山火预警技术在输电线路中的应用

王继承

（国网湖南省电力有限公司输电检修分公司，湖南 长沙 410000）

0 引 言

人们的日常生活离不开电力能源。保障电力供应的安全性和稳定性，一直是电力企业的工作重点。然而，我国的地形地貌较为复杂，一些电力输电线路不可避免地架设在山林区域，一旦发生火灾，会对输电设备造成巨大损坏，造成电路瘫痪，进而影响终端用户的正常用电[1]。因此，加强山火预警技术在输电线路中的应用具有重要的现实意义。

1 山火导致输电线路跳闸的机理

山火的发生会使空气间隙被击穿或者破坏绝缘子的绝缘性能而导致输电线路跳闸，影响终端用户的正常用电[2]。引发空气间隙被击穿的因素如下。

1.1 空气热游离

当山火发生时，因山火燃烧产生的火焰对输电线路造成损伤的可能性较小，但火灾引起空气温度的上升，使输电线路周围的空气温度急剧上升，从而产生空气热游离带电粒子，并不断向上运动。同时，受浓烟和微粒受热的影响，分子间运行速度加快，空气本身的绝缘性能弱化，致使空气间隙被击穿，输电线路通过空气与地面产生连接，出现放电现象。

1.2 局部空气密度下降

山火发生时，输电线路周围的温度不断升高，促使分子间运动速度较快。相邻分子间的距离变大，空气的密度降低，导致输电线路周围出现低压区。地面和输电线路间的空气击穿电压变小形成导电连接，增加了输电线路跳闸对地放电的几率。

1.3 电导率增大

火灾发生时，山林树木的燃烧会导致大量水分子受热蒸发。水分子中夹杂的大量导电离子充斥在空气中，影响了空气的绝缘性，而导电空气使输电线路和地面间连通易引发短路。

1.4 电场畸变，颗粒的触碰放电

植物燃烧过程中会产生大量的碳化颗粒和带电粒子，它们漂浮在输电线路周围，在高温及空气电荷的影响下，会出现流注放电的现象[3]。此外，植物燃烧使输电线路的周边温度不断升高，空气中的电荷粒子在高温影响下快速游动汇聚到一起形成电弧，引发闪络跳闸。

2 利用卫星遥感技术在山火预警中的应用

卫星遥感技术具有宏观检测的特点，可以对大面积的山林区域实施监测，并在短时间内发现火灾疫情，快速将现场的相关数据传输给工作人员[4]。

2.1 利用AVHRR/NOAA对林火进行监控

NOAA卫星遥感技术常用在草原、森林等区域的火灾检测和着火点定位方面。通过双星交错运行，可以在一天内对同一个区域进行四次火灾检测。AVHRR辐射仪的五个通道如表1所示，利用其高分辨率的特点，可以对地面的温度进行快速检测和分辨，及时发现山火险情，并发出报警信号，通知相关人员采取相应措施灭火，降低火灾对输电线路的不良影响。

2.2 利用MODI/SEOS对林火进行监测

EOS卫星是双星系统，由上午卫星和下午卫星组成，靠近太阳同步极轨。MODIS则是光学探测设备，搭载在EOS卫星上，具有36个通道，其中7个通道可以实现对山火的监测。它的通道的具体信息，如表2所示。此外，如果处于红外环境下，星下分辨率为505～1 000 m。如果处于可见光环境下，星下分辨率为250～500 m。MODIS技术可以比其他卫星遥感技术更快地发现山火灾情，监测区域面积更广泛。此外，它具备计算山火面积的功能，可以更高效地保护输电线路。

表1 NOAA/AVHRR光谱响应与特性

表2 EOS/MODIS扫描仪用于火灾监测的通道

2.3 卫星遥感技术在输电线路中的实例应用

卫星红外遥感技术在我国南方的山火预警中应用最广泛。通过及时获取火灾发生地的坐标和火情信息，利用输电GIS系统对该区域的输电线路发出警告，可以有效减少火灾对输电线路的破坏，减少供电企业的损失，保障人们的正常用电。

某省通过建立系统化的输电线路在线监测平台，采用卫星遥感技术与终端监测设备相结合的技术手段，对输电线路进行了全面系统的监护。发生火灾时，卫星遥感系统将检测到火灾发生的地理位置，将相关火灾信息传输到在线平台，并将火灾发生的具体区域、时间以及相关输电线路在显示器上突出显示，如图1所示。它甚至可以通过终端监控系统观察现场的实际情况，实现对输电线路的远程控制和管理。

图1 远程山火检测平台

3 无线传感技术在山火预警方面的应用

导致山火发生的因素有很多，除人为因素以外，气象变化是主要因素，如区域降水量、风力以及温度等。加强对主要因素的监控，可以有效掌握山火情况。现阶段，通过在山林中设置火灾探测器，可以实现周边环境的实时监测。

3.1 常见火灾探测器

感温式火灾探测器。它通过监测周边环境温度的变化发现异常。当温度达到指定或者超过指定温度时，探测器检测到异常情况，发出火灾预警信号。

感烟式火灾探测器。火灾发生时，感烟式火灾探测器会产生大量的烟雾颗粒，通过对烟雾的检测，起到火灾预警的作用。

感光式火灾探测器。火灾发生时，产生的火焰会发射出强烈的红外线和紫外线。通过监测光线，探测器可以实现山林区域火情的实时监测。阳光会对感光式火灾探测器产生一定影响，因此输电线路中应采用特殊版本的感光式火灾探测器。

燃烧音火灾探测器。火灾发生时，燃烧会产生不同频率的声音。因此，通过检测声音可以有效判断该区域是否发生火灾。

气体式火灾探测器。通过检测二氧化碳及一氧化碳的气体浓度来判断是否有火灾发生。

图像型火灾探测器。通过摄像和红外线监测设备，对大空间区域的火灾进行可观测监控，如图2所示。

3.2 无线传感器的信息传输

数据采集。通过传感器采集数据并将其转化成模拟信号，经过A/D转换成数字信号传递给平台主机。

无线传输是实现数字信号传递的关键。现阶段，大多采用短距离、低能耗的Zigbee技术实现信息的传输。

数据处理平台接收传感器传输的数字信号并对其进行分析、判断和研究，将异常信息以预警信号的形式传递给相关工作者，提醒山火的发生。

4 结 论

综上所述，现阶段的输电线路山火预警，大多采用无线传感技术和卫星遥感技术相结合的方式进行，以此实现优劣互补，提升山火预警的及时性和准确性，保障输电线路的稳定性和安全性。随着科学技术的发展，相关工作者应不断引入新技术，提升山火预警技术水平，推动我国电力系统的可持续发展。