摘要：本文对输电设备受外力破坏引起的故障事件进行汇总分析，根据声光及电磁感应原理设计并研制出具有声光报警功能的防外力破坏警示装置，其是基于太阳能供电、无线实时图像传输、联动报警、喊话功能的远程监控运用系统。通过现场应用有效的预防和降低了输电线路故障率，确保电力设备的安全有效运行，从一定程度上提高了输电线路的智能化运行水平。
关键词：输电线路；外力破坏；线路故障；警示装置
1、背景
近年来，随着输变电设备的快速发展，电网规模越来越大，输电线路路径长、区域跨度大，点多面广，且不同电压等级的输电线路相互交错，而且跨越公路、铁路（含高铁）、工农业及居民建筑等，运行环境错综复杂，同时伴随着社会经济的高速增长，输电线路走廊内树木、建筑、道路及采石挖矿等引起的对输电线路外力破坏造成的故障量不断增大，因此，作为输电线路的运行维护单位，有必要研究和开发一种能够设点距离运行导线垂直安全距离的警示装置来解决这一问题，避免外力破坏对线路运行的影响，来有效减少外力破坏带来的故障率，确保电网的安全稳定运行，避免造成重大社会经济损失。
根据影响输电线路正常运行因素的分析，输电设备线路一般分为两大类型：线路本体故障与线路外部故障。线路本体故障主要包括由导地线断裂、绝缘子老化、螺栓松脱等设备本身原因造成的线路跳闸故障；线路外部故障主要有雷击、鸟害、风偏等自然因素及线下施工作业、房屋兴建、防护区内种植树木、线下公路大型车辆通过、杆塔周边取土以及对电力设施的盗取等引起的线路跳闸故障。
2、国内现有的巡视方案
目前国内的巡视方案主要为以下几种：
2.1常规人工巡视
常规人工巡视的周期长、效率低、监管难、气候环境影响大。
2.2人员蹲守现场
人员蹲守现场总是后知后觉、疲于奔命、顾此失彼。
2.3传统视频监视
传统视频监视的成本高、安装难、费用高、不可靠。
2.4直升机
直升机巡视专业性强、成本高、风险高。
2.5无人机
无人机巡检范围有限，天气环境影响大，只适用于重点部位深入巡检。
2.6机器人巡检
机器人巡检技术不成熟，效率不高，只适用于重点线路巡检。
综上所述可知，当前传统的巡视方案普遍具有作业时间长、人员体力消耗大、作业安全风险高、人力物力消耗大等问题。频繁出现的线路跳闸故障，给运检部门造成极大的工作压力。
图1 系统框图
3、声光报警装置的研究
3.1设计原理
声光防外力破坏报警装置（输电线路防外破发光限高警示装置，输电线路防外破智能预警装置）直接安装在架空输电线路杆塔上，通过太阳能取电方式对设备进行正常供电，其雷达探测单元自动对物体进行探测，一旦探测到物体靠近，发现存在可能的隐患时，通过闪光，播放警笛、告警录音，或者远程喊话，提醒或威慑现场施工人员，减少事故发生概率，为线路负责人赶到现场争取时间。设计原理图如下图1.
3.2硬件设计
3.2.1传感器
传感器是一个系统的重要部分，当外物入侵事件发生时，需要进行现场拍摄照片，作为证据。使用摄像头作为传感器简化了设备的组成，同时也减小了功耗。摄像头作为传感器，就需要对图像进行处理。选择使用摄像机和嵌入式开发配合的方式来实现传感器的功能。
3.2.2控制器
选择的控制器为D525系列的开发板。因为它的芯片强大对图片处理能力强。利用编辑控制摄像头模块进行拍照，然后输出到内存卡单元中，接着再取出图片进行图像的二值化算法的处理。
3.2.3 GSM模块
控制器是通过GSM模块将现场的数据发送到运维的人员和云端数据库。GSM模块作为外设，增加了控制器所不能的功能。添加了微信发送到指定人员功能和发送图片到指定服务的功能，使得远程人员与现场更加紧密。
3.3软件设计及特点
（1）、权限管理功能:可以自动根据权限生成树型监控目录，设置工作组划分用户和设备。
（2）、实时监控功能：通过网络在手机客户端或电脑客户端对监控设备与显示内容进行远程监控管理。
（3）、录像功能：提供上线后自动录像功能，对已录制的影像，提供查找、转存及删除功能。
（4）、语音控制：值班人员可通过手机客户端对现场进行语音提示，以便出现荆棘事件时及时制止、警告。也可抓拍图片或录像上传到管理平台。
3.4系统组成
声光报警装置系统主要由四部分组成：前段子系统、数据传输系统、服务器管理软件平台、监控终端系统。
（1）、前段子系统主要包括：太阳能光吸收板、蓄电池、前段视频采集模块、图像收集模块、语音设备、报警设备。太阳能光吸收板主要是完成光的吸收装换成电能，存储到蓄电池，由蓄电池给采集设备、喊话设备、报警设备供电。视频采集模块实现的功能是从普通的视频摄像头中捕捉瞬时视频信号，然后压缩，该模块支持不同的压缩比和图像大小。
（2）、传输系统：视频采集压缩后通过传输系统将图像文件传送到监控中心。传送的方式是通过在杆塔上安装的4G服务器将4G信号发射到移动运营商的基站，由移动运营商和管理系统建立的专用通道，将图像传输到管理服务器，再传输到内网的监控终端。
（3）、服务器管理软件平台：服务器启动服务后等待各个监控终端的连接，自记录监控点的图像变化。
（4）、监控终端平台：采用内网接收方式，由服务器管理软件实现外网转内网的方式，监控中心的值班人员可以对前端设备进行操作，实时查看高压输电线路监控点周边的环境情况，实现远程监控的要求。监控平台如图2.
图2 监控平台
4、声光报警装置的应用
4.1、于2017年6月13日，220kV凤义II线安装设备
凤义II线安装施工中、施工后现场图：
凤义II线安装施工后现场设备拍照图：
5、存在不足与优化改进
在该套系统应用的实践中，发现的问题主要有：
（1）、数据传输通道不稳定。由于现有的网络运营商提供的4G传输通道大多是包月流量套餐，流量往往不够全天候监视。还需向网络运营商争取独立的特定的流量套餐。
（2）、偏远地区4G基站信号不稳定，影响视频质量甚至无法上线，还需向网络运营商争取更稳定的网络通道。
（3）、太阳能蓄电容量有限，蓄电能力不足。当遇长期阴雨或大雾天气时，将出现供电中断。应引入新技术增加续航能力或采用降低设备功耗的措施保障供电。
（4）、监控装置常年暴露在外，当大量灰尘太阳能板后会降低其供电能力。应加强前端设备的定期维护等措施。
6、结束语
在线视频监控系统在高压输电线路防外破工作上已取得了实质性效果，为输电线路的巡视及状态检修开辟了一条新的道路。该系统在设计方案上也具备启动快速、使用方便、性能稳定、安全可靠的高效性能，满足了系统长时间、不间断工作而免维护的需求。在线监控系统具有广阔的应用前景，目前还需扩展至导线覆冰、导线温度、导线弧垂、导线微风震动、导线舞动、次档距震荡、导线张力、绝缘子串风偏（倾斜）、杆塔应力分布、杆塔倾斜杆塔震动、杆塔基础划移、绝缘子污垢、环境气象、图像（视频）、杆塔塔材被盗等进行监视，以控制造成安全威胁的各种因素，保障电网安全，取得更大的经济与社会效益。
参考文献
[1]张集权. 浅谈输电线路的防外力破坏[J]. 湖北电力, 2004, 9：22-23.
[2]王忠华. 浅谈输电线路的安全与合理运行[J]. 科技信息, 2016, 10(41).
[3]吴小林. 电力输电线路安全运行的探讨[J]. 应用能源技术, 2006, 10(5):21-21.
[4]宋宇澄. 电力监控和数据采集系统[J]. 电子技术, 1996, 11(6):10-12.
[5]廖毅. 基于CAN总线的电力设备远程监控系统设计[J]. 机电产品开发与创新, 2009,22(6):152-156.
论文作者:张志华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/12
标签：线路论文; 杆塔论文; 设备论文; 外力论文; 声光论文; 功能论文; 导线论文; 《电力设备》2018年第17期论文;