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摘要：由于输电线路杆塔安装的地点多，面积广，距离长，输变电设备长期处在野外暴露状态，容易遭受恶劣天气影响以及人为破坏，给电网安全、人员生命财产构成了威胁。因此，本文针对输电线路防外力破坏预警技术进行研究，以达到在输电线路遭受破坏之前发现潜在的危险并及时报警的目的。
关键词：输电线路；防外力破坏；预警技术
一、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。
二、输电线路防外力破坏监测技术
通过输电线路雷达防外力破坏监测技术的研究，为日后线路防外力破坏的工作提供有效的辅助，系统采用标准化通讯协议与系统结构，并引用国内外在相关传感技术的最新科学成果，具有先进性、开放性、可扩展性，为了使线路尽可能延长检修周期，研究预测输电线路遭受外力的潜在性的故障方法是很有必要的。输电线路雷达防外力破坏监测技术通过视频技术以及雷达技术的原理研究，进而应用到系统硬件软件设计。
1、视频监测技术
如果直接利用摄像机安装在输电线路塔杆上，在摄像头工作时容易受到外界光线变化等干扰。因此，需要找到适合的模型建立方法来准确的对现场情况进行监测。对于目前存在的光流法、背景差分法以及帧间差分法等监测方法均有其优缺点。在进行对比比较之后，发现高斯建模法拥有它特有的优点，较为适用与本系统的设计与应用。对于光流法来说，它可以检测出目标的存在，但是却有着计算较为复杂，无法实时监测的缺点。帧间差分法的原理是对视频图相帧进行运算，并获取运动目标信息。这种方法对环境有较好的适应性，但是不能完整的提取信息。背景差法可以解决帧间差法的问题，提取完整的信息，但是受环境影响大。高斯模型背景建模法是较为完备的，受外界影响较小，可以提取出目标完整信息的一种方法。
2、雷达监测技术
雷达监测动态目标的原理是通过发射无线电的方法检测和发现动态目标的位置以及它们的运动速度。雷达探测器可以通过发射装置发射出电磁信号，经过转换功能传输至天线，之后天线将能量发送至空气当中，形成一束比较窄的波束向前传播，当该电磁波遇到监测区域内的物体目标时，会产生反射，此时雷达天线又可以捕捉到空气中的回波，回波中存在大量的信息，经转换功能传输至接收机，此时，带有信息的回波就传输至处理器中心，从而计算、分析出目标的信息。因此，回拨信号许通过信号处理单元提取信息，并输送至显示器，显示器可以直接显示出目标物体的方向，位置以及距离等信息。在测量目标距离的过程中，电磁波信号从发射开始至接收到回波的时间，称为延迟时间。
三、输电线路防外力破坏预警系统硬件设计
1、超声测距装置
超声波是指频率高于20kHz的声波。超声波指向性强，在介质中传播距离远，可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计方便、计算处理简单，并且在测量精度方面也能达到要求。超声波测距模块中超声波传感器包括超声波发送器和接收器。根据输电线路规程规范，输电线路铁塔绝缘安全距离一般比较小，不超过10m，因此该系统中超声波传感器选常用的压电式超声波换能器，即发射超声波时将电能转换成发射超声波而在收到回波的时候则将超声振动转换成电信号。
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2、声光报警装置
声光报警模块内有电磁线圈和发光二极管、喇叭等，其工作原理简单且模块化程度较高，可以非常方便从市场上获得成品，将其通过细导线接入主机即可。声光报警模块接收主机的命令，启动并作出相应报警动作。
3、GPS模块
GPS模块主要是通过GPS接收机与卫星之间进行数据传输，实现报警定位功能，减少巡线工作量。输电线路工程中根据地形及电压等级情况，各基杆塔之间档距一般较大，而且现今GPS模块定位精度较高一般在10m以内，不会出现由于档距问题而出现定位偏差情况。本系统中GPS模块选用MEB-1280GPS，MEB-1280模块是全球体积最小的GPS模块，定位精度高（3m），不会受到城市绿化树木的影响。当超声波测距传感器检测到移动物体出现在铁塔绝缘安全距离以内时，声波报警装置立即响应，同时GPS模块通过卫星和接收机之间的数据联系，确定报警具体位置，并通过移动互联网络将GPS数据传送到中心数据库中。
四、输电线路防外力破坏监测系统软件设计
1、超声测距装置
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。
2、现场报警装置
报警内容：报警主要以文字形式，其中文字中交代物体的判别类型、物体的移动速度、物体高度、出入监测区域的时间等，此方式比较直接形象，便于一眼了解概况。提示方式：第一种以PC客户端和服务器实时提示，值守人员可实时通过电脑关注系统的运行状况。第二种为手机提示的方式，系统中包含了手机客户端模块，用户可通过智能手机登录手机客户端，实时了解系统运行状况，如果一旦发生弧垂距离报警系统会快速自动将报警内容，以彩信和短信的形式发送至运检人员手机上，起到及时有效的提示效果。
3、远程视频模块的设计
图像差异分析算法主要是指对智能监控装置中实现对输电线路本体及通道的图像数据进行的各种运算，以去除干扰、噪声及差异，它包括图像的变换、增强、滤波等的图像预处理。高斯建模法不但可以改善图片的质量，也能提高系统处理器的运行速度。为了使图像中重要部位显示得更加清晰，系统引入了各种数学方法以及变换手段，得到人们需要的重点部分清晰，无用部分削弱的优点。对于图像的处理具体包括灰度修正、图像平滑、噪声去除、图像边缘增强等等。同时，通过对图像信息的整理、分析、归纳等方法，在图像中抽取可以反映图像本质，判定图像类型的特征向量，进而判断出图像的状态以及具体形状，得到监测最终结果。
参考文献：
[1]陈斌斌.输电线路防外力破坏预警系统的设计与开发[D].重庆大学,2015.
[2]杜金桥.输电线路防外力破坏预警系统设计与研究[D].华北电力大学,2015.
[3]孙晓飞.莒县电网输电线路防外力破坏智能运维技术实用化探索[D].山东大学,2015.
论文作者:刘文宇,田瑞丰,王新花,史晓飞,杨文鹏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/21
标签：线路论文; 外力论文; 模块论文; 超声波论文; 图像论文; 回波论文; 距离论文; 《电力设备》2017年第19期论文;