基于微波传输技术的监控装置在超高压输电线路上的应用

刘海峰 耿三平 杨阳 姚陶

（1.国网河北检修公司运维检修部 河北省石家庄市 050000 2.国网河北信通公司 河北省石家庄市 050000）

随着当今社会电气化程度的提高，对可靠的电力供应的需求以及对电力质量的需求都在增加。由于其输电线路高度有限，往往是由于一些外部车辆、建筑等原因，通过城市和郊区的交通线造成线路短路、线路中断和其他安全事件[1]。在高度紧张的压力下工作是非常危险的，一点意外因素就会造成严重的人员和设备事故。

为了减少这类事件，需要开发一种高性能的监控装置，以探测和警告接近该线的物体，监测传输线，覆盖保护区，在外部力量侵入时发出警报，并启动视频测试系统，以确保输电线路的安全

1 输电线路监测装置研究的意义

目前，考虑到当地气候和诸如山火、风沙冰雹等自然条件的影响、对工作人员进行在线监测的输电线路的影响等环境因素，开发了在线电气监测技术。针对线路状态（温度、振动），为了进行环境监测、在线视频监测或其他监测技术，电力公司各部门也设立了一个评估中心，监测环境和业务参数线的初步状况，评估传输线的运行状况，并指导灾害预警工作[2]。

目前使用的大多数传输线路在线监测技术都是为了监测输电线路设备的主体或气候和环境参数，电力专业的专家和学者没有把对传输线沿线外力因素的早期监测作为一个优先研究领域，因此，他们无法直接监测在传输线附近发生的外力因素灾害[3]。林区的林业和气象专业人员进行的森林火灾监测研究取得了重要成果，各级气象部门都使用气象雷达对其管辖范围内的森林火灾进行预测。林业部门利用卫星遥感技术监测卫星扫描范围内的森林火灾。

研究传输线意外情况的专门监测系统和设施，有助于及早发现意外点，并帮助应急人员在灾害影响到设备和电网之前消除潜在的危险[4]。如果不能及时解决隐藏的问题，就可以帮助电力分配人员及时调整网络的运作结构，并将损失减少到最低限度，确保线路安全运行，使人民安全用电力。

2 输电线路破坏故障类型

2.1 异物造成的故障

有些导电物体可能会导致输电线路的短路。悬浮气球，风筝悬浮在传动线上，高空抛出的物体会造成输电线路的短路。一个更为特殊的现象是在塔上筑巢的鸟类，这促使蛇沿着塔上的界线攀登，从而使输电线路短路。

2.2 吊车碰线造成的故障

随着经济的发展，施工作业比较频繁。当起重机在输电线附近搬运重物时，其手臂离输电线太近。很可能会造成从线路到地面的短路连接[5]。外部力量造成的这种破坏的后果更为严重，而且往往伴随着更大的生命损失或能源损失。这也是近年来经常发生的输电线路破坏故障的主要类型。

2.3 违章施工造成的故障

图1：输电线路监测装置部分组件

输电线路以下的非法建筑造成线与建筑物之间的距离不足，并导致输电线路的跳闸。非法施工的形式多种多样，近年来也呈现出一种常见的趋势。

2.4 山火造成的故障

山区森林中的人为或自然因素引起的火灾会使线路周围的空气离子化，或使大量的绝缘物质溢出，从而减少空气的绝缘性。这会在穿过森林的传输线上造成短路或爆炸，从而使输电线路出现故障。

2.5 盗窃造成的故障

大多数输电设备都是布置在野外，缺乏专人看管。在许多地方，塔材、接地线等都被盗窃。这种现象严重威胁着输电线路的安全，给电力传输造成了严重的损失。

3 防外力破坏技术的优缺点

微波技术的监控装置系统以防止微波诱发线盗窃的在线监测系统为基础，使用微波诱导原理在传输线周围10 米范围内探测移动物体，并获得信号以达到现场监测效果。人们认为，破坏或盗窃电力设施往往会产生强烈的振动和噪音，因此使用了加速传感器来收集在输电线路相关设备被盗和使用过滤器和信号处理技术处理噪音时收到的撞击信号[6]。这样也可以很好地跟踪信号塔失窃的现象，雷达探测器是根据多普勒理论开发的监测系统。该系统的特点是高度敏感和广泛的探测范围，是一个高电压线激光探测和警报系统，以防外力引起的输电线路故障。物体和高压线之间的定位距离，由高电压线磁场强度变化值的激光探测和激光向目标和向目标发射所需的时间来确定。根据安全距离参数各个级别的预设值进行预防和警告；当基本警告值或其他预设值超过时，高电压线将自动避免由高电压物体在现场直接破坏，其遥控警报系统和警示警报系统，或通过从控制中心进行的二级操作予以消除；根据相对位置距离进行计算和分析，长期监测高压线以下树木生长的状况，进行高空报警，铁塔倾斜报警，根据传感器探测结果发出撞击警报。

4 总体方案设计

防卫外部力量监测系统分为两个部分，即主现场控制和二级数据处理中心。主现场控制股由一个主机系统和一个安装在邻近铁塔上的从属系统组成。主系统包括主发射机控制单元、接收器雷达、指挥塔防盗雷达、无线通信单元、无线视频单元，声学和光学报警单元和电源单元：奴役系统由发射机主控制单元、传输雷达、塔台防盗雷达和无线通信单元以及电源单元组成，其中包括：发射雷达和接收雷达是使用24.125 千兆赫载波频率的微波探测器。

当外部力量侵入该地区时，警报就会触发；该塔的防爆雷达由安装在塔周围的四个双探测微波红外线传感器组成，能够有效地阻遏陌生人攀登塔和偷窃塔上的材料。无线视频模块包括一个高速球和无视频率服务器，使用户能够通过4G 高速网络视频技术实时观看现场视频；现场警报将是声学和光学警报，以便有效地提醒人员和车辆。该中心由一个数据库平台、一个网络服务平台和一个通信服务器组成。它的作用是与网站的主要控制单位进行信息交流，最后，用户可以通过友好的操作界面进行操作，如发布命令、终端管理、数据查询等。

整个工作流程系统：雷达系统测试单位在警报或报警后通过频道识别警报位置，然后在现场启动无线视频模块，从而通过拦路抢劫来探测。通过RS-485 高速定位器的接口，它指向了现场视频报警位置，通过一个4G 网络从最后一个视频信号上传到后端数据处理中心。主现场控制装置可以同时激活声波和光学报警电源，并将警报终端号码、警报时间和警报位置的信息从GPRS 无线传送到二级监测中心，如图1所示。

5 现场主控单元

5.1 微波雷达

雷达的工作频率是K 波段，采用这一波段的好处是，它是在远离环境噪音的高频率上，因此，探测器在防止假警报方面具有良好的性能。

它由一个发射机和一个接收器组成。发射机将K 波段的振幅调制微波发射机发送给接收者，并由接收者接收。接收到的电波被放大和处理，以确保报警信号的继电器保持电。当有干扰时，接收器收到的能量会发生变化，导致继电器断电，从而引发警报。

一组独立的K 波雷达可以监测1500 英尺的距离。接收器配有自动收益控制装置（AGC），使接收器能够根据控制距离自动调整接收器。其典型的最大保护范围是1500 英尺、直径40 英尺的微波空间。当发射机和接收器之间的距离最大，而接收器的“敏感度”最大时，即达到最大限度。

5.2 杆塔防盗

该系统使用一个红外微波镜像传感器探测防御塔外部力量的情况。这一传感器中使用的MRD 全息成像雷达位移识别技术可以有效地防止假警报。传感器安装在台塔8 至10 米的高度（可根据实际探测区域灵活选择这一高度）。当移动物体接近或爬上塔台时，传感器会发出警报。

5.3 无线视频

无线视频单元由高速球和无线视频服务器组成。

（1）高速球机。这是无线3G 远程监视系统前端的探测部分，它发挥着重要的作用。高速球机可以达到360 度的水平。垂直90 度，它的工作电压为DC12V，其通信介质为RS-485；它的工作电压为DC12V；它的工作负荷为0.5 至0.5 毫米；它的工作负荷为0.5 至0.5毫米。

（2）无线视频服务器。对高速球捕捉到的视频信号进行分析和处理，并最终通过4G 网络发送到数据处理中心，该网络使用各种低扭曲和快速的视频压缩算法，加密效率高，图像质量高，它的电源是应主控制单元的能源管理单元的要求提供的，电压为DC2V，因此，它的电源是由一个独立的中央控制单元提供的。

5.4 视频联动

在安装该系统时，高速球机的前置时间与K 波长雷达和反转传感器的位置相吻合，其通信通过背景监测中心在主控制单元内进行保密。当主控制单元探测到警报时，它会向高速球机发出预定的跳跃命令，以便对入侵现场进行录像，并为获取司法证据提供依据[7]。

5.5 无线通讯

该系统利用各种无线通信手段来适应不同的应用程序。通过4G 网络进行视频通信；基本命令和信息通过GPRS 网络实施：从机与主机之间的通信通过一个小型的自主无线网络进行，覆盖433兆赫。

5.6 供电系统

光伏电源系统使设备能够在连续20 天的降雨和冰层中运行正常工作，在一些最富于风能的地区，可以安装风光互补的能源供应系统。

6 结束语

输电线路是电力运输的主干，对人民日常生活的重大影响是显而易见的。通过监测装置的安装，可以对输电线路进行24 小时的全天监测，对事故进行早期预警，降低了事故发生率，提高了电网的可靠性，直接减少事故造成的经济损失。