输电线路防外力破坏预警技术应用研究陈志明

输电线路防外力破坏预警技术应用研究陈志明

陈志明

(国网福建上杭县供电公司福建龙岩364200)

摘要：由于输电线路作为电网的大动脉，穿越各种地理环境，覆盖地域较为广泛且地理条件复杂，受到外部环境的影响比较大。随着城市化进展的加快，市政设施的改造，路桥等施工建设给输电线路安全运行造成隐患增多，输电线路遭受外力破坏的风险也随之加大。我们想实现智能化坚强电网的目标，就要积极进行科学化以及智能化的管理措施。在建立预警系统的过程中，实现远程监控、自动报警、智能分析以及事件回溯等功能管理，从根本上提高电网安全运行的外部环境，一定程度上减少输电线路遭受外力破坏事件的发生几率。

关键词：输电线路；防外力破坏；预警技术；应用

一、总体结构原理

输电线路防外力破坏预警系统的设计目标是针对重点区域、重点部位、重点线路的架空输电线路线下超高车辆通行，吊车、水泥泵车等线旁作业以及各种违章行为而引发的外力破坏事故实施预警，保护输电线路安全稳定运行。系统应具备实时感测、现场警告、远程预警、后台管理、易使用维护等功能。

本文设计的输电线路防外力破坏预警系统总体结构，主要包括超声测距装置、现场报警装置和远端监控装置三个子系统构成。将距离检测和自动报警分开部署，利用无线传输将二者互联，既降低安装在输电线路上的测距装置的体积、重量、功耗，方便装配，又达到保护输电线路安全，预防外力破坏的目的。

本系统通过超声波测距装置在线监测有无人员及施工作业车辆靠近或处于输电线路绝缘安全范围以内，当人员或施工作业车辆处于危险区域，系统立刻触发现场报警装置及时响应，远端监控装置通过GPS定位系统，及时发现警报所在地区，当警报持续时间超过规定值，施工维修人员能及时到达故障点，防止输电线路发生破坏，影响电网安全稳定运行。

二、硬件设计方案

输电线路预警系统硬件主要包括：超声测距装置、GPS模块和现场声波报警装置。整个监测系统可直接悬挂（安装）于容易发生事故的施工地段的输电线路导线上，同时也可以安装在相邻杆塔上对监视区域进行监测、扫描探测，通过监测移动物体与输电线路铁塔绝缘安全距离，达到报警效果。

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。

图1超声传感器发射模块电路图

超声波测距的原理一般采用时间差测距法。测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间乘以超声波的速度，得到二倍的声源与障碍物之间的距离。通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为v，根据计时器记录时间差t，就可以计算出发射点距障碍物的距离S。超声波测距模块可实现2cm~7m的非接触测距功能,供电电压为5V，静态功耗低于3mA，支持GPIO通信模式，工作稳定可靠[11-12]。超声波发射模块电路如图1所示，升压变压器可自制，线圈线径为0.8mm，初级线圈匝数为50，次级线圈匝数为350。从P35端输入40kHz的控制信号。

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。定位原理一般由公式（1）~（4）确定。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。

式中，iX，iY，iZ为第i颗卫星的空间坐标；X，Y，Z为GPS接收机的地理坐标；C为GPS信号传播速度；ItV为卫星钟差；0tV为接收机钟差。

本部分从系统功能需求分析入手，给出了系统硬件设计方法。通过超声波测距的方式来在线监测有无人员及施工作业车辆靠近或处于输电线路绝缘安全范围以内。通过比较GSM、3G和GPRS等主流的远程无线通信传输方案，选用GPRS模块作为远程通信信道；通过比较蓄电池、太阳能、感应取电等电源供电方案，确定线上测距装置采用输电线路电磁感应取电供电方式，现场告警终端采用蓄电池供电方式传输方案。

三、控制软件方案

本系统由线上测距装置、现场告警终端和远端预警平台构成，其中线上测距装置和现场告警终端以单片机为主控芯片开发，软件开发采用固件编写。

1、超声测距装置

超声波测距模块软件指令发送流程如图2所示。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。

图2指令发送流程

2、现场报警装置

打开电源后，首先对单片机、无线模块、Flash模块等硬件初始化，然后调用无线接收模块子程序，无线模块在等待接收数据过程中，如果收到线上测距装置发送来的预警距离信号，就触发MP3播放子程序，播放语音告警数据，同时，通过GPRSDTU通信模块将预警信息传送给远端预警平台或短信通知线路维护管理人员。现场预警终端控制软件流程如图3所示。

图3现场预警装置软件流程图

3、远端监控装置

远端预警装置软件具有实时监测、系统配置、用户管理、历史查询、应急预案、电话调度、的功能。根据功能需求，预警平台软件包括四部分：数据获取、数据分析、数据输出和数据显示，其结构设计如图4所示。

数据获取接收来自现场告警终端通过GPRS网络传输过来的数据；数据分析用于保存和分析获取的预警数据；数据显示用于将数据分析出的数据在预警平台软件界面上显示出来；预警输出用于监控中心以交互形式向管理人员以短信形式下发预警信息。

图4远端监控装置设计图

四、防外力破坏的技术方法

1、采用视频化监测装置，及时制止外破隐患

在外破易发区段，安装视频化在线监测装置，有工作人员专门值班进行观察，发现外破隐患，立即通知巡视人员前往，能够节省人力，有效制止外破隐患。有的实时视频在线监测装置，可将实时图像发送到手机端，便于巡视人员在工作过程中发现外破隐患，直接从现场前往，节约路程时间。

2、安装故障寻址装置，快速查找故障点

一旦发生跳闸事故，立即组织人员进行故障巡视，但往往需要一定的时间才能找到故障点，进行处理，恢复送电。安装故障寻址装置，在故障发生后，能够缩小巡视范围，缩短巡视时间，不但适于外破跳闸，对其他情况的事故也能快速查找故障点，进行故障抢修。

3、建立相应的输电线路隐患规则标准

对于输电线路受到外力引起的破坏，相关电力负责部门要建立一套比较科学完整的程序和标准。在实地调研分析的基础上，对不同地区、不同地段的线路隐患标准做出一定的区分。通过这种比较有效的标准程序划分，有利于更精确地采取措施，提高输电线路保护工作的准确性、及时性。输电线路外部隐患工作指引要有明确的隐患等级、职责分工、管理内容与措施：外部隐患等级：对可能造成外力破坏的隐患可分类为紧急、重大、一般共三类。职责分工：主要是管理部门内部处理事件的横向联系沟通机制的分工，明确部门、班组所应负责的管理工作及管理职责。管理内容与措施：主要是外部隐患管理工作流程，包括计划编制、外部隐患发现、登记、报告、受理分析、整治、检查验收、归档及分析总结、绩效考核等闭环管理环节。输电线路外部隐患标准库：具体应以设备类别、隐患部位、电压等级、隐患表象、隐患原因、隐患类别、严重等级、提级管理共八类进行划定。其中，隐患表象要清晰已进入的相应距离，形成划定界线。严重等级以紧急、重大、一般三类来划定；提级管理要提出在什么情况下需提级或降级进行管理。

4、落实对输电线路受外力破坏的重要隐患点的督查和特巡工作

输电线路受到外力破坏的因素很多，单一的监督措施和单一的巡视工作不能保障电力线路的安全平稳运行。因此，要根据实际情况，对于那些容易受到外力破坏的重要输电线路进行防外力破坏联防机制，在必要的情况下，采取特殊重点巡视。要重视线路运行维护工作。实行领导分点分段包干负责制度，定期、定点深入班组以及线路现场进行及时的监督、排查，对各级相关人员以及设备主人对输电线路的外部隐患区域的了解情况进行及时检查，实时掌握线路外力隐患情况，协调解决线路和班组上出现的主要困难和重点问题。分析输电线路受外力破坏的重点隐患档案，并制定合理科学的特训方案以及工作计划。有针对性地对项目施工的不同施工阶段展开重点线路特训工作，采取不定期检查的方式，及时掌握施工单位对各项线路安全措施的落实情况，对不同工期的施工段的线路受外力破坏隐患点进行详细地了解并及时采取防治措施。发挥当地相关部门的职能。输电线路防外力破坏工作较为复杂，在具体工作中，需要积极加强与政府相关部门的沟通，如林业部门、电力执法队等，充分发挥政府相关部门的职能，对电力设备的偷盗行为进行严厉打击。通过电业局调动稽查、营销以及农电部门人员，对违章施工单位进行警告等。

5、发展群众护线员，建立护线奖励机制

运行经验表明，发展群众护线员，建立护线奖励机制，能够及时掌握输电线路复杂的运行环境，有效的防范风刮异物、线下火灾等外破事故的发生。在强风、暴雨过后，由于天气以及路程原因，班组人员往往难以及时到达外破易发区段进行特巡，可通过电话联系外破区段的护线员，并对发现异物缺陷的人员，给予一定的物质奖励，提高群众的积极性。

结束语

总而言之，在常规化管理工作开展过程中，要针对输电线路的安全问题给予更多的关注，积极践行风险管理意识，确保管理措施和管控机制切实有效，在建立相关预警系统的基础上，结合相关问题和预警信息制定应对方案，从根本上提高输电线路的安全性和可靠性，相关部门协调工作的同时，减少外力破坏产生的安全隐患，一定程度上提高其运行效率，也为电力事业的可持续发展奠定坚实基础。

参考文献

[1]陆铭,孙晓峰.浅析输电线路防外力破坏工作开展措施[J].中国科技纵横,2016,(18):138.

[2]谢兵,许金彤.基于3G网络的输电线路防外力破坏智能视频监控系统研究[J].华东电力,2010,38(11):1729-1732.