輸電線路特性“無(wú)線”是最佳方案

　　我國(guó)地理環(huán)境多樣，輸電線路具有點(diǎn)多面廣、裸露野外、地勢(shì)較高，山區(qū)地形復(fù)雜等情況(見(jiàn)圖1)。電力部門對(duì)輸電線路的管理和維護(hù)的工作量大，難度高，所面臨主要問(wèn)題復(fù)雜。下面將圍繞架空輸電線路設(shè)施及周邊情況進(jìn)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(hù)區(qū)內(nèi)有建筑、爆破、機(jī)耕、鉆探、地下采掘等施工活動(dòng)、有易燃易爆設(shè)施、有超高生長(zhǎng)的植物;有超高的機(jī)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(hù)帽風(fēng)化破碎、裂紋;擋土墻、護(hù)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(dòng);桿塔上有鳥(niǎo)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(guò)緊或過(guò)松現(xiàn)象;線路振動(dòng)、舞動(dòng)、互纏;懸掛有異物;耐張引流線夾過(guò)熱變色、變形、螺絲松動(dòng)、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(cè)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(hù)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控需要解決的問(wèn)題

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

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

　　現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)采集和環(huán)境數(shù)據(jù)的采集問(wèn)題;

　　線路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備自給供電問(wèn)題;

　　滿足全天候野外工環(huán)境的適應(yīng)問(wèn)題;

　　監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺(tái)軟件研發(fā)問(wèn)題。

　　“3G/4G+Mesh”傳輸，太陽(yáng)能供電

　　針對(duì)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(jìn)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(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)、太陽(yáng)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(wú)線(3G/4G)和Mesh無(wú)線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸通道，傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)架空輸電線路的線路、桿塔、塔基周邊情況進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。利用太陽(yáng)能、風(fēng)能和儲(chǔ)能電池的相互配合完成全天候不間斷供電，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果，可極大的提高對(duì)架空輸電線路的安全監(jiān)護(hù)水平。

　　報(bào)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(dòng)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(méi)有覆蓋的地區(qū)，則通信傳輸子系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)(動(dòng)態(tài)異頻組網(wǎng)技術(shù)、智能功率控制技術(shù)、高級(jí)動(dòng)態(tài)路由調(diào)整技術(shù)、無(wú)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(jí)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(guò)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(wú)線Mesh局域網(wǎng)傳輸模式：無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)，是一種無(wú)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(fèi)，組網(wǎng)靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，是輸電線路無(wú)線信息高速公路的最佳傳輸方式。

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　　2、防誤報(bào)式 微波入侵報(bào)警子系統(tǒng)

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

　　3、前端采集子系統(tǒng)

　　紅外高速球機(jī)+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(shí)現(xiàn)對(duì)視頻模擬信號(hào)進(jìn)行H.264編碼壓縮，然后通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。攝像機(jī)采用定制的低功耗(白天功耗≤5W)紅外高速球機(jī)，紅外高速球機(jī)為內(nèi)置自帶變焦鏡頭的高性能數(shù)字信號(hào)處理(DSP)攝像機(jī)，它是集萬(wàn)向變速云臺(tái)、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(shí)現(xiàn)了真正意義上的全方位、無(wú)盲點(diǎn)、全天候監(jiān)視;可以自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境明暗和上標(biāo)遠(yuǎn)近的變化;它采用全數(shù)碼控制，設(shè)計(jì)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(hù)。

　　專用網(wǎng)絡(luò)紅外高速球機(jī)：主要實(shí)現(xiàn)H.264視頻編碼壓縮并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(jī)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(jìn)行遠(yuǎn)近調(diào)節(jié)。同時(shí)該球機(jī)還帶有恒溫功能，工作溫度-20~70℃。

　　4、前端供電子系統(tǒng)：太陽(yáng)能供電單元+遠(yuǎn)程電源智能控制器

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

　　遠(yuǎn)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(yuǎn)程控制電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)、告警分析和聯(lián)動(dòng)控制等功能(如圖2示)。

　　5、后臺(tái)管理子系統(tǒng)

　　后臺(tái)管理子系統(tǒng)的主要模塊包括視頻管理服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)、移動(dòng)視頻網(wǎng)關(guān)服務(wù)、站點(diǎn)注冊(cè)服務(wù)、短信貓服務(wù)、軟件狗、遠(yuǎn)程智能電源管理服務(wù)以及遠(yuǎn)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(yùn)行狀況(效果如圖3示);

　　監(jiān)視內(nèi)容：能實(shí)時(shí)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(shí)能看到人臉;

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　　電話啟動(dòng)：手機(jī)或值班座機(jī)響鈴(免資費(fèi))遠(yuǎn)程控制監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控輸電線路狀況，啟動(dòng)回傳視頻和錄像，可設(shè)置時(shí)間自動(dòng)關(guān)閉前端錄像;

　　短信啟動(dòng)：可通過(guò)手機(jī)短信方式來(lái)控制監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控輸電狀況，啟動(dòng)回傳視頻和錄像，可設(shè)置時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)和關(guān)閉系統(tǒng);

　　定時(shí)啟動(dòng)：預(yù)先設(shè)置某個(gè)時(shí)間段自動(dòng)啟動(dòng)桿塔視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在規(guī)定的時(shí)間段完成工作后自動(dòng)關(guān)閉前端視頻監(jiān)視;

　　攝像機(jī)預(yù)置位：可預(yù)先設(shè)置針對(duì)桿塔不同角度的拍攝位置，便于多角度遠(yuǎn)程監(jiān)視桿塔周邊情況。當(dāng)紅外報(bào)警發(fā)生后，自動(dòng)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(shí)，可啟動(dòng)拍照功能，抓拍圖像，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶笈_(tái)管理系統(tǒng)或者移動(dòng)終端;

　　微波報(bào)警：采用智能控制器自動(dòng)分析報(bào)警行為，可以避免小動(dòng)物及鳥(niǎo)類經(jīng)過(guò)監(jiān)視點(diǎn)發(fā)生的頻繁報(bào)警誤報(bào);

　　聯(lián)動(dòng)報(bào)警：報(bào)警探頭探測(cè)到有人為破壞電力設(shè)施行為或異常情況發(fā)生時(shí)，前端采集單元自動(dòng)錄像，把所監(jiān)控到的圖像傳到后臺(tái)監(jiān)控中心觸發(fā)報(bào)警，并自動(dòng)發(fā)送短信通知相關(guān)人員;

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

　　權(quán)限設(shè)置：對(duì)用戶設(shè)置不同的控制訪問(wèn)權(quán)限，利用手機(jī)和后臺(tái)管理系統(tǒng)修改系統(tǒng)參數(shù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性;

　　錄像存儲(chǔ)回放：在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)自動(dòng)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(diǎn)的位置信息，并能在地圖上直接查看視點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況;

　　多方式遠(yuǎn)程監(jiān)控：電力綜合視訊平臺(tái)、智能手機(jī)、遠(yuǎn)程WEB以及客戶端實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　不同網(wǎng)絡(luò)制式適合不同環(huán)境

　　1、3G/4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

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

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

　　每個(gè)桿塔監(jiān)控點(diǎn)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(diǎn)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(guò)視頻管理服務(wù)器進(jìn)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(shí)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(yè)面的方式提供給遠(yuǎn)程Web用戶訪問(wèn);

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

　　2、Mesh無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

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

　　Mesh無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)中相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)最大視距范圍為10-15公里，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將自動(dòng)尋找相鄰節(jié)點(diǎn)，完成網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)恢復(fù)，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中斷告警;

　　Mesh無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有半徑200米左右的信號(hào)覆蓋區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)巡檢作業(yè)等功能應(yīng)用;

　　傳輸采用自行組建的Mesh無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需資費(fèi);每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)視頻都通過(guò)Mesh網(wǎng)絡(luò)匯聚到所屬變電站，變電站通過(guò)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(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)到有線網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)切換;

　　無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)中的桿塔監(jiān)控點(diǎn)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(diǎn)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(guò)視頻管理服務(wù)器進(jìn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)，安全性高;

　　系統(tǒng)支持以Web頁(yè)面的方式提供給遠(yuǎn)程Web用戶訪問(wèn);

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

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