本站小編為你精心準備了輸電線路通道可視化技術探究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《電力信息與通信技術雜志》2016年第9期

摘要：

為提高輸電線路運行安全，實現輸電線路通道的可視化，文章提出了通道可視化系統框架，結合線路實際情況，采用5.8GHz無線專網、點對點以及點對多點等多種通信技術混合組網，完成終端設備通信接入，將現場視頻信息通過5.8GHz無線網絡就近接入變電站光網絡，完成信號匯聚并遠程傳輸到監控中心，從而實現對輸電線路的全天候監測。該系統可幫助管理人員及時了解現場信息，將事故消滅在萌芽狀態，在巡視人員不易到達地區則可大幅減少巡視次數。

關鍵詞：

無線專網；輸電線路；可視化；視頻監控

0引言

輸電線路在線監測的目的是保障電力輸電線路安全運行，通過各種傳感器技術、通信技術、信息處理技術實現輸電線路運行狀態的感知、預警、分析、評估等，其中輸電線路通道可視化在線監測裝置是最重要、最直觀的手段，作為線路巡檢運維的重要工具得到廣泛應用[1-3]。但由于設備的長期運行受環境、通信、供電等多個因素影響，且這些設備分布點多面廣，一旦出現問題，不僅無法提升線路巡檢的效率和質量，還會給線路運維工作人員造成更多的麻煩，嚴重影響到用戶對設備使用的滿意度。目前，輸電線路通道可視化在線監測多采用基于公網的無線GPRS/3G/4G技術，但是在實際應用中卻存在很多問題，如：選取的監測線路節點在偏遠、人跡罕至的地方，GPRS/3G/4G網絡尚未覆蓋；已經覆蓋GPRS/3G/4G的地方也可能存在信號不強問題，無法滿足實際監控需求。以往線路在線監測系統往往采用租用移動等公網運營商資源的方式來傳輸視頻監控業務，但由于通道帶寬較窄，往往難以提供高清畫質，同時租用費用高、故障維修環節多[4-5]。本文提出了特高壓輸電線路通道可視化系統框架，結合線路實際，利用5.8GHz自建通信網絡，采用點對點、點對多點等多種通信技術混合組網，完成終端設備通信接入，并通過就近接入變電站光網絡完成信號匯聚與遠程傳輸；利用先進的數字視頻壓縮技術、低功耗技術、無線通信技術、太陽能技術，將現場視頻信息通過無線網絡傳輸到監控中心，從而實現對輸電線路的全天候監測，使管理人員及時了解現場信息，將事故消滅在萌芽狀態。在巡視人員不易到達地區，可大大減少巡視次數，為輸電線路的巡視及狀態檢修提供新的思路。

1輸電線路通道可視化系統關鍵技術研究

輸電線路通道可視化系統通過安裝在桿塔上的高清攝像頭，實現對輸電線路運行狀態及周圍環境的監測，并與其他相關業務系統進行數據集成，為輸電線路的可視化運維提供技術支撐。系統框架主要由前端裝置、通信傳輸網絡和視頻監控中心主站組成。

1.1前端裝置

前端裝置主要包括高清視頻監測裝置、電源供應系統以及配套通信設備。高清視頻監測裝置安裝在鐵塔下橫擔以下塔身內部或桿塔主材，采集的視頻流同時存儲在桿塔當地和接入變電站，上傳帶寬不大于2M。輸電線路大部分位于偏遠無人山區，不具備條件就近取電供設備運行使用，因此主要采用太陽能獨立供電系統。太陽能獨立供電方式為：當日照充足時，由太陽能系統為負載供電，為蓄電池充電；在日落后或陰雨天，則由蓄電池向負載放電。必要時可考慮選擇風光互補的供電系統，部分有條件線路段供電方案可采用自建220V市電方式。

1.2通信傳輸網絡

目前，輸電線路通道可視化系統通信傳輸網絡大體可歸為三大類，分別為全無線、光纖+無線、全光纖[6-8]。

1.2.1全無線

全無線方案包括利用公網3G/4G和自建無線系統2種方案。利用公網3G/4G方案見效快、成本低，主要適用于監測點比較零散且有公網信號覆蓋的場景，但由于很多輸電線路比較偏僻、無信號覆蓋，影響了其推廣使用。自建無線系統目前主要采用點對點（多點）、LTE等技術，按照線路桿塔的地形特點，先分區段進行基站匯聚，之后多級中繼回傳至就近變電站。

1.2.2光纖+無線

光纖+無線方案主要利用隨輸電線路架設的OPGW光纜，在設有光纜接頭盒的桿塔同時安裝光通信設備和無線設備作為接入和傳輸裝置，在不設接頭盒的桿塔僅安裝無線設備。通過光通信與無線的高效結合，對不規則、非線性的野外受監控線路進行全覆蓋。

1.2.3全光纖

全光纖方案為沿輸電線路通道新建1根架空光纜，在每個監測點設置1個光纜接頭盒，同時安裝光通信設備作為接入和傳輸設備，實現監測點的全光纖覆蓋。新建架空光纜以自立桿塔為主，并根據實際情況單端或雙端接入就近變電站。根據上述3類通信傳輸與接入方案，可針對無線基站、傳輸方式、光通信設備選型分別進行技術方案比選，通信傳輸與接入方案對比見表1所列。本文根據輸電通道的地形特點，以及輸電線路是否建有OPGW光纜或OPGW光纜是否具有可利用備用光纖等情況，大部分監測點擬采用點對點（多點）的全無線接入方案，部分采用自建全光纖接入方案或OPGW光纖+點對點（多點）無線接入方案。

1.3視頻監控中心主站

輸電線路通道可視化視頻監控中心主站系統采用集中部署方式，安裝在輸電線路電力桿塔上的高清視頻監測裝置采集線路通道的視頻流以及設備電源信息和通道狀態信息，采用寬帶無線專網接入到就近變電站。由變電站通過站內的安全接入裝置接入到變電站內輸電通道可視化網絡；使用點對點設備通過FE接口和電力傳輸網MSTP設備互聯，最終將各種信息傳送到省公司的輸電通道可視化監控平臺。系統整體架構如圖1所示。

1.3.1主站構架方案

輸電線路高清視頻流以及設備電源信息和通道狀態信息通過變電站內電力專網接入到省公司的輸電線路通道可視化監控平臺，該監控平臺由視頻巡檢、無線專網通道管理和電源管理組成[9]。

1）視頻巡檢。實現對所有視頻監測設備的管理，支持省電力公司和各地市局特高壓運維分部對高壓輸電線路手動和自動視頻巡檢，以及事件觸發時實現自動聯動視頻，提供巡檢視頻的記錄、存儲、查詢和回放。

2）無線專網通道管理。實現對所有無線通信設備的管理，監視各個設備的運行狀況，分析通道的瓶頸。

3）電源管理。實現對桿塔上所有設備電源的管理，監視各個設備電源的狀況，分析電源容量，并根據電源容量提出設備運行的最優策略。

1.3.2數據流程輸

電線路通道可視化系統可以劃分為設備層、網絡層、接入服務層和應用層。系統數據流程如圖2所示。

1）設備層：采集輸電線路通道的視頻信息、電源信息和通信設備信息，采集數據通過無線方式（5.8GHz無線專網）將子站的數據在網絡層匯聚后到達接入服務層。

2）網絡層：通過有線、無線方式對設備層的數據進行匯聚傳輸，并送達接入服務層。

3）接入服務層：對接入的視頻數據和結構化數據進行處理和分級存儲，轉發下行控制命令。

4）應用層：將采集的視頻信息、電源信息、通信設備信息及其他業務系統數據進行集中存儲和分析，實現對輸電線路通道信息的可視化管理，構建功能完善的輸電線路可視化運維管理平臺。

1.3.3系統功能架構

系統功能結構如圖3所示，主要功能包括網絡管理、視頻監控、電源管理和權限管理[10-11]。

1）網絡管理。①通道監測：對當前網絡通道組網進行管理，實現整個網絡中所有節點通信狀態的可視化，對通信通道出現的異常進行告警提示。②拓撲管理：提供靈活的自定義網絡拓撲管理工具滿足用戶的需求，可根據實際線路劃分來定義每個網絡設備的位置，使拓撲視圖更加清晰、易懂。③性能管理：提供網絡性能監控報表和分析服務，實時發現和挖掘網絡性能問題，并實現對重點節點性能指標的監控。

2）視頻管理。①實時視頻管理：包括視頻列表、視頻組合、播放控制、自動播放、畫面切換、實時語音對講等。②視頻巡檢管理：包括巡檢管理、播放控制、云臺控制。③視頻存儲與查詢：包括設備查詢、錄像回放、視頻切片檢索、錄像查詢下載。④視頻設備管理：包括臺賬管理、視頻參數設置、視頻傳送策略、攝像頭管理等。

3）電源管理。①臺賬管理：實現對太陽能電池板、風機、電池基本信息的維護，并通過樹形結構進行展示。②實時監視：對電池的重要參數進行監測，對包括電池狀態、電池電壓、電池電流、負載電流、溫度、電量、充放電次數等信息進行展示。③信息管理：利用友好的圖形界面，可對太陽能電池板、風機、電池進行歷史信息查詢，了解各設備的工作狀態。

4）權限管理。①控制過程：控制過程的設計應符合相關規程的要求，包括控制對象的確認和控制過程的記錄。②安全措施：操作人員權限管理、操作工作站權限管理和設備控制互斥。

1.4視頻三級存儲方案

1.4.1三級存儲機制

由于高清視頻信息量大，占用帶寬大，為保證有用視頻信息不丟失，又對現有的電力專網資源占用小，系統采用三級分布式存儲方案，包括桿塔當地、接入變電站、主站三級[12]。第一級存儲為在高清視頻監測裝置內配置存儲卡，以實現該監測裝置視頻的實時錄像，用戶可根據設備運行狀況配置靈活的錄像方案，包括定時錄像、移動偵測事件觸發錄像等。在定時存儲方式中，用戶可根據需求進行配置，如裝置工作即錄像或者設定某個時間段（如每小時的前10min）對不同的預置點進行掃描并錄像。移動偵測觸發錄像則是偵測到物體移動即開啟錄像。第二級存儲為變電站內配置的視頻存儲服務器，其同前端攝像頭的視頻存儲組成斷點續存方案，即ANR方案。該方案結合了本地存儲和網絡存儲方案，通常前端高清視頻監測裝置本身沒有監控存儲功能，必須由后端的視頻存儲服務器來實現對監控視頻的存儲，這對于網絡的穩定性要求很高，網絡連接失敗、丟包嚴重、抖動等各種因素都可能造成監控數據的丟失。因此，在高清視頻監測裝置內設計存儲緩沖區，可以保證網絡短暫中斷情況下監控數據的連續存儲。一旦出現網絡中斷情況，前端的高清視頻監測裝置存儲可以不受網絡的影響，繼續進行錄像并作為備份數據，后端視頻存儲服務器可以在網絡恢復后將失效期間存儲在前端緩存區的監控數據以“補充”的方式傳輸到后端。第三級存儲為在省公司視頻監控中心主站配置磁盤陣列，實現基于應用的存儲，即用戶手動、自動巡檢和事件聯動視頻信息都存儲在磁盤陣列中，存儲文件以事件進行檢索。

1.4.2視頻存儲時間

第一級和第二級存儲是基于視頻時間的存儲，能最大程度地保證視頻存儲的完整性，存儲文件以時間進行檢索。依據較為高效的視頻壓縮算法，對于運動畫面較少的高清視頻（1280×720，15幀），平均碼流大小為1.2Mbps，計算得到每小時錄像文件大小為0.53GB。第一級存儲若考慮每天錄像12h，則7天內的不覆蓋錄像需要容量為44.35GB，64GB存儲卡即可滿足7天錄像的要求。視頻存儲采用存滿后自動覆蓋的方式實現視頻輪詢存儲。第二級存儲若考慮每天錄像12h，則30天內的不覆蓋錄像需要容量為190GB，1塊容量為4TB的硬盤即可存儲21路視頻流信息。考慮到每個變電站平均接入30個攝像頭，因此需2個4TB硬盤方可滿足要求。存滿后也采用自動覆蓋最先存儲的視頻的方式輪詢存儲。第三級存儲為基于應用的存儲，考慮每周都對所有攝像頭依次輪巡并存儲錄像10min，每周容量約為0.26TB，每年的容量為14TB，考慮每2年覆蓋1次，則8×4TB的存儲陣列即可滿足要求。

2應用實踐

輸電線路通道可視化系統在某電力公司特高壓輸電通道專項整治建設項目中得到了較好應用，項目范圍為實現該電網公司特高壓交直流輸電線路高清視頻監控的全覆蓋，覆蓋桿塔總計2000余基。項目建設取得的預期成效主要有以下幾個方面。

1）提高重要輸電通道的安全防護水平。提高重要通道輸電線路的設防等級，確保不發生因某一原因造成2次及以上重要輸電線路同時跳閘；采取差別化補強措施，能夠保證在極端惡劣天氣下重要輸電通道內各級電網最小骨干網架線路的安全穩定運行。

2）提升重要輸電通道安全管理水平。辨識影響通道安全運行的危險因素，加強運維管理和通道安全防護，提高重要輸電通道抵御風險的能力。

3）建立健全護線網絡。實現缺陷與隱患發現率100%、閉環率100%，實現重要輸電通道運維保障和護線工作的屬地化、精益化、痕跡化，切實提高運維和護線水平。通過本項目的建設，實現了輸電線路在線監測工作中各類在線監測裝置平均在線率不低于98%，裝置缺陷消缺時間不超過5個工作日，各套監測裝置的數據可用率不低于98%。

3結語

本文提出了一套輸電線路通道可視化巡檢系統及其解決方案，通過該方案和高清視頻實時在線監測系統建設，可提升輸電線路通道安全水平，提高線路巡檢人員巡檢效率，力爭逐步達到線路主設備日常巡視由人工巡視方式轉變為以遠程監控為主的目標，進一步強化特高壓輸電線路的通道安全，有效提升特高壓安全管理水平，保證各級電網平穩運行。

參考文獻：

[1]黃曉紅,王丹,葉廷東,等.輸電線路中的架空線可視化巡視系統的設計與實現[J].廣東輕工職業技術學院學報,2015,14(3):5-10.

[2]陳亮,王波,蔣才明.智能輸電線路巡檢系統設計與實現[J].電工電氣,2014(9):50-53.

[3]陳海波,王成,李俊峰,等.特高壓輸電線路在線監測技術的應用[J].電網技術,2009,33(10):55-58.

[4]張濤,雒宏禮,王倩.無線專網在輸電線路視頻監控的應用探討[J].電力信息化,2013,11(9):119-123.

[5]鄭亞茹,黃曙,王焱.基于無線傳感器網絡的高壓輸電線監測系統研究[J].廣東電力,2010,23(12):78-82.

[6]陳晰,吳帆,范文浩.面向輸電線路監測的無線網關鍵技術研究[J].電力系統通信,2012,33(3):28-31.

[7]牛博,姚林,曹小行,等.基于3G物聯網的高壓輸電線路多狀態信息監測系統[J].陜西電力,2013,41(12):56-60.

[8]王瑋,張浩,郭經紅.基于EPON的輸電線路狀態監測數據傳輸系統[J].電力系統通信,2011,32(7):20-23.

[9]李開紅,鄒冬超,陳寶仁.寬帶無線Mesh在輸電線路在線監測的應用研究[J].電力信息與通信技術,2014,12(1):47-50.

[10]劉麗榕,王玉東,肖智宏,等.輸電線路在線監測系統通信傳輸方式研究[J].電力系統通信,2011,32(4):20-24.

[11]周封,劉聞博,劉志剛,等.智能視頻技術在電力系統領域的應用[J].哈爾濱理工大學學報,2015,20(5):14-19.

[12]張亞東,畢建軍,曹永峰.面向輸電線路監測的無線自組網安全性研究[J].電力系統通信,2012,33(6):27-31.

作者:呂志來 劉浩 李海 張學深 單位:國網許繼集團北京許繼電氣有限公司