高压架空输电线路视频在线监测系统研究
２０１１－０６－
１６高压架空输电线路视频在线监测系统研究
周伟才，谭卫成
（广东电网公司深圳供电局，广东深圳５１８０００
）摘要：为提高输电线路在线监测的智能化水平，研究开发了高压架空输电线路视频在线监测系统。该系统由多个线路终端设备和１个线路监控主站构成，具有杆塔和线路通道危险点实时视频监控以及绝缘子污秽、闪络定位、微气候和风偏、线路舞动和覆冰的监测等功能。该系统采用ＴＣＰ／ＩＰ协议的网状网无线宽带专用网络技术实现系统与供电局光纤通信网络的无缝联结；采用数字用户线路技术完成图像信号的传输；采用模块化设计方案和ｍｅｓｈ无线应用方案，使系统扩展性良好，配置灵活，容错能力强，速度响应快。该系统在广东电网公司深圳供电局应用，效果良好。
关键词：架空输电线路；在线监测；视频压缩技术；图像分析
中图分类号：ＴＭ７５５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００７－２９０Ｘ（２０１１）０７－００４１－
０４Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｏｎ－ｌｉｎｅ Ｖｉｄｅｏ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｓｙ
ｓｔｅｍ ｏｆ Ｏｖｅｒｈｅａｄ ＨＶＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ＬｉｎｅｓＺＨＯＵ Ｗｅｉ－ｃａｉ，ＴＡＮ Ｗｅｉ－ｃｈｅｎｇ
（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ
５１８０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ－ｌｉｎｅ ｖｉｄｅｏ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｏｖｅｒｈｅａｄ ＨＶ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｏｎ－ｌｉｎｅ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ．Ｔｈｅ ｏｎ－ｌｉｎｅ ｖｉｄｅｏ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｍａｎｙ ｌｉｎｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｎｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｓｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｌｉｎｅ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｓｕｃｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｓ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｖｉｄｅｏ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｏｆ ｈａｚａｒｄ ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ｐｏｌｅｓ，ｔｏｗｅｒｓ ａｎｄ ｌｉｎｅ ｃｈａｎｎｅｌｓ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｄｉｒｔ，ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｍｉｃｒｏｃｌｉｍａｔｅａｎｄ ｗｉｎｄａｇｅ ｙａｗ，ｌｉｎｅ ｇａｌｌｏｐｉｎｇ ａｎｄ ｉｃｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ａｄｏｐｔｓ ｍｅｓｈ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｅｘｃｌｕｓｉｖｅｌｙ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｂｒｏａｄｂａｎｄｗｉｔｈ ＴＣＰ／ＩＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｔｏ ｅｎａｂｌｅ ｓｅａｍｌｅｓｓ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｂｕｒｅａｕｓ；ｉｔａｌｓｏ ａｄｏｐｔｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｉｍａｇｅ ｓｉｇｎａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ａｄｏｐｔｓ ｍｏｄｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓｍｅｓｈ ｔｏ ａｔｔａｉｎ ｇｏｏｄ ｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙ，ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｆａｕｌｔ－ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ａｎｄ ｑ
ｕｉｃｋ ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ｏｖｅｒｈｅａｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ；ｏｎ－ｌｉｎｅ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ；ｖｉｄｅｏ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｉｍａｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ 随着电网容量的不断扩大，对输电线路的运行
监测越来越困难，需要大量的人力，输电线路运行状态和故障隐患的不可知性与大电网安全稳定运行的矛盾日趋突出。采用在线监测方法对输电线路进行监测可以及时发现故障隐患，减少停电次数，提高供电可靠性，降低供电成本，达到提高生产效率的目的。输电线路视频在线监测系统融高电压、电子传感、网络通信、太阳能供电和信号处理等技术于一体，通过建立统一的在线监测平台对输电线路
运行状况进行全方位的实时监测。
１ 输电线路运行监测方法的发展状况
人工巡视是使用最久的输电线路巡视方法，随着输电线路规模的不断扩大，这种传统的巡线模式已经远远跟不上输电线路安全生产的需要。部分地区采用直升机进行空中巡视，但其成本较高，且对局部特殊地形很难达到需要的巡视精度。
随着网络技术的发展，对输电线路运行维护的研究越来越多地采用智能化技术。通过先进的无线通信传输技术，结合前端采集单元实时监控电力输
第２４卷第７期广东电力
Ｖｏｌ．２４
Ｎｏ．７ ２
０１１年７月ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ
Ｊｕｌ．２０１１
电线路与杆塔运行状态，并进行综合分析和预警。２ 本研究的主要内容
为提高输电可靠性和自动化水平，研究开发了高压架空输电线路视频在线监测系统。该系统采用ＴＣＰ／ＩＰ协议的网状网无线宽带专用网络技术，便
于与供电局光纤通信网络无缝联接，并采用数字用户线路（ｘ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅ ｌｉｎｅ，ｘＤＳＬ）技术将宽带网络图像信号从通信机房传输至监控室。
绝缘子泄漏电流、雷击故障定位和安防红外探头信号形成自组网络并整合统一成网际协议（ｉｎｔｅｒｎｅｔｐ
ｒｏｔｏｃｏｌ，ＩＰ）信号，为后续项目实施扩容作准备
。图 高压架空输电线路视频在线监测系统框图
３ 架空线路视频在线监测系统的设计
３．１ 系统设计
高压架空输电线路视频在线监测系统由多个装设在输电线路杆塔上的线路终端设备（ｌｉｎｅ
ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ ｕｎｉｔ，ＬＴＵ）和１个线路监控主站构成。ＬＴＵ与线路监控主站之间通过无线路由器接入供电局现有光纤通信网络的综合数据网，实现数据传输。高压架空输电线路视频在线监测系统的结构如图１所示。
应用软件遵循规范化、模块化的原则，按照数据服务层、数据业务处理层和人机界面层３层次软件模型进行设计。系统应用平台提供面向专业的数据采集和处理、图形和报表的输出、Ｗｅｂ服务、监视、报警、查询、维护等自动化系统基本应用软件服务。系统软件平台运用专家模型进行分析和风险评估，子系统对气象、覆冰、线温、雷电、污闪和工况等数据自动进行分析和预报，满足行业规范和应用要求。
设计时充分考虑系统的扩充性和兼容性，将长期规划与现实需求统一考虑，在实用的前提下力求先进，并便于扩充和升级。
３．２ 系统主要功能
高压架空输电线路视频在线监测系统具有如下
功能：杆塔防盗［１－２
］；杆塔和线路通道危险点实时视频监控；红外热像探测［３－５］；绝缘子污秽（泄漏
电流）监测；闪络定位监测；微气候和风偏监测；输电线路舞动和覆冰监视；有良好的开放性，根据用户实际需要配置监测功能；以组态方式灵活配置监控画面、系统参数和运行参数，方便维护、使用和升级；采用图形、表格和曲线等形式显示输电线路实时运行状态和历史趋势；在专家知识库的支持
２
４广东电力
第２４卷
下，自动对各类数据进行综合分析，给出输电线路相关状态评价结果［６］，实现故障报警；通过Ｗｅｂ和手机实现信息发布。
３．３ 系统主要组成模块
３．３．１ ＬＴＵ
ＬＴＵ可实现数据自动采样、处理、保存和传送，其基本配置有摄像机（红外网络高速球）、绝缘子表面泄漏电流传感器（典型配置３个，最多支持同时配置６个）、绝缘子分布电压传感器（典型配置３个，最多支持同时配置６个）、杆塔接地线电流传感器（１个）、温度和湿度传感器（１套）、风力传感器（１套）、声音振动传感器（１套）、耐压保护及隔离单元、数据采集及高速信号处理单元、数据存储单元、主控单元核心控制器、无线路由器、太阳能电池及电源管理单元［７］。
３．３．２ 线路监控主站
线路监控主站主要由通信服务系统、数据库、监控管理系统、专家系统、画面编辑系统和Ｗｅｂ服务器组成，通过通信服务系统采集、积累历史数据，利用专家系统分析数据及其变化趋势，评价绝缘子和线路运行状态，必要时通过监控管理系统发出报警信号。
３．３．３ 传输通道
由于输电线路一般建在荒山野外，如果通过公网（如中国移动通信网、中国联合网络通信网）传输信号，则信号非常弱或者根本没有。另外，对于有信号覆盖的地域，租用公网信道费用较高，信息安全得不到保障，而且需要与运营商协调通信维护问题，一般难以找到好的信道。
目前，电网光纤通信网发展迅速，深圳电网已建设光缆线路２ ５００ ｋｍ，并覆盖各级网络和地区，新建光缆以２４芯、３６芯为主，光通信设备的传输容量达到２．５ ＧＢ，各变电站已接入企业综合数据网。遍布于电网的光纤通信网络是本文的基础光纤网络，监控点的监测信息接入输电线路铁塔和变电站的无线路由器上，然后利用现有的光纤通信网络传输至线路监控主站，实现监控现场的高清实时图像显示［８－１１］。
４ 架空输电线路视频在线监测系统的开发
４．１ 通信规约
参照文献［１２－１３］，规定了输电线路在线监测
终端与主站系统通信的一般约定、数据帧格式、控制字定义及格式、数据结构和传输规则，适用于高压架空输电线路在线预警系统。
４．２ 硬件
４．２．１ 无线路由器
采用Ａｚａｌｅａ公司的ＭＳＲ２０００型无线网状网路由器（内嵌无线局域网鉴别和保密基础结构安全协议），其具备独特的双载频设计，适用于网络边缘节点和对单节点无线容量要求不高的广覆盖部署中。分别采用２．４ Ｇｂｐｓ和５．８ Ｇｂｐｓ速率进行了半年多的传输试验，距离分别为９．２ ｋｍ和２８ ｋｍ，试验结果表明该设备采用５．８ Ｇｂｐｓ速率时干扰较小，图像传输质量较好。
４．２．２ 红外网络高速球
为配合无线路由器，摄像机选用远红外高速球与视频服务器合于一体的网络高速球，输出为ＩＰ网络数字视频高清图像信号。
４．３ 数据库
高压架空输电线路视频在线监测系统数据库采用电网资源模型、监测终端信息模型、监测数据定义及数据表格式。采用标准化的数据库，实现对监测终端采集数据和测点配置信息等数据的统一存储，其中线路－杆塔模型与地理信息系统（ｇｅｏｇｒａ－ｐｈｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＧＩＳ）共用，终端及其传感器的信息与前置系统共用。
考虑系统持续建设后可能出现数据采集点多、间隔时间短从而导致大量数据频繁更新的情况，以及客户端查询数量多的压力，采用实时数据库与历史数据库相结合的存储方式。
４．４ 接口
参照文献［１４］的有关规约和规范，实现了高压架空输电线路视频在线监测系统与覆冰计算分析软件、输电线路ＧＩＳ、生产管理系统、雷电定位系统、调度自动化系统等的联接。主要通过数据库直接共享、数据库间接共享、可扩展置标语言（ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ ｍａｒｋｕｐ ｌａｎｇｕａｇｅ，ＸＭＬ）数据文件格式、本地交换数据文件、Ｗｅｂ服务交换数据文件、文件传送协议（ｆｉｌｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＦＴＰ）服务交换数据文件等多种基本接口方案实现数据的交换。
５ 总结与展望
推广高压架空输电线路视频在线监测系统的使
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第７期周伟才，等：高压架空输电线路视频在线监测系统研究
用，可实时监测线路运行情况，及时发现和处理线路异常情况，有效地解决预防外力破坏、防盗报警、防污闪报警和故障跳闸定位报警等问题，实现智能化、三维视频化的运行维护监控与监测，提高巡视维护质量，实用性高，在输电线路运行维护方面具有广泛的应用前景。
输电线路的管理正从传统粗放式向精细化转变，随着检测技术和计算机技术的不断发展，输电线路状态检修也将不断地成熟和完善。广东电网公司深圳供电局在生产管理信息系统（ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＭＩＳ）中引入设备全生命周期管理的概念，从设备安装投运开始记录该设备的一系列信息，跟踪该设备在多个功能位置服役的情况，实现设备从开始服役到最后报废的全生命周期管理。实施高压架空输电线路视频在线监测系统，实现了设备现场数据的积累，有利于准确掌握输电线路健康状态和运行风险，从而最大程度地提高了设备运行维护和检修等水平，为建设安全高效的输电线路运维决策指挥平台奠定了基础。
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作者简介：周伟才（１９７５—），男，广东河源人。工程师，工程硕士，主要从事输电线路运行维护及技术管理工作。
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４广东电力第２４卷