摘要：因外力破坏隐患具有隐患点多、分布散和违章作业的发生时间随机等特点，仅凭人力无法对外力破坏隐患点进行有效的监测，导致各单位在外力破坏上已采取了许多措施，但仍发生外力破坏事故。本论文通过研究先进的输电线路防外力破坏技术，搭建了架空输电线路防外力破坏的预警系统，实现对外力破坏隐患点进行实时、远程监测，及时掌握隐患点的施工情况，当影响输电线路安全运行时，远程发出预警信息并通过短信及时告知线路运维人员，以便及时制止外力破坏行为。
关键词：输电线路；外力破坏；预警技术；应用研究
1外力破坏类型
随着时代的发展，输电线路不断地建设到全国乃至世界各个领域。但是，输电线路大多处于复杂的地理环境当中，容易遭受恶劣的天气影响，同时，人类的活动也容易对其造成损害。近年来，由于施工建设，输电线路受到破坏，导致线路停电的事故发生概率有所上升，不得不引起人们的关注与重视。目前，输电线路易遭受外力破坏类型包括机械碰线、异物短路、线路覆冰、雷击以及其他类型破坏如山火等，表1对某地受外力破坏类型以及发生次数进行了统计。通过对该输电线路遭受外力破坏情况可以看出，2011年以来，输电线路遭受破坏的原因中，由于施工建设导致的吊车等违章作业破坏线路情况最多，其余多为环境破坏因素。如果不能提前判断危险即将发生，对事故进行预防，供电公司就只能在事故发生后，进行线路的抢修，造成检修困难以及经济损失。因此，输电线路防外力破坏预警技术的关键点在于对入侵目标进行预判断，通过预警使工作人员在事故发生前了解现场情况，制止事故的发生。
表1
2硬件设计方案
2.1视频模块硬件设计
所谓智能视频监测分机采用的设计为模块化的设计，包含视频采集和处理模块、通讯模块和电源模块等主要模块。具体流程为：云台摄像机将采集到的模拟视频信号送到视频采集模块，经过解码处理后得到数字信号，送入视频处理模块来完成分析处理，其中包括相关差异化算法。如果输电现场遇到了危险，就会在系统控制中心显示出来，并通过无线传输方式把报警信号实时发送到后台的监控中心或者工作人员的手机上进行报警，及时发现故障。本系统的视频处理模块选择TMS320芯片，进行数字视频信号的采集、传输、分析、处理和存储工作。系统调用DSP中的视频差异化算法完成数据的进一步分析工作，并且进行编码压缩处理进而存入硬盘。存储模块主要包括连接在DSP控制器上IO扩展接口上。摄像机的拍摄效果与智能分析部分密切相关，影响着识别算法的难易程度和结果的准确性，因而将其作为防外力破坏监测系统的最前端装置。整个系统至关重要的环节是摄像机的选取考虑到该系统的应用特点，本文采用的摄像机为带云台的可见光模拟红外高清摄像机来调节摄像机的各种参数，包括焦距、光圈和预制位等。本系统的视频采集和解码模块采用的是TVP1574视频解码芯片。视频处理模块应用TMS320芯片。通过这两种芯片的选取来完成数据的采集和处理工作，以便后期数据存储和传输。在完成数据分析后，结合视频差异化处理来将所得的数据作编码压缩处理，或者存于硬盘中。所谓存储模块是连接在控制器上用作储存启动文件和存储文件的系统。
2.2雷达模块硬件设计
雷达模块内部有对地扇形区域监测雷达、空间三维重力加速度传感器、电池系统、线上取电单元等组成。对地雷达实时采集扇形区域内的各项运动参数，因为现场可能会因为导线舞动和弧线垂度变化，造成对地垂直距离的测量发生偏移，针对此情况，系统采用三维度重力加速度传感器，计算其发生的偏移角度，计算垂直和水平距离，准确定位物体位置以及高度参数。其供电系统完全采用线上单元取电，由电流互感器采集实时变动电流，通过电流控制系统，平稳电流输入单元电池内，完成储电，由电池完成单元供电。线上单元内加入了导线测温传感器，实时与运动参数一起输入给塔上监测分机，采用短波形式与分机进行交互，完成线上采集汇总输送。
2.3预警模块设计
（1）现场报警。现场监测到由外物入侵，就会产生报警。将视频模块与报警模块结合起来，如果现场有入侵物体出现，则视频监测分析单元开关就会打开，进而触发喊话喇叭报警。
（2）监控中心报警。在现场报警的基础上，还要设计监控中心对报警模块进行控制，在监控中心的会安装智能分析软件，提醒工作人员注意输电线路安全。
（3）报警器连接。报警器的连接包括声光报警两个部分，高音喇叭和交流负载接收到主控制器命令后，电路联通，发出报警。
3软件设计方案
3.1超声测距装置
超声波测距模块软件指令发送流程如图2所示[7]。超声波测距模块KS103利用I2C接口与线上测距装置MCU通信，自动响应单片机控制指令。本文使用0xb0指令，超声波测距模块的探测范围为0-5200mm，返回单位为mm的距离测量数据，MCU直接读取该数据。基于指令0xb0的最大探测时间约为33ms，有足够的时间使系统在设计指标的响应时间内完成语音报警。
3.2现场报警装置
打开电源后，首先对单片机、无线模块、Flash模块等硬件初始化，然后调用无线接收模块子程序，无线模块在等待接收数据过程中，如果收到线上测距装置发送来的预警距离信号，就触发MP3播放子程序，播放语音告警数据，同时，通过GPRSDTU通信模块将预警信息传送给远端预警平台或短信通知线路维护管理人员。
3.3远端监控装置
远端预警装置软件具有实时监测、系统配置、用户管理、历史查询、应急预案、电话调度、的功能。根据功能需求，预警平台软件包括四部分：数据获取、数据分析、数据输出和数据显示。数据获取接收来自现场告警终端通过GPRS网络传输过来的数据；数据分析用于保存和分析获取的预警数据；数据显示用于将数据分析出的数据在预警平台软件界面上显示出来；预警输出用于监控中心以交互形式向管理人员以短信形式下发预警信息。
图1
表2
4试验验证
对输电线路防外力破坏预警系统进行试验验证，在某条110kV输电线路和某条220kV输电线路进行了现场测试试验。将检测装置安装在输电线路附近施工吊车的吊臂顶端，报警装置安装在作业室内。图1中左图为110kV试验现场，右图为220kV试验现场。110kV电压等级输电线设定5m为报警距离，220kV电压等级输电线设定7m为报警距离，现场测试数据如表2所示。从表2可以看出，当安装检测装置的吊臂顶端与输电线的距离小于设定阈值时，报警装置实行本地声光报警，同时监控APP能够显示检测装置处于危险环境中；当距离大于设定阈值时，报警装置不进行声光报警，监控APP显示检测装置处于安全状态，同时通过后台管理系统能够查看到上述的状态。试验表明，输电线路防外力破坏预警系统能够满足不同电压等级下不同安全距离的外力入侵危险预警。测试结果满足实际工程需求，能够实现输电线路输电线路附近大型机械设备施工车辆的防外力破坏预警工作的需求。
5结束语
本文结合电力企业对输电线路防外力破坏的实际需求及实践经验，将电场检测传感器应用到输电线路的防外力破坏预警中，研究了基于电场传感器的输电线路新型防外力破坏技术，开发输电线路防外力破坏预警系统，以此提高了电力部门的工作效率，提高供电可靠性，对电网的安全稳定运行具有重要意义。
参考文献
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[2]段树忠,魏可强.输电线路主动预警式防外力破坏监控系统研究[J].城市建设理论研究(电子版),2017,15:6.
[3]李国鹏,季鹏程,陈怡,徐宏福,李志彬.基于分布式结构输电线路防外力破坏检测与预警系统设计[J].电子设计工程,2016,2424:95-97.
论文作者:邓伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
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