輸電線路特性“無線”是最佳方案

　　我國地理環(huán)境多樣，輸電線路具有點多面廣、裸露野外、地勢較高，山區(qū)地形復(fù)雜等情況(見圖1)。電力部門對輸電線路的管理和維護的工作量大，難度高，所面臨主要問題復(fù)雜。下面將圍繞架空輸電線路設(shè)施及周邊情況進行分析。

　　電力架空線路的相關(guān)設(shè)施

　　架空電力線路：桿塔、基礎(chǔ)、拉線、接地裝置、導(dǎo)線、避雷線、金具、絕緣子、爬梯和腳釘，標(biāo)志牌及附屬設(shè)施;

　　電力線路上的變壓器、電容器、斷路器、刀閘、避雷器、互感器及附屬設(shè)施。

　　需要的監(jiān)控范圍

　　沿線環(huán)境：在線路保護區(qū)內(nèi)有建筑、爆破、機耕、鉆探、地下采掘等施工活動、有易燃易爆設(shè)施、有超高生長的植物;有超高的機械;

　　桿塔基礎(chǔ)：基礎(chǔ)周圍土壤有突起、沉陷或水沖刷，或有取土現(xiàn)象;基礎(chǔ)有裂紋、損壞、下沉、上拔、積水或掩埋;基礎(chǔ)保護帽風(fēng)化破碎、裂紋;擋土墻、護坡有隱患;

　　接地裝置：接地引下線與桿塔連接不牢固;接地引下線斷線、銹蝕;接地網(wǎng)外露、損壞、銹蝕;

　　桿塔本體：傾斜、橫擔(dān)彎曲變形;銹蝕、裂紋、部件缺損、銹蝕或連接松動;桿塔上有鳥巢、蛇類、蔓藤類植物纏繞;

　　絕緣子、金具及導(dǎo)地線附件：絕緣子有嚴(yán)重污穢;絕緣子有裂紋、破損或銹蝕;合成絕緣子電蝕或閃絡(luò)痕跡;玻璃絕緣子有自爆或閃絡(luò)痕跡;金具銹蝕、變形、磨損或有裂紋;銷子缺損或脫出;防振錘、間隔棒、均壓環(huán)、阻尼線銹蝕或異常;連接管、預(yù)絞絲異常;

　　線路和接地線：缺損、銹蝕、斷股、燒傷;弛度不平衡，有過緊或過松現(xiàn)象;線路振動、舞動、互纏;懸掛有異物;耐張引流線夾過熱變色、變形、螺絲松動、燒傷;ADSS及外掛線路異常;

　　附件及其它設(shè)施：避雷器及其裝置缺損;故障定位等檢測裝置缺損;線路、相序、回路、桿塔標(biāo)志缺損或模糊不清;警告及防護標(biāo)志缺損或模糊不清;塔頂示高燈及其裝置缺損或失效等等。

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　　實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控需要解決的問題

　　從上述分析可以看出輸電部門對架空輸電線路的安全需求是非常清晰的。根據(jù)我國目前這方面建設(shè)的實際情況，針對它的安全監(jiān)控系統(tǒng)必須要解決以下幾個問題。

　　視頻及環(huán)境數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸問題;

　　現(xiàn)場實時視頻數(shù)據(jù)采集和環(huán)境數(shù)據(jù)的采集問題;

　　線路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備自給供電問題;

　　滿足全天候野外工環(huán)境的適應(yīng)問題;

　　監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺軟件研發(fā)問題。

　　“3G/4G+Mesh”傳輸，太陽能供電

　　針對輸電部門的需求，在利用已有傳輸網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，集成先進的圖像處理技術(shù)、低功耗電源控制技術(shù)、3G/4G通信技術(shù)和Mesh無線局域網(wǎng)技術(shù)、太陽能應(yīng)用技術(shù)、數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)構(gòu)建安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。使用公網(wǎng)無線(3G/4G)和Mesh無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸通道，傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對架空輸電線路的線路、桿塔、塔基周邊情況進行在線實時監(jiān)測。利用太陽能、風(fēng)能和儲能電池的相互配合完成全天候不間斷供電，達到實時監(jiān)控的效果，可極大的提高對架空輸電線路的安全監(jiān)護水平。

　　報警與監(jiān)控相結(jié)合

　　1、通信傳輸子系統(tǒng)

　　公網(wǎng)通信傳輸模式：采用3G/4G自動切換模式。優(yōu)先選用帶寬更大的3G以獲得更好的視頻圖像質(zhì)量，如果在3G沒有覆蓋的地區(qū)，則通信傳輸子系統(tǒng)會自動切換為采用CDMA的通信方式。通信傳輸子系統(tǒng)采用了一系列先進的無線通信技術(shù)(動態(tài)異頻組網(wǎng)技術(shù)、智能功率控制技術(shù)、高級動態(tài)路由調(diào)整技術(shù)、無縫軟切換技術(shù)、視頻優(yōu)化技術(shù)、雙信道智能結(jié)合技術(shù)、多級視頻壓縮緩沖技術(shù)、智能圖像模糊處理技術(shù)等)，從而確保了視頻圖像在傳輸過程中平滑、清晰、流暢，在3G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，最高可支持704×576像素下25幀/S的視頻數(shù)據(jù)流。

　　無線Mesh局域網(wǎng)傳輸模式：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，是一種無線多跳網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，具有自組織、自管理、自愈能力，安全性好、穩(wěn)定性高、覆蓋范圍大，帶寬大，零資費，組網(wǎng)靈活方便等優(yōu)點，是輸電線路無線信息高速公路的最佳傳輸方式。

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　　2、防誤報式 微波入侵報警子系統(tǒng)

　　采用了先進的微波報警器，微波的波長很短，在1mm?1000mm之間，因此很容易被物體反射。微波信號遇到移動物體反射后會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，即經(jīng)反射后的微波信號與發(fā)射波信號的頻率會產(chǎn)生微小的偏移，此時可認(rèn)為報警產(chǎn)生，而傳統(tǒng)的紅外報警主要利用紅外熱效應(yīng)和光電效應(yīng)來探測，易受溫度、光線等環(huán)境因素影響而產(chǎn)生誤報，微波報警則不會受這些因素的影響。微波由于波長較短，穿透力強，玻璃、木板、磚墻等非金屬材料都可穿透，所以不會有探測盲區(qū)。

　　3、前端采集子系統(tǒng)

　　紅外高速球機+智能控制服務(wù)器：智能控制服務(wù)器為定制的低功耗(4-6W)的視頻編碼設(shè)備，主要實現(xiàn)對視頻模擬信號進行H.264編碼壓縮，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)將視頻數(shù)據(jù)進行傳輸。攝像機采用定制的低功耗(白天功耗≤5W)紅外高速球機，紅外高速球機為內(nèi)置自帶變焦鏡頭的高性能數(shù)字信號處理(DSP)攝像機，它是集萬向變速云臺、數(shù)字譯碼器和紅外燈于一體的高科技日夜監(jiān)控產(chǎn)品?？扇我庋杆俣ㄎ患斑B續(xù)追蹤掃描，實現(xiàn)了真正意義上的全方位、無盲點、全天候監(jiān)視;可以自動適應(yīng)環(huán)境明暗和上標(biāo)遠近的變化;它采用全數(shù)碼控制，設(shè)計精巧，最大限度地減少了系統(tǒng)部件之間的可靠性又方便安裝和維護。

　　專用網(wǎng)絡(luò)紅外高速球機：主要實現(xiàn)H.264視頻編碼壓縮并通過無線網(wǎng)絡(luò)進行視頻數(shù)據(jù)傳輸;電源輸入DC 12V，低功耗(白天功耗≤15W)，性能上能夠滿足全天候野外監(jiān)視，球機的拍攝距離為白天250-500米，夜間50米，并且支持28倍變焦，可以進行遠近調(diào)節(jié)。同時該球機還帶有恒溫功能，工作溫度-20~70℃。

　　4、前端供電子系統(tǒng)：太陽能供電單元+遠程電源智能控制器

　　前端供電子系統(tǒng)采用單晶體太陽能電池板，該電池板光電轉(zhuǎn)換效率達到20%。且充電特性曲線平滑，從而有效延長了供電子系統(tǒng)的使用壽命。

　　遠程電源智能控制器主要完成前端電源系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，包括遠程控制電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)、告警分析和聯(lián)動控制等功能(如圖2示)。

　　5、后臺管理子系統(tǒng)

　　后臺管理子系統(tǒng)的主要模塊包括視頻管理服務(wù)器、存儲服務(wù)、移動視頻網(wǎng)關(guān)服務(wù)、站點注冊服務(wù)、短信貓服務(wù)、軟件狗、遠程智能電源管理服務(wù)以及遠程監(jiān)控子系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)功能

　　電力線路及桿塔視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本功能如下：

　　監(jiān)視距離：白天可視距離為500米以內(nèi)，夜間50米以內(nèi)電力輸電線路運行狀況(效果如圖3示);

　　監(jiān)視內(nèi)容：能實時監(jiān)控電力輸電線路及桿塔狀態(tài)，能清楚的看到絕緣子的狀況，當(dāng)塔下有人作業(yè)或是有人爬塔時能看到人臉;

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　　電話啟動：手機或值班座機響鈴(免資費)遠程控制監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控輸電線路狀況，啟動回傳視頻和錄像，可設(shè)置時間自動關(guān)閉前端錄像;

　　短信啟動：可通過手機短信方式來控制監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控輸電狀況，啟動回傳視頻和錄像，可設(shè)置時間自動啟動和關(guān)閉系統(tǒng);

　　定時啟動：預(yù)先設(shè)置某個時間段自動啟動桿塔視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在規(guī)定的時間段完成工作后自動關(guān)閉前端視頻監(jiān)視;

　　攝像機預(yù)置位：可預(yù)先設(shè)置針對桿塔不同角度的拍攝位置，便于多角度遠程監(jiān)視桿塔周邊情況。當(dāng)紅外報警發(fā)生后，自動鎖定監(jiān)控目標(biāo)位置，拍攝回傳視頻錄像;

　　拍照功能：人為破壞或異常情況發(fā)生時，可啟動拍照功能，抓拍圖像，通過無線網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)胶笈_管理系統(tǒng)或者移動終端;

　　微波報警：采用智能控制器自動分析報警行為，可以避免小動物及鳥類經(jīng)過監(jiān)視點發(fā)生的頻繁報警誤報;

　　聯(lián)動報警：報警探頭探測到有人為破壞電力設(shè)施行為或異常情況發(fā)生時，前端采集單元自動錄像，把所監(jiān)控到的圖像傳到后臺監(jiān)控中心觸發(fā)報警，并自動發(fā)送短信通知相關(guān)人員;

　　遠程喊話預(yù)警：當(dāng)人為破壞發(fā)生時，值班人員可同時遠程喊話進行威懾，防止破壞的發(fā)生;

　　權(quán)限設(shè)置：對用戶設(shè)置不同的控制訪問權(quán)限，利用手機和后臺管理系統(tǒng)修改系統(tǒng)參數(shù)，提高系統(tǒng)運行的安全性;

　　錄像存儲回放：在運行過程中會自動錄像并保存，便于查看及分析數(shù)據(jù);

　　電子地圖管理：在地圖上可以標(biāo)記出野外鐵塔監(jiān)視點的位置信息，并能在地圖上直接查看視點現(xiàn)場情況;

　　多方式遠程監(jiān)控：電力綜合視訊平臺、智能手機、遠程WEB以及客戶端實時監(jiān)控。

　　不同網(wǎng)絡(luò)制式適合不同環(huán)境

　　1、3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)

　　適用于被監(jiān)控對象在物理位置上不規(guī)則布局，監(jiān)控點零星分布;

　　傳輸采用運營商的3G網(wǎng)絡(luò)，所有的電力桿塔的監(jiān)控視頻通過3G網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)控中心視頻管理服務(wù)器進行匯集;3G資費需要參考當(dāng)?shù)剡\營商的標(biāo)準(zhǔn);

　　每個桿塔監(jiān)控點的都需要配置3G通信模塊;

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　　監(jiān)控中心視頻管理服務(wù)器負(fù)責(zé)所有桿塔監(jiān)控點的設(shè)備管理、視頻調(diào)度、告警管理、錄像管理以及設(shè)備控制。系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)流均需要經(jīng)過視頻管理服務(wù)器進行鑒權(quán)和轉(zhuǎn)發(fā);

　　監(jiān)控中心視頻管理服務(wù)器必須分配廣域網(wǎng)的IP地址，并實現(xiàn)廣域網(wǎng)IP地址到內(nèi)網(wǎng)IP地址的映射;系統(tǒng)安全性存在一定隱患;

　　系統(tǒng)支持以Web頁面的方式提供給遠程Web用戶訪問;

　　電力桿塔視頻可以無縫接入電力綜合視訊視頻平臺，方便用戶統(tǒng)一管理。

　　2、Mesh無線網(wǎng)絡(luò)

　　適用于被監(jiān)控點沿線規(guī)則布局，如某架空輸電線路;或者被監(jiān)控點集中在方圓5公里內(nèi);

　　Mesh無線局域網(wǎng)絡(luò)中相鄰兩個節(jié)點最大視距范圍為10-15公里，如果某個節(jié)點出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將自動尋找相鄰節(jié)點，完成網(wǎng)絡(luò)自動恢復(fù)，同時系統(tǒng)會產(chǎn)生節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中斷告警;

　　Mesh無線局域網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點具有半徑200米左右的信號覆蓋區(qū)域，可以實現(xiàn)巡檢作業(yè)等功能應(yīng)用;

　　傳輸采用自行組建的Mesh無線局域網(wǎng)絡(luò)，無需資費;每個監(jiān)控點視頻都通過Mesh網(wǎng)絡(luò)匯聚到所屬變電站，變電站通過電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)將監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的視頻管理服務(wù)器;

　　所屬變電站需要配置Mesh中繼模塊，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)到有線網(wǎng)絡(luò)的自動切換;

　　無線局域網(wǎng)絡(luò)中的桿塔監(jiān)控點到所屬變電站的數(shù)據(jù)帶寬為10Mbps-20Mbps;

　　監(jiān)控中心視頻管理服務(wù)器負(fù)責(zé)所有桿塔監(jiān)控點的設(shè)備管理、視頻調(diào)度、告警管理、錄像管理以及設(shè)備控制。系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)流均需要經(jīng)過視頻管理服務(wù)器進行鑒權(quán)和轉(zhuǎn)發(fā);

　　監(jiān)控中心視頻管理服務(wù)器屬于內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器，只需分配內(nèi)網(wǎng)的IP地址就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問，安全性高;

　　系統(tǒng)支持以Web頁面的方式提供給遠程Web用戶訪問;

　　電力桿塔視頻可以無縫接入電力綜合視訊視頻平臺，方便用戶統(tǒng)一管理。

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