输电线路智能视频监控系统的研究与应用

2022-02-22杨金明张少成

今日自动化 2022年11期

杨金明，张少成，仲坚

（江苏祥泰电力实业有限公司，江苏泰州 225300）

在电力行业中，变电站远程影像监测技术已相当成熟，前端摄像头、解码器、服务器等都得到了广泛应用，并且效果良好，可以看出视频技术已相当成熟。但是，在野外中，由于受到线路限制，远距离图像监测发展和使用还不够充分，再加上早期太阳能供电技术尚未普及，使得电力系统的远距离成像监测受到了制约。近几年，随着科研和生产单位的不断努力，电力系统远程监测技术迎来全新发展机遇，通过运用无线网络、太阳能供电等新技术，对线路状态进行远程监测，使操作人员在监测中心内便能够实时地看到线路的全貌，对设备的故障进行检测与排除，提高了生产效率，保证了设备的正常使用。

1 输电线路视频监控系统的功能

1.1 线路危险点周围环境的监控

输电线路是电网的重要组成部分，长距离电力传输的主要支撑便是输电线路，因此，输电线路的安全运行对电网的安全和效益起着决定性的作用。目前，我国输电线路绵延几十万km，分布范围很广，线路所经过的地区地形地貌以及自然条件十分复杂，很多线路跨越铁路、公路、山川河流。因此对输电线路的巡查和监视工作显得尤为重要，在危险区域设置监测装置，不但可以减轻员工工作强度，而且可以及时地发现威胁电力系统的各类危险因素，从而防止因事故而造成的故障。

1.2 防线路偷盗事故

由于输电线路分布广泛，而且一般裸露在野外，因此，铁塔金属构件、电力设备、电能本身等都成为不法分子的偷盗目标。输电线路被盗，不仅给电网带来巨大经济损失，而且还带来了诸多严重安全事故，使人们生命安全受到极大威胁。通过使用线路视频监视，并紧密地与防盗报警器相结合，可实现远距离报警。全天候监控能及时发现盗窃现象，且现场一旦出现盗窃线路行为会发出警报声，从而有效防止盗窃行为。在盗窃事件发生后，通过视频监控，可以为公安机关提供犯罪线索，使输电线路的安全得到最大限度保障，从而降低事故发生。

1.3 防线路覆冰

我国幅员辽阔，自然环境变化复杂，冬季部分地区输电线路覆冰现象十分严重，造成线路机械性能和电气性能降低，极易引发安全事故。对输电线路覆冰进行监控，可根据线路上覆盖冰情状况采取相应预防措施，减少输电线路的安全隐患。对于轻量覆冰，可采取调整线路负载、增大电流等措施，以消除覆冰，排除危险。而对于严重的冰雪覆盖，尽管无法马上得到解决，但是可以通过监控录像及时采取冰雪融化措施，从而使电力系统运行在最佳状态。

1.4 线路导线舞动、风偏变化监控

引起线路舞动的原因众说纷纭，至今尚无统一观点。气象条件、施工条件、线路使用分裂线路等都会引起线路舞动。特别是在输电线路上进行分割，子导线间会相互影响，使输电线路舞动更加严重。而通过在多条输电线路上安装舞动监控设备，能够为研究导线舞动成因提供有价值的参考。同时，在输电线路上安装视频监控设备，能够对线路舞动现象进行实时监控，并将线路舞动信息更加准确、清晰、及时地传递给操作人员。将视频监控设备与导线舞动设备相结合，实时监测线路舞动，可以为控制和研究线路的舞动提供重要数据支撑，是进行线路舞动分析的基础。

2 常见的威胁输电线路安全运行的行为

（1）在输电线路保护范围内，使用大型机械进行施工，如吊车、挖掘机等机械在电线下工作时，由于与电线距离不足，引起线路对机械放电，致使线路短路。因此，在电力系统的保护范围内发生大规模作业时，应能及时发现并发出警报。

（2）未经许可攀爬杆塔。输电线路杆塔、导线、电缆接地引线、绝缘子均压环等都是被偷盗的对象，要偷盗这些部件，必然会爬上杆塔，因此有必要对未经许可的攀爬杆塔行为进行报警。

（3）山体滑坡威胁线路安全。由于杆塔可能处于易滑坡区，滑坡对杆塔的安全会构成极大的威胁，因此必须对其进行监测。

（4）漂浮物、鸟窝悬挂在杆塔上会威胁线路安全运行。大风过后，输电线路上往往会出现一些漂浮的物体，需对其监视。

3 线路视频监控关键技术

视频监控具有较的长发展历史，一开始是在大楼、银行等场所使用，但随着时间推移，监控系统也逐渐完善，之后电力公司、变电站纷纷采用视频监控。在电网改造中，视频监控系统得到了广泛应用。虽然将视频监控技术引入到电力传输线路监控的研究相对滞后，而输电线路的视频监控技术也有其自身的特点。

3.1 低功耗技术和太阳能供电

视频监控系统通常都是在输电线路的杆塔上设置的，如果用电缆线来实现视频监控的话，那么需要耗费的电力和资源就会变得非常昂贵。此外，由于电力传输中没有低压交流电，因此电力传输中的视频监测系统采用的是太阳能供电。视频监控的电源设备是通过太阳能电池板来吸收太阳能，将其转化为电能，并储存在太阳能电池中。太阳能电力供应管理系统主要包括太储光伏组件、光伏控制器、蓄电池和太阳能管理控制电路，为电力传输线的视频监控系统的全部硬件设备提供动力。需要注意的是，在电缆塔上安装太阳能装置时，所有太阳能装置皆不能超过12 V，并且，需将太阳能电池板控制在30 cm×30 cm 内，10～15 W。针对雨雪天气的不利影响，采用低能耗的晶片，以确保在雨、雪的情况下仍能使用3～5 d。该电力系统采用锂电池作为能量存储装置，为保证其高速充电和放电的前提下，利用两组锂电池进行充放电；利用太阳能光伏控制器对两套锂电池进行交替充电和放电，既能确保锂电池的安全、稳定运行，又能为嵌入式系统的硬件平台供电。此外，在安装太阳能发电系统时，应特别留意太阳能装置的最佳安装角度及方向，以确保系统的安全，并使其达到最大功率。太阳能系统供电原理图如图1所示。输电线路视频监控系统整个硬件包括太阳能供电系统和嵌入式硬件平台两部分，如图2所示。

图1 太阳能系统供电原理

图2 监控节点硬件结构

3.2 防恶劣环境技术

由于输电线路分布广泛，一些地方的自然环境十分恶劣，对输电线路造成极大影响。在这种情况下，如何更好地保护电力传输线和视频监控系统的安全是一个非常关键的问题。因此，在特定区域内，对线路视频监控系统进行抗恶劣环境技术的研究与应用尤为重要。例如，线路监测系统的设备外壳为最基本保护设备，因此，其必须具备良好的防电磁干扰、通风、防水、防锈、防冻等性能。

4 前端监控子系统

4.1 摄像机选择

该系统采用高速球形摄像头作为前端监测子系统，本摄像机能适应各种光照环境，采集图像清晰。摄像机设计为高速水平360°无限旋转、210°垂直旋转，可进行较大范围的精密监视，且摄像机具有安装简单等优点，可迅速拆卸。这种特性使得摄像机能够适应不同的安装环境，适合于复杂的环境和气候条件下的传输线智能视频监测。它本身具有的智能分析能力，能够满足普通的智能图像识别和语音报警需求。

4.2 安装位置的选择

该系统采用摄像机可实现15°仰视、210°垂直转动，并在户外环境中容易受到大风的影响而产生振动。所以，在安装摄像头时，必须要选择适当的位置，并依据监测目标的不同而选用下列安装地点。

（1）对线路通道进行监视。选择海拔高度及塔高较高的杆塔，安装在上横担下部的塔腿上。安装在此位置监控范围最远，也可预防摄像机抖动引发后聚焦模糊。

（2）监控电线的弧度。选择观测档内呼称高较高的杆塔，安装在下横担与下相导线弧垂最低点水平线之间中心点部位的塔腿上。

5 线路视频监控系统的应用

5.1 监测外力机械入侵

当前，随着城市化进程的加速，城市建筑工程也在逐步加强，一些大型工程设备在施工过程中因疏忽而触电，造成线路短路，严重危及电网的安全、供电正常运行，严重影响社会生产、人民群众正常生活。在机械设备进入输电线路时，线路视频监控系统能对设备进行定位、分析和跟踪，在威胁到电力线路安全的情况下，触发报警信号，发送报警信息，能够有效防止外部机械造成的破坏。