输电线路视频监控系统的功能和应用

摘要：随着高压输电线路的不断延伸，线路沿线环境日趋复杂，外力破坏事故、线路覆冰等事故不断发生，线路巡视维护工作量越来越大，急需新技术的支持，而视频监控技术的进步以及电厂、变电所的成功应用，使输电线路视频监控成为可能。文章分析了输电线路视频监控的功能、关键技术及应用。

关键词：输电线路；视频监控系统；电力系统；太阳能供电；无线网络；光纤接入 文献标识码：A

中图分类号：TM726 文章编号：1009-2374（2015）36-0034-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.36.016

1 概述

随着我国经济社会的长足发展，用电量随之不断提高，配套的输电电压等级也不断提高，电网的分布广、深、大。目前，在我国拥有数十万公里的220kV及以上输电线路。输电线路迅速增长的同时，维护、巡视输电线路的工作量也与日俱增，所以采用新的监控技术运用到监控输电线路上是必须的。视频技术在变电站中的应用已经是很成熟的了，但是在野外或者输电线路上，由于自然环境恶劣、通道不顺畅以及早期太阳能技术还不能广泛应用的原因，导致远程视频监控在输电线路上的应用有很大的局限性。前些年，远程视频监控在输电线路的监控上没有得到很好的开发和利用。

近年来，随着科技的不断发展，太阳能技术有很大的突破而且应用成熟，无线网络的兴起也为输电线路的远程监控提供了条件，由此输电线路的远程视频监控得以快速发展。线路工作人员可以在监控中心监察到整个输电线路的图像，为工作人员提高工作效率，更快地发现故障和危险点，更好更快地确保输电线路的安全。

2 输电线路视频监控系统的功能

2.1 线路危险点周围环境的监控

输电线路是整个电力系统的大动脉，电能远距离传送主要依靠的是输电线路。因此，输电线路的安全运行显得至关重要，整个电力系统的安全和效益也取决于输电线路的安全。目前，我国输电线路长达数十万里，分布广泛，而且线路所经的地区地形、地貌以及其他自然和社会环境复杂多变，许多输电线路跨越铁路、公路、山川河流、森林甚至是建设工地等，所以对输电线路的巡视监控工作尤为重要。在危险点安装监控设备，不仅能减少工作人的工作量，还能及时发现各种危险到输电线路安全的情况，避免许多意外状况对输电线路的破坏。

2.2 防线路偷盗事故

输电线路不仅范围广，而且一般在野外，所以杆塔上的金属构件、电力设备以及电能都成为不法分子的偷盗目标。输电线路被偷盗给电力部门造成重大损失的同时，也引发了许多重大事故，人民群众的生活也深受其害。在采用输电线路视频监控的同时，密切结合防盗报警装置提供远程报警，连续不断的监测可以及时发现偷盗行为，偷盗现场也会响起报警器对正在偷盗的不法分子起到阻止作用。事后通过视频监控可以为公安部门的侦查提供线索和证据，最大程度上保护输电线路的安全，减少损失。

2.3 防线路覆冰

在我国广袤的土地上，自然环境复杂多变，冬季部分地区如湖南、贵州、河南、湖北、云南、四川及江西等省份输电线路覆冰现象十分严重，导致输电线路机械和电气性能下降，甚至导致事故发生。

实施对输电线路覆冰情况进行监测，线路运行人员可以根据把握的覆冰的情况，及时采取措施，减轻输电线路运行的危险和压力。对于较轻程度的覆冰，可以通过调整线路负荷加大电流等策略来消除覆冰，排除危险。而对于严重的覆冰，虽然不能立即解决问题，但可以通过视频监测对融冰提供指导，最大程度上帮助输电线路恢复正常。

2.4 线路导线舞动、风偏变化监控

导致输电线路导线舞动的原因说法不一，现在还没有被大家普遍认可的说法。气象、施工以及线路采用分裂导线等因素，都会导致输电线路舞动。尤其是输电线路实施分裂导线，子导线之间会互相影响着更加重的输电线路舞动的可能。导线舞动监测装置在多条输电线路安装使用，这为导线舞动研究提供了重要宝贵的依据。而输电线路的视频监控装置可以很好地配合导线舞动的装置的监测，可以更加准确、清晰、及时地将线路舞动情况传输给运行人员。

所以，视频监控装置与导线舞动装置相结合对导线舞动实时监测，能对导线舞动的防治和研究提供重要的数据的视频，是导线舞动分析的基础。

3 线路视频监控关键技术

视频监控发展的历史并不算短，最初一般在大楼、银行网点等地方应用，后来经过逐步发展慢慢形成了监控系统。随后电厂和变电所也引进了视频监控系统，视频监控系统得以推广在电网改造时期。而在输电线路的监测上引入视频监控系统显得晚了许多，输电线路的视频监控技术也有其独特的方面。笔者根据需求分析以及结合输电线路安全运行的应用要求，对视频监控产品中的关键技术进行了分析研究。

3.1 低功耗技术和太阳能供电

由于输电线路的视频监控系统一般安装在输电线路杆塔上，如果采用铺设电缆线对视频监控系统供电，可想而知，视频监控系统的供电成本太高，耗费的人力物力都太大。另外，因为在输电线路上并没有低压交流电源，所以输电线路的视频监控系统主要运用太阳能供电。视频监控的供电装置是利用太阳能系统中的太阳能板吸收太阳能，然后将光能转换成电能存储到太阳能蓄电池中，不断为视频监控系统供电。

太阳能供电管理系统是由太阳能光伏组件、光伏控制器、蓄电池以及太阳能管理控制电路等重要组件构成，为输电线路视频监控系统的所有硬件提供电源。要注意的是，太阳能组件安装在线路杆塔上，所有太阳能组件的体积不能过大，蓄电池一般为12V，5～10Ah，太阳能板为30cm*30cm，10～15W。为了克服雨雪天气的影响，太阳能供电系统采用低耗能的芯片来节电，这样保证在雨雪天气下也能正常工作3～5天。供电系统的储能设备为锂电池，为了保持锂电池快速充电放电的性能，同时克服锂电池不能同时充放电的特性，在本系统中运用两组锂电池，通过太阳能光伏控制器让两组锂电池轮流充放电，在保证锂电池安全稳定工作的同时还能达到最好的充放电效果，并为嵌入式硬件平台设备提供可靠供电。另外，安装太阳能供电系统时要格外注意太阳能组件的最佳安装倾角和朝向，在保证系统可靠安装的同时，获得最大的能量。

3.2 3G无线网与光缆结合的通信方式

3.2.1 3G无线网。目前，由于输电线路所在的自然环境复杂多变，所以视频监控系统采用无线通信技术，不可能采用传统视频监控的导线联网模式。现在公用移动通信公司GPRS网络的覆盖面不断扩大，这为输电线路视频监控的安装提供了极大方便，只要是GPRS覆盖的区域，都可以把视频信号数据传送到监控主站。

第三代移动通信技术（3rd-Generation）是一种蜂窝移动通信技术，可以做到数据的高速传输，而且支持语音、视频的传输，传输速度比传统的2G高几倍。输电线路的视频监控系统对网络传输带宽要求高，为保证系统的稳定可靠传输，所以选用3G无线网络。目前，3G无线网络主要有电信的CDMA2000、移动的TD-SCDMA和联通的WCDMA这三大类无线网络都有各自的优势，通过对比发现中国电信的综合优势比较明显，网络覆盖率、带宽、速度都高于移动和联通。如表1所示：

3.2.2 OPGW光缆接入技术。视频监控系统如果能够利用线路上OPGW地线所带的光缆传输图像、视频，那么传输速度和图像清晰度都会有很大提高。一般地线会有多余的芯线但是不能随便接入。

所以，需要采用无线通信将采集的图像、视频传送到光纤接线盒附近，然后通过光纤将信号传输到变电站，随后传输到视频监控系统主机完成信号传送。由于沿途数据接入以及光纤利用率低、损耗大的问题，目前带光纤的输电线路还未普遍。

3.2.3 无线网与光缆结合的通信方式。无线网络的方便快捷性以及光缆的高速传输速度的优势都让我们惊叹，如果能将这两种方式结合，那么输电线路的视频监控系统将会更加优越，这既是难点又是优点。我们可以在充分利用光缆的条件下分段使用地线，大约5～10公里一段，段内各铁塔采用无线通信传输图像和视频，到光缆接口处将无线信号接入，如果途中遇到高山、建筑物等阻碍的线路继续采用无线通信传送信号，两种方式密切结合发挥最大优势。无线网与光缆结合的通信方式既解决了无线通信远距离传输以及信号覆盖的缺陷，又发挥了光缆的最大效果。

3.3 防恶劣环境技术

由于输电线路铺设范围广泛，有的地区自然环境极其恶劣，对输电线路的影响特别严重。因此，在特殊严峻的环境下如何更好地保护输电线路以及线路视频监控系统的安全是一个重要问题。所以在特殊地区，线路视频监控系统的防恶劣环境技术的开发和应用特别重要。例如线路监控系统的装置外壳是监控系统的第一道防护线，必须具有很好的防电磁干扰能力、通风能力、防水防锈能力以及防寒抗冻的能力。

4 线路视频监控系统的应用

目前，国内的多条220～500kV线路上安装使用了视频在线监控系统，对及时发现排解电力输电线路的隐患上取得了一定成果。我们都知道传统的人工巡检、分散管理的方法不能及时发现和预防外力因素，这一直是困扰线路运行工作人员的难题。而建筑施工破坏，高杆植物影响，盗窃电力设施以及火灾、鸟害对输电线路的破坏是非常大的。

4.1 检测外力机械入侵

目前，随着城市化进程的不断加快，城区施工建设力度也随之加大。由于部分超高机械设施在施工时的不注意，可能会误碰导线导致线路跳闸，已经威胁到电网的安全和电力的及时输送，影响了社会生产和人民的日常生活。线路视频监控系统可以与报警系统相结合，当工程机械行驶入输电线路附近施工，监控系统可以对机械进行定位、分析、跟踪，当危及到输电线路的安全时，会触及报警器，产生报警提示，并传送报警信息。在很大程度上，可以避免外力机械对输电线路的破坏。

4.2 违章建筑检测

我们都知道，在输电线路安全范围内是不允许建设高层建筑的，因为违章建筑可能会造成输变电设备的短路进而造成运营故障。输电线路视频监控系统可以帮助线路运行人员及时查找发现线路境界范围内的违章建筑，并产生报警提示，帮助工作人员及时排除隐患，最大限度地保护输电线路的安全，如图4所示：

4.3 垃圾堆土检测

垃圾堆土、沙土、煤堆等也是不能堆放在输电线路安全警戒区域的，垃圾堆土的高度以及散发的化学物质都是威胁输电线路安全的隐患。当垃圾堆土出现在安全范围内时，视频监控系统会将图片、视频及时传输到处理器并提示报警信息，线路运营人员可以及时发现安全隐患并做出相应的排除措施。

4.4 树木及异物检测

输电线路下的树木都在不断生长，快速生长的树木也会对输电线路的安全造成一定影响。另外，风筝、塑料袋等异物覆在输电线路上容易造成高压线之间互相放电，引发停电等故障。视频监控系统的应用可以对快速生长的树木、异物等实时监测，利于线路工作人员及时做出相应策略，保证输电线路的安全。

5 结语

目前，在智能电力系统中，输电线路是大动脉，是电力系统最主要的组成部分。运用视频监控系统对输电线路进行实时监控，可以提高输电线路的管理水平，为保护输电线的运行和安全提供重要保障。输电线路视频监控系统根据输电线路的特点进行了升级改造，利用太阳能供电、无线网络及光纤接入、防恶劣环境等技术为线路安全提供了安全便捷的管理手段，在我国多条高压输电线路上应用，并取得了一定成果。

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作者简介：彭伟夫（1983-），男，国网四川省电力公司信息通信公司中级工程师，硕士，研究方向：电力自动化。