輸電線路山火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用研究

趙宇欣+王恒康

摘 要：工業(yè)生產(chǎn)和人們生活用電量的增加，使得輸電線路中的荷載越來越大，當(dāng)線路的實(shí)際荷載超過其最大承載能力時(shí)，就會(huì)引起山火跳閘事故，導(dǎo)致輸電線路無法正常輸送電能。山火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，能夠?qū)旊娋€路的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而減少山火跳閘事故的發(fā)生頻率。文章對(duì)輸電線路山火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析，并就其相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：輸電線路；山火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）34-0151-02

隨著我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展，輸電線路的運(yùn)用安全性、可靠性已經(jīng)大大提高，但仍然存在一些不可抗力因素，會(huì)給輸電線路的運(yùn)用穩(wěn)定性帶來危害。目前，大部分的輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能對(duì)輸電線路中設(shè)備故障、覆冰、污穢等問題進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而對(duì)于線路附近的山火卻無法監(jiān)測(cè)。根據(jù)相關(guān)資料來看，輸電線路出現(xiàn)山火的情況比較少見，但其帶來的危害是巨大的。因此，在敷設(shè)輸電線路時(shí)，需要建立輸電線路山火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，隨時(shí)掌握輸電線路的山火動(dòng)態(tài)，從而采取措施對(duì)山火進(jìn)行控制，以免其擴(kuò)大帶來更嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

1 輸電線路山火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

1.1 案例背景

2015年，我國(guó)南方地區(qū)的某個(gè)省110kV及以上的輸電線路，由于山火引起的跳閘次數(shù)超過40次；在同年的五一期間，華北地區(qū)山火頻發(fā)，導(dǎo)致500kV交流線路出現(xiàn)多次故障，線路不得不停運(yùn)檢修；而在2016年，有許多個(gè)省份都發(fā)生大面積的山火事故，使得很多條跨區(qū)線路都出現(xiàn)異常。在同年的下半年，1000kV特高壓交流線路曾發(fā)生3次跳閘事故，都是山火引起的，其中最嚴(yán)重的一次導(dǎo)致線路停運(yùn)3天。山火是影響輸電線路安全性的重要因素，需要建立山火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)到的信息發(fā)布山火預(yù)警，以便相關(guān)部門能夠及時(shí)采取措施應(yīng)對(duì)山火危害，提高輸電線路的山火防控能力。

1.2 山火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

存在于自然界的所有物體，當(dāng)其溫度超過絕對(duì)溫度-273℃時(shí)，其分子和原子的運(yùn)動(dòng)就會(huì)處于無序狀態(tài)，物體表面會(huì)不間斷地輻射出紅外線這種電磁波。紅外線的波長(zhǎng)范圍在0.78-1000μm之間，所輻射的紅外線能量會(huì)隨著物體溫度的升高而增加。當(dāng)溫度不同的物體所輻射出的紅外線經(jīng)過紅外熱探測(cè)器時(shí)，就會(huì)被探測(cè)器所吸收，從而形成電效應(yīng)并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。在電信號(hào)經(jīng)過處理后，能夠得到熱像圖，熱像圖與物體表面的熱分布是相對(duì)應(yīng)的，這就是紅外熱成像原理。輸電線路山火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的是非制冷紅外焦平面感應(yīng)器，以及圖像處理算法，在輸電線路中出現(xiàn)山火時(shí)，山火區(qū)域所輻射出的紅外線能量會(huì)高于其周邊區(qū)域內(nèi)的紅外線能量，系統(tǒng)根據(jù)紅外熱成像，就能夠識(shí)別出山火區(qū)域，并及時(shí)發(fā)布山火預(yù)警。

1.3 系統(tǒng)原理

輸電線路的山火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在對(duì)山火進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，主要采用的是紅外熱感應(yīng)原理，通過紅外熱感應(yīng)傳感器對(duì)周圍的環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)。在檢測(cè)溫度不在閥值范圍內(nèi)時(shí)，感應(yīng)器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并將信號(hào)傳輸至主控器。在主控器檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)后，會(huì)自動(dòng)將可見光攝像機(jī)的電源打開，并采集相應(yīng)的圖像。然后，對(duì)所采集到的圖像進(jìn)行辨識(shí)，判斷其是否為山火。如果是山火，就會(huì)將所采集到的圖像信息、線路的桿塔信息，以及山火可能對(duì)線路造成的影響等，以短信的形式發(fā)送給線路的檢修人員，并將現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)情況傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的軟件中，方便檢修人員隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。

1.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

輸電線路山火預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式有兩種，一種是C/S網(wǎng)絡(luò)模式，一種是B/S網(wǎng)絡(luò)模式，兩種模式各有優(yōu)點(diǎn)。C/S結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于局域網(wǎng)中，其用戶群相對(duì)比較固定，能夠確保信息的安全性。B/S結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)層，其數(shù)據(jù)服務(wù)器的主要功能是存放數(shù)據(jù)。而應(yīng)用服務(wù)器的主要功能則是提供不同的服務(wù)部件，用于對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行訪問，并對(duì)客戶端發(fā)出的各種請(qǐng)求作出響應(yīng)，訪問和響應(yīng)結(jié)果會(huì)通過瀏覽器端顯示出來，瀏覽器端同時(shí)還能發(fā)出請(qǐng)求。而在輸電線路的山火預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，應(yīng)將兩種模式進(jìn)行結(jié)合使用。在數(shù)據(jù)管理子模塊中，應(yīng)設(shè)置為C/S模塊，其服務(wù)對(duì)象是數(shù)據(jù)庫(kù)管理用戶，主要功能是數(shù)據(jù)的入庫(kù)和維護(hù)，所以此模塊的管理者要同時(shí)具備數(shù)據(jù)庫(kù)管理技能和地理基礎(chǔ)知識(shí)。山火監(jiān)測(cè)預(yù)警子模塊則應(yīng)設(shè)置為B/S模式，主要功能是對(duì)地圖進(jìn)行瀏覽和發(fā)布，并為用戶提供查詢和分析功能，其使用者相對(duì)更多。

2 輸電線路山火預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

2.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

在對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理時(shí)，主要采用的是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，也可采用對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。在對(duì)空間與非空間中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)，需要將RDBMS數(shù)據(jù)管理功能與SQL語言結(jié)合起來使用。由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息量非常龐大，能夠?qū)@些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理、處理，還能記錄鎖定和并發(fā)控制，建立起數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，所以可將關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的這些功能充分的利用起來，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)的集成。在GIS未來的發(fā)展中，也會(huì)利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，從而提高空間數(shù)據(jù)的互操作性。輸電線路山火預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中會(huì)涉及到地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)，其管理模式是ArcSDE與SQL Server的結(jié)合，利用空間數(shù)據(jù)引擎、應(yīng)用服務(wù)器，可提高空間數(shù)據(jù)管理的效率。而專用開發(fā)包的利用，則能使數(shù)據(jù)庫(kù)的功能更加完善，從而可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行集成化管理。

2.2 組件式GIS開發(fā)技術(shù)

新一代的GIS是以組件式軟件為基礎(chǔ)的，Com GIS能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)GIS的不足，主要是將GIS每個(gè)功能模塊進(jìn)行劃分，使其成為多個(gè)控件，每個(gè)空間都有其獨(dú)特的功能。利用可視化的軟件開發(fā)工具，能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)控件之間以及控件與非控件之間集成，最后就可形成GIS的應(yīng)用。在傳統(tǒng)的GIS中，會(huì)自帶二次開發(fā)語言，而組件式GIS則能夠有效的克服這一缺陷。通過對(duì)計(jì)算機(jī)語言的利用，能夠?qū)崿F(xiàn)山火預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成，從而開發(fā)出功能更加齊全的新系統(tǒng)，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。endprint

2.3 山火識(shí)別與圖像增強(qiáng)技術(shù)

由于紅外圖像的背景比較高，反差比較低，所以與背景輻射相比，目標(biāo)占用的動(dòng)態(tài)范圍就比較小。而輸電線路的山火監(jiān)測(cè)距離一般都比較遠(yuǎn)，地形又比較復(fù)雜，火點(diǎn)的覆蓋面積也比較小，所以采集到的圖像會(huì)清晰度會(huì)比較差。因此，需要采用圖像增強(qiáng)技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理，以提高圖像信號(hào)的溫度對(duì)比度，從而使山火預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠在紅外環(huán)境中，感應(yīng)到比較細(xì)微的溫差變化。

2.4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

將山火預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于各省市的輸電線路中，取得的效果比較明顯，在很大程度上降低了山火引起的線路故障頻率。比如，系統(tǒng)在我國(guó)的11個(gè)省市應(yīng)用以后，在清明節(jié)期間所監(jiān)測(cè)到的火點(diǎn)個(gè)數(shù)就有接近900個(gè)，在這些線路中，跨區(qū)的電網(wǎng)輸電線路就發(fā)出34多個(gè)山火一級(jí)告警，經(jīng)過驗(yàn)證，在這34個(gè)一級(jí)告警中有32個(gè)有山火。其中，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到湖北電力公司運(yùn)營(yíng)的一條輸電線路發(fā)出一級(jí)告警山火，火點(diǎn)的亮溫值為330，已經(jīng)超出火點(diǎn)的判斷閥值321。在電力公司的檢修人員核實(shí)后，該線路確實(shí)發(fā)生山火。并且，檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，發(fā)現(xiàn)火場(chǎng)的面積比較大。由此可見，輸電線路山火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)到較大范圍內(nèi)的山火，并發(fā)出山火預(yù)警，以便相關(guān)人員及時(shí)采取措施對(duì)其進(jìn)行控制。

3 結(jié)束語

綜上所述，為了避免輸電線路出現(xiàn)嚴(yán)重的山火險(xiǎn)情，需要采取合適的措施進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，才能保證其運(yùn)行安全性。而輸電線路山火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的合理運(yùn)用，能夠?qū)€路中的山火進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，并根據(jù)山火的實(shí)際情況發(fā)出山火告警，從而及時(shí)對(duì)其進(jìn)行撲滅行動(dòng)。所以，山火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在輸電線路中的應(yīng)用，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的山火情況作出判斷，并形成相應(yīng)的圖像，將相關(guān)信息傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的軟件中，從而方便檢修人員隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)的情況，最終提高山火處理效率。

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