输配电线路集成式防外破监测系统的设计及应用

2021-03-27侯元红白婷薛顺海李锐陈芳

中国设备工程 2021年5期

侯元红，白婷，薛顺海，李锐，陈芳

（国网青海省电力公司黄化供电公司，青海黄化 811200）

国家电网有限公司科技项目（5228041900RQ）资助。

电力在保障国民经济发展方面具有重要作用，提高电力系统运行的安全性和稳定性，有利于提高电网的供电可靠性。输配电线路作为电力系统的重要组成部分，其运行环境较为复杂多变，并且容易遭受到外力的破坏，包括人为因素和自然条件因素，给电力系统的运行安全带来了较大的风险。采用人工对输配电线路进行巡检的方式效率较低，也给输配电线路运维人员带来较大的生产压力。为了实时掌握输配电线路的运行状态信息，有必要采用输配电线路防外破监测系统，本文对该输配电线路集成式防外破监测系统的设计方法进行了阐述。

1 输配电线路防外破监测系统

目前，社会对电力的依赖性越来越强，有必要采用先进的科学技术保证电力系统的安全。在电力企业输配电线路的运维中，采用输配电线路防外破监测系统具有较高的实际应用价值。目前，输配电线路防外破监测系统有采用红外线或者激光作为传感器，当线路有外界物体入侵时，激光会被遮挡，此时，可以认为输配电线路可能遭受了外界物体的入侵，并发出监测预警信息。本文主要根据当前输配电线路防外力破坏的现状，介绍基于摄像头、红外线探测和激光雷达技术的输配电线路集成式防外破坏监测系统，包括输配电线路集成式防外破坏监测系统的原理、输配电线路集成式防外破坏监测系统的设计方法和输配电线路集成式防外破坏监测系统中的数据交互技术等内容。

2 输配电线路集成式防外破坏监测系统的设计

2.1 输配电线路集成式防外破坏监测系统的原理

在设计输配电线路集成式防外破坏监测系统之前，需要先建立输配电线路集成式防外破坏监测系统的模型。输配电线路集成式防外破坏监测系统应具备远程集中监控、发出预警信息、分析统计和信息记录等功能。在输配电线路集成式防外破坏监测系统的基本结构中，包括微控制单元、摄像头、激光雷达和红外探测器、监控系统等模块。微控制单元可以用来进行信息数据的转换和处理。摄像头、激光雷达和红外探测器可以将采集的数据信息转化为模拟信号，之后再将这些数据信息传输到微控制单元中，进一步转为数字信号。经过分析计算，如果外界入侵物体和输配电线路之间的距离较小，可能会导致输配电线路出现破坏，则启动警示器模块，并将处理好的信息通过无线通信网络传输到远程监控系统中。数据库系统可以存放历史数据信息，并可以进行分析统计，得出哪些输配电线路遭受外力破坏的风险较大。通过该输配电线路集成式防外破坏监测系统，可以得到发生警示信息的线路位置和时间等。

2.2 输配电线路集成式防外破坏监测系统的设计

图1 微控制单元中的芯片基本工作流程图

输配电线路集成式防外破坏监测系统的设计主要包括检测模块的设计、微控制单元模块的设计、电源系统的设计、监控系统的设计等。利用摄像头、激光雷达、红外探测器等进行综合感应，可以提高监测效果，降低出现误报的概率。微控制单元模块的设计是输配电线路集成式防外破坏监测系统设计的关键，图1为微控制单元中的芯片基本工作流程图。微控制单元中的芯片应具备无线通信和串口通信等功能，能够进行数据的分析、处理及上传到监控系统。在上图1微控制单元中的芯片基本工作流程图中，如果芯片接收到了数据输入的指令后，则进行系统的配置，创建任务并进行数据解析，完成对采集到的输配电防外力破坏数据信息的处理。此外，对于输配电线路集成式防外破坏监测系统中的电源模块，可以采用太阳能电池板和蓄电池储能相结合的方式。当天气条件较好的时候，则通过太阳能电池板进行供电。当天气条件较为恶劣时，则通过蓄电池放电给装置进行供电，如此保证不间断供电。对于监控系统的设计，则包括后台服务器和移动监控终端等，应支持查看输配电线路防外破监测信息和发送操作指令等。

3 输配电线路集成式防外破坏监测系统中的数据交互及应用

3.1 输配电线路集成式防外破坏监测系统中的数据交互技术

对于输配电线路集成式防外破坏监测系统中的数据交互技术，输配电摄像头、各个传感器和控制模块之间都需要进行数据的交互和共享，保证控制效果。同时，统一的通信规约协议也是数据交互技术中的关键要点，只有通信规约一致，才能够实现数据之间的高效交互，图2为输配电线路集成式防外破坏监测系统中的数据交互及流向图。

图2 输配电线路集成式防外破坏监测系统中的数据交互及流向

在图2中，输配电线路防外破控制装置可以将数据信息发送到云平台，进行集中统一分析和处理。在云平台的构建中，可以采用虚拟化云计算技术，虚拟化技术是云计算中的关键技术之一，虚拟化技术有很多实现方式，比如，根据虚拟化的程度和级别，可以分为软件虚拟化和硬件虚拟化、全虚拟化和半虚拟化。利用虚拟化云计算构建输配电线路防外破监测云平台，从而提高对数据进行计算的效率，使得输配电线路的运维人员能够更加便捷地掌握输配电线路的运行信息。

3.2 输配电线路集成式防外破坏监测系统的应用分析

为了保证输配电线路集成式防外破坏监测系统在实际中具有较好的应用效果，系统应具备以下功能：一是监控能力高，系统能够从多个角度、多个方向对输配电线路进行监测，并通过摄像头对输配电线路进行抓拍和录像。二是能够实时发出预警信息，并将监测和预警信息上传到监控系统中。三是持续供电的能力，保证输配电线路防外破监测装置不会出现因为供电中断导致不能正常工作的情况。采用本文所述的输配电线路集成式防外破坏监测系统，能够保障输配电线路的安全稳定运行，在实际中也取得了较好的应用效果。