輸電線路山火監測預警系統的應用研究

趙宇欣+王恒康

摘 要：工業生產和人們生活用電量的增加，使得輸電線路中的荷載越來越大，當線路的實際荷載超過其最大承載能力時，就會引起山火跳閘事故，導致輸電線路無法正常輸送電能。山火監測預警系統的研發和應用，能夠對輸電線路的運行狀況進行監測，從而減少山火跳閘事故的發生頻率。文章對輸電線路山火監測預警系統的原理和結構組成進行分析，并就其相關技術的應用進行探討。

關鍵詞：輸電線路；山火監測預警系統；應用

中圖分類號：TM726 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0151-02

隨著我國電力事業的發展，輸電線路的運用安全性、可靠性已經大大提高，但仍然存在一些不可抗力因素，會給輸電線路的運用穩定性帶來危害。目前，大部分的輸電線路監測系統只能對輸電線路中設備故障、覆冰、污穢等問題進行監測，而對于線路附近的山火卻無法監測。根據相關資料來看，輸電線路出現山火的情況比較少見，但其帶來的危害是巨大的。因此，在敷設輸電線路時，需要建立輸電線路山火監測預警系統，隨時掌握輸電線路的山火動態，從而采取措施對山火進行控制，以免其擴大帶來更嚴重的經濟損失。

1 輸電線路山火監測預警系統

1.1 案例背景

2015年，我國南方地區的某個省110kV及以上的輸電線路，由于山火引起的跳閘次數超過40次；在同年的五一期間，華北地區山火頻發，導致500kV交流線路出現多次故障，線路不得不停運檢修；而在2016年，有許多個省份都發生大面積的山火事故，使得很多條跨區線路都出現異常。在同年的下半年，1000kV特高壓交流線路曾發生3次跳閘事故，都是山火引起的，其中最嚴重的一次導致線路停運3天。山火是影響輸電線路安全性的重要因素，需要建立山火監測系統對其進行監測，并根據監測到的信息發布山火預警，以便相關部門能夠及時采取措施應對山火危害，提高輸電線路的山火防控能力。

1.2 山火監測系統的設計原理

存在于自然界的所有物體，當其溫度超過絕對溫度-273℃時，其分子和原子的運動就會處于無序狀態，物體表面會不間斷地輻射出紅外線這種電磁波。紅外線的波長范圍在0.78-1000μm之間，所輻射的紅外線能量會隨著物體溫度的升高而增加。當溫度不同的物體所輻射出的紅外線經過紅外熱探測器時，就會被探測器所吸收，從而形成電效應并轉化成電信號。在電信號經過處理后，能夠得到熱像圖，熱像圖與物體表面的熱分布是相對應的，這就是紅外熱成像原理。輸電線路山火監測系統采用的是非制冷紅外焦平面感應器，以及圖像處理算法，在輸電線路中出現山火時，山火區域所輻射出的紅外線能量會高于其周邊區域內的紅外線能量，系統根據紅外熱成像，就能夠識別出山火區域，并及時發布山火預警。

1.3 系統原理

輸電線路的山火監測系統在對山火進行監測時，主要采用的是紅外熱感應原理，通過紅外熱感應傳感器對周圍的環境溫度進行檢測。在檢測溫度不在閥值范圍內時，感應器就會發出報警信號，并將信號傳輸至主控器。在主控器檢測到報警信號后，會自動將可見光攝像機的電源打開，并采集相應的圖像。然后，對所采集到的圖像進行辨識，判斷其是否為山火。如果是山火，就會將所采集到的圖像信息、線路的桿塔信息，以及山火可能對線路造成的影響等，以短信的形式發送給線路的檢修人員，并將現場的有關情況傳輸到對應的軟件中，方便檢修人員隨時掌握現場情況。

1.4 系統結構

輸電線路山火預警系統的結構模式有兩種，一種是C/S網絡模式，一種是B/S網絡模式，兩種模式各有優點。C/S結構主要應用于局域網中，其用戶群相對比較固定，能夠確保信息的安全性。B/S結構中設計有數據層，其數據服務器的主要功能是存放數據。而應用服務器的主要功能則是提供不同的服務部件，用于對數據服務器進行訪問，并對客戶端發出的各種請求作出響應，訪問和響應結果會通過瀏覽器端顯示出來，瀏覽器端同時還能發出請求。而在輸電線路的山火預警監測系統中，應將兩種模式進行結合使用。在數據管理子模塊中，應設置為C/S模塊，其服務對象是數據庫管理用戶，主要功能是數據的入庫和維護，所以此模塊的管理者要同時具備數據庫管理技能和地理基礎知識。山火監測預警子模塊則應設置為B/S模式，主要功能是對地圖進行瀏覽和發布，并為用戶提供查詢和分析功能，其使用者相對更多。

2 輸電線路山火預警監測系統關鍵技術的應用

2.1 空間數據庫技術

在對空間數據進行管理時，主要采用的是關系數據庫，也可采用對象關系數據庫。在對空間與非空間中的數據進行操作時，需要將RDBMS數據管理功能與SQL語言結合起來使用。由于關系數據庫中的數據信息量非常龐大，能夠對這些數據信息進行管理、處理，還能記錄鎖定和并發控制，建立起數據倉庫，所以可將關系數據庫的這些功能充分的利用起來，實現空間數據與非空間數據的集成。在GIS未來的發展中，也會利用關系數據庫對空間數據庫進行管理，從而提高空間數據的互操作性。輸電線路山火預警監測系統中會涉及到地理空間數據庫，其管理模式是ArcSDE與SQL Server的結合，利用空間數據引擎、應用服務器，可提高空間數據管理的效率。而專用開發包的利用，則能使數據庫的功能更加完善，從而可對數據庫系統進行集成化管理。

2.2 組件式GIS開發技術

新一代的GIS是以組件式軟件為基礎的，Com GIS能夠彌補傳統GIS的不足，主要是將GIS每個功能模塊進行劃分，使其成為多個控件，每個空間都有其獨特的功能。利用可視化的軟件開發工具，能夠實現各個控件之間以及控件與非控件之間集成，最后就可形成GIS的應用。在傳統的GIS中，會自帶二次開發語言，而組件式GIS則能夠有效的克服這一缺陷。通過對計算機語言的利用，能夠實現山火預警監測系統與其他系統的集成，從而開發出功能更加齊全的新系統，擴大其應用范圍。endprint

2.3 山火識別與圖像增強技術

由于紅外圖像的背景比較高，反差比較低，所以與背景輻射相比，目標占用的動態范圍就比較小。而輸電線路的山火監測距離一般都比較遠，地形又比較復雜，火點的覆蓋面積也比較小，所以采集到的圖像會清晰度會比較差。因此，需要采用圖像增強技術對圖像進行處理，以提高圖像信號的溫度對比度，從而使山火預警監測系統能夠在紅外環境中，感應到比較細微的溫差變化。

2.4 系統應用效果

將山火預警監測系統應用于各省市的輸電線路中，取得的效果比較明顯，在很大程度上降低了山火引起的線路故障頻率。比如，系統在我國的11個省市應用以后，在清明節期間所監測到的火點個數就有接近900個，在這些線路中，跨區的電網輸電線路就發出34多個山火一級告警，經過驗證，在這34個一級告警中有32個有山火。其中，系統監測到湖北電力公司運營的一條輸電線路發出一級告警山火，火點的亮溫值為330，已經超出火點的判斷閥值321。在電力公司的檢修人員核實后，該線路確實發生山火。并且，檢修人員到達現場后，發現火場的面積比較大。由此可見，輸電線路山火監測預警系統能夠監測到較大范圍內的山火，并發出山火預警，以便相關人員及時采取措施對其進行控制。

3 結束語

綜上所述，為了避免輸電線路出現嚴重的山火險情，需要采取合適的措施進行動態監控，才能保證其運行安全性。而輸電線路山火監測預警系統的合理運用，能夠對線路中的山火進行準確監測，并根據山火的實際情況發出山火告警，從而及時對其進行撲滅行動。所以，山火監測預警系統在輸電線路中的應用，可對現場的山火情況作出判斷，并形成相應的圖像，將相關信息傳輸到對應的軟件中，從而方便檢修人員隨時掌握現場的情況，最終提高山火處理效率。

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