預警監測裝置。當振源波形超過安全預警監測裝置所設置的報警門限后，安全預警監測裝置會將報警信息傳輸至服務器，從而起到提前預警和遠程告警作用。

4 總結

本電網地下管線設施安全預警監測裝置的提前預警功能和精確定位功能，可精確定位到關鍵區域線路的狀態，對外力入侵破壞行為進行提前預警，使關鍵區段線路巡視的工作效率提升；電網地下管線設施安全預警監測裝置可提高電力電纜管理效率，監控平臺可以實時顯示電力電纜外力破壞并保存記錄，節約工作記錄本、設備資料、復印等費用，大大節約辦公費用；通過全天候對視頻監控系統實時分析的方式，在線預警線路走廊附近的施工狀況，對大型施工機械違章超高作業行為實時抓拍照片，即時自動播報語音提示信息，以短信的方式將告警信息發送至線路維護單位相關負責人和領導手機上，同時也可在監控中心借助實時語音喊話喇叭，及時制止危險作業；可以解決視頻技術的遮擋難點，準確地發現并定位外力破壞；一套設備可監測40 km范圍內的外力入侵破壞，極大地節約投入和維護成本。

參考文獻

[1]孟昭勇，梁軍，李仁俊，等.一種多功能電力監控裝置的研究[J].電力系統保護與控制，1998（3）：27-30.

[2]張偉，焦衛東，錢蘇翔.一種多通道噪聲與振動信號聯合采集裝置[J].儀表技術與傳感器，2007（10）：41-43.

[3]中華人民共和國公安部.GB 50116—98 火災自動報警系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，1998.

〔編輯：劉曉芳〕