输电线路特性“无线”是最佳方案

　　我国地理环境多样，输电线路具有点多面广、裸露野外、地势较高，山区地形复杂等情况(见图1)。电力部门对输电线路的管理和维护的工作量大，难度高，所面临主要问题复杂。下面将围绕架空输电线路设施及周边情况进行分析。

　　电力架空线路的相关设施

　　架空电力线路：杆塔、基础、拉线、接地装置、导线、避雷线、金具、绝缘子、爬梯和脚钉，标志牌及附属设施;

　　电力线路上的变压器、电容器、断路器、刀闸、避雷器、互感器及附属设施。

　　需要的监控范围

　　沿线环境：在线路保护区内有建筑、爆破、机耕、钻探、地下采掘等施工活动、有易燃易爆设施、有超高生长的植物;有超高的机械;

　　杆塔基础：基础周围土壤有突起、沉陷或水冲刷，或有取土现象;基础有裂纹、损坏、下沉、上拔、积水或掩埋;基础保护帽风化破碎、裂纹;挡土墙、护坡有隐患;

　　接地装置：接地引下线与杆塔连接不牢固;接地引下线断线、锈蚀;接地网外露、损坏、锈蚀;

　　杆塔本体：倾斜、横担弯曲变形;锈蚀、裂纹、部件缺损、锈蚀或连接松动;杆塔上有鸟巢、蛇类、蔓藤类植物缠绕;

　　绝缘子、金具及导地线附件：绝缘子有严重污秽;绝缘子有裂纹、破损或锈蚀;合成绝缘子电蚀或闪络痕迹;玻璃绝缘子有自爆或闪络痕迹;金具锈蚀、变形、磨损或有裂纹;销子缺损或脱出;防振锤、间隔棒、均压环、阻尼线锈蚀或异常;连接管、预绞丝异常;

　　线路和接地线：缺损、锈蚀、断股、烧伤;弛度不平衡，有过紧或过松现象;线路振动、舞动、互缠;悬挂有异物;耐张引流线夹过热变色、变形、螺丝松动、烧伤;ADSS及外挂线路异常;

　　附件及其它设施：避雷器及其装置缺损;故障定位等检测装置缺损;线路、相序、回路、杆塔标志缺损或模糊不清;警告及防护标志缺损或模糊不清;塔顶示高灯及其装置缺损或失效等等。

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　　实现网络监控需要解决的问题

　　从上述分析可以看出输电部门对架空输电线路的安全需求是非常清晰的。根据我国目前这方面建设的实际情况，针对它的安全监控系统必须要解决以下几个问题。

　　视频及环境数据的网络传输问题;

　　现场实时视频数据采集和环境数据的采集问题;

　　线路监控系统设备自给供电问题;

　　满足全天候野外工环境的适应问题;

　　监控管理系统平台软件研发问题。

　　“3G/4G+Mesh”传输，太阳能供电

　　针对输电部门的需求，在利用已有传输网络的基础上，集成先进的图像处理技术、低功耗电源控制技术、3G/4G通信技术和Mesh无线局域网技术、太阳能应用技术、数据采集处理技术构建安全监控网络。使用公网无线(3G/4G)和Mesh无线局域网数据传输通道，传输环境数据、报警数据和视频数据，实现对架空输电线路的线路、杆塔、塔基周边情况进行在线实时监测。利用太阳能、风能和储能电池的相互配合完成全天候不间断供电，达到实时监控的效果，可极大的提高对架空输电线路的安全监护水平。

　　报警与监控相结合

　　1、通信传输子系统

　　公网通信传输模式：采用3G/4G自动切换模式。优先选用带宽更大的3G以获得更好的视频图像质量，如果在3G没有覆盖的地区，则通信传输子系统会自动切换为采用CDMA的通信方式。通信传输子系统采用了一系列先进的无线通信技术(动态异频组网技术、智能功率控制技术、高级动态路由调整技术、无缝软切换技术、视频优化技术、双信道智能结合技术、多级视频压缩缓冲技术、智能图像模糊处理技术等)，从而确保了视频图像在传输过程中平滑、清晰、流畅，在3G网络环境下，最高可支持704×576像素下25帧/S的视频数据流。

　　无线Mesh局域网传输模式：无线Mesh网络，是一种无线多跳网状拓扑网络，具有自组织、自管理、自愈能力，安全性好、稳定性高、覆盖范围大，带宽大，零资费，组网灵活方便等优点，是输电线路无线信息高速公路的最佳传输方式。

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　　2、防误报式 微波入侵报警子系统

　　采用了先进的微波报警器，微波的波长很短，在1mm〜1000mm之间，因此很容易被物体反射。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移，此时可认为报警产生，而传统的红外报警主要利用红外热效应和光电效应来探测，易受温度、光线等环境因素影响而产生误报，微波报警则不会受这些因素的影响。微波由于波长较短，穿透力强，玻璃、木板、砖墙等非金属材料都可穿透，所以不会有探测盲区。

　　3、前端采集子系统

　　红外高速球机+智能控制服务器：智能控制服务器为定制的低功耗(4-6W)的视频编码设备，主要实现对视频模拟信号进行H.264编码压缩，然后通过无线网络将视频数据进行传输。摄像机采用定制的低功耗(白天功耗≤5W)红外高速球机，红外高速球机为内置自带变焦镜头的高性能数字信号处理(DSP)摄像机，它是集万向变速云台、数字译码器和红外灯于一体的高科技日夜监控产品。可任意迅速定位及连续追踪扫描，实现了真正意义上的全方位、无盲点、全天候监视;可以自动适应环境明暗和上标远近的变化;它采用全数码控制，设计精巧，最大限度地减少了系统部件之间的可靠性又方便安装和维护。

　　专用网络红外高速球机：主要实现H.264视频编码压缩并通过无线网络进行视频数据传输;电源输入DC 12V，低功耗(白天功耗≤15W)，性能上能够满足全天候野外监视，球机的拍摄距离为白天250-500米，夜间50米，并且支持28倍变焦，可以进行远近调节。同时该球机还带有恒温功能，工作温度-20~70℃。

　　4、前端供电子系统：太阳能供电单元+远程电源智能控制器

　　前端供电子系统采用单晶体太阳能电池板，该电池板光电转换效率达到20%。且充电特性曲线平滑，从而有效延长了供电子系统的使用寿命。

　　远程电源智能控制器主要完成前端电源系统的监控和管理，包括远程控制电源系统的工作状态、告警分析和联动控制等功能(如图2示)。

　　5、后台管理子系统

　　后台管理子系统的主要模块包括视频管理服务器、存储服务、移动视频网关服务、站点注册服务、短信猫服务、软件狗、远程智能电源管理服务以及远程监控子系统。

　　系统功能

　　电力线路及杆塔视频监控系统基本功能如下：

　　监视距离：白天可视距离为500米以内，夜间50米以内电力输电线路运行状况(效果如图3示);

　　监视内容：能实时监控电力输电线路及杆塔状态，能清楚的看到绝缘子的状况，当塔下有人作业或是有人爬塔时能看到人脸;

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　　电话启动：手机或值班座机响铃(免资费)远程控制监控系统，监控输电线路状况，启动回传视频和录像，可设置时间自动关闭前端录像;

　　短信启动：可通过手机短信方式来控制监控系统，监控输电状况，启动回传视频和录像，可设置时间自动启动和关闭系统;

　　定时启动：预先设置某个时间段自动启动杆塔视频监控系统，在规定的时间段完成工作后自动关闭前端视频监视;

　　摄像机预置位：可预先设置针对杆塔不同角度的拍摄位置，便于多角度远程监视杆塔周边情况。当红外报警发生后，自动锁定监控目标位置，拍摄回传视频录像;

　　拍照功能：人为破坏或异常情况发生时，可启动拍照功能，抓拍图像，通过无线网络实时传输到后台管理系统或者移动终端;

　　微波报警：采用智能控制器自动分析报警行为，可以避免小动物及鸟类经过监视点发生的频繁报警误报;

　　联动报警：报警探头探测到有人为破坏电力设施行为或异常情况发生时，前端采集单元自动录像，把所监控到的图像传到后台监控中心触发报警，并自动发送短信通知相关人员;

　　远程喊话预警：当人为破坏发生时，值班人员可同时远程喊话进行威慑，防止破坏的发生;

　　权限设置：对用户设置不同的控制访问权限，利用手机和后台管理系统修改系统参数，提高系统运行的安全性;

　　录像存储回放：在运行过程中会自动录像并保存，便于查看及分析数据;

　　电子地图管理：在地图上可以标记出野外铁塔监视点的位置信息，并能在地图上直接查看视点现场情况;

　　多方式远程监控：电力综合视讯平台、智能手机、远程WEB以及客户端实时监控。

　　不同网络制式适合不同环境

　　1、3G/4G无线网络

　　适用于被监控对象在物理位置上不规则布局，监控点零星分布;

　　传输采用运营商的3G网络，所有的电力杆塔的监控视频通过3G网络在监控中心视频管理服务器进行汇集;3G资费需要参考当地运营商的标准;

　　每个杆塔监控点的都需要配置3G通信模块;

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　　监控中心视频管理服务器负责所有杆塔监控点的设备管理、视频调度、告警管理、录像管理以及设备控制。系统中的所有数据流均需要经过视频管理服务器进行鉴权和转发;

　　监控中心视频管理服务器必须分配广域网的IP地址，并实现广域网IP地址到内网IP地址的映射;系统安全性存在一定隐患;

　　系统支持以Web页面的方式提供给远程Web用户访问;

　　电力杆塔视频可以无缝接入电力综合视讯视频平台，方便用户统一管理。

　　2、Mesh无线网络

　　适用于被监控点沿线规则布局，如某架空输电线路;或者被监控点集中在方圆5公里内;

　　Mesh无线局域网络中相邻两个节点最大视距范围为10-15公里，如果某个节点出现故障，系统将自动寻找相邻节点，完成网络自动恢复，同时系统会产生节点网络中断告警;

　　Mesh无线局域网络中的每个节点具有半径200米左右的信号覆盖区域，可以实现巡检作业等功能应用;

　　传输采用自行组建的Mesh无线局域网络，无需资费;每个监控点视频都通过Mesh网络汇聚到所属变电站，变电站通过电力综合数据网将监控视频数据传输到监控中心的视频管理服务器;

　　所属变电站需要配置Mesh中继模块，实现无线网络到有线网络的自动切换;

　　无线局域网络中的杆塔监控点到所属变电站的数据带宽为10Mbps-20Mbps;

　　监控中心视频管理服务器负责所有杆塔监控点的设备管理、视频调度、告警管理、录像管理以及设备控制。系统中的所有数据流均需要经过视频管理服务器进行鉴权和转发;

　　监控中心视频管理服务器属于内网服务器，只需分配内网的IP地址就能实现数据访问，安全性高;

　　系统支持以Web页面的方式提供给远程Web用户访问;

　　电力杆塔视频可以无缝接入电力综合视讯视频平台，方便用户统一管理。

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