输电线路通道可视化技术探究范文

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《电力信息与通信技术杂志》2016年第9期

摘要：

为提高输电线路运行安全，实现输电线路通道的可视化，文章提出了通道可视化系统框架，结合线路实际情况，采用5.8GHz无线专网、点对点以及点对多点等多种通信技术混合组网，完成终端设备通信接入，将现场视频信息通过5.8GHz无线网络就近接入变电站光网络，完成信号汇聚并远程传输到监控中心，从而实现对输电线路的全天候监测。该系统可帮助管理人员及时了解现场信息，将事故消灭在萌芽状态，在巡视人员不易到达地区则可大幅减少巡视次数。

关键词：

无线专网；输电线路；可视化；视频监控

0引言

输电线路在线监测的目的是保障电力输电线路安全运行，通过各种传感器技术、通信技术、信息处理技术实现输电线路运行状态的感知、预警、分析、评估等，其中输电线路通道可视化在线监测装置是最重要、最直观的手段，作为线路巡检运维的重要工具得到广泛应用[1-3]。但由于设备的长期运行受环境、通信、供电等多个因素影响，且这些设备分布点多面广，一旦出现问题，不仅无法提升线路巡检的效率和质量，还会给线路运维工作人员造成更多的麻烦，严重影响到用户对设备使用的满意度。目前，输电线路通道可视化在线监测多采用基于公网的无线GPRS/3G/4G技术，但是在实际应用中却存在很多问题，如：选取的监测线路节点在偏远、人迹罕至的地方，GPRS/3G/4G网络尚未覆盖；已经覆盖GPRS/3G/4G的地方也可能存在信号不强问题，无法满足实际监控需求。以往线路在线监测系统往往采用租用移动等公网运营商资源的方式来传输视频监控业务，但由于通道带宽较窄，往往难以提供高清画质，同时租用费用高、故障维修环节多[4-5]。本文提出了特高压输电线路通道可视化系统框架，结合线路实际，利用5.8GHz自建通信网络，采用点对点、点对多点等多种通信技术混合组网，完成终端设备通信接入，并通过就近接入变电站光网络完成信号汇聚与远程传输；利用先进的数字视频压缩技术、低功耗技术、无线通信技术、太阳能技术，将现场视频信息通过无线网络传输到监控中心，从而实现对输电线路的全天候监测，使管理人员及时了解现场信息，将事故消灭在萌芽状态。在巡视人员不易到达地区，可大大减少巡视次数，为输电线路的巡视及状态检修提供新的思路。

1输电线路通道可视化系统关键技术研究

输电线路通道可视化系统通过安装在杆塔上的高清摄像头，实现对输电线路运行状态及周围环境的监测，并与其他相关业务系统进行数据集成，为输电线路的可视化运维提供技术支撑。系统框架主要由前端装置、通信传输网络和视频监控中心主站组成。

1.1前端装置

前端装置主要包括高清视频监测装置、电源供应系统以及配套通信设备。高清视频监测装置安装在铁塔下横担以下塔身内部或杆塔主材，采集的视频流同时存储在杆塔当地和接入变电站，上传带宽不大于2M。输电线路大部分位于偏远无人山区，不具备条件就近取电供设备运行使用，因此主要采用太阳能独立供电系统。太阳能独立供电方式为：当日照充足时，由太阳能系统为负载供电，为蓄电池充电；在日落后或阴雨天，则由蓄电池向负载放电。必要时可考虑选择风光互补的供电系统，部分有条件线路段供电方案可采用自建220V市电方式。

1.2通信传输网络

目前，输电线路通道可视化系统通信传输网络大体可归为三大类，分别为全无线、光纤+无线、全光纤[6-8]。

1.2.1全无线

全无线方案包括利用公网3G/4G和自建无线系统2种方案。利用公网3G/4G方案见效快、成本低，主要适用于监测点比较零散且有公网信号覆盖的场景，但由于很多输电线路比较偏僻、无信号覆盖，影响了其推广使用。自建无线系统目前主要采用点对点（多点）、LTE等技术，按照线路杆塔的地形特点，先分区段进行基站汇聚，之后多级中继回传至就近变电站。

1.2.2光纤+无线

光纤+无线方案主要利用随输电线路架设的OPGW光缆，在设有光缆接头盒的杆塔同时安装光通信设备和无线设备作为接入和传输装置，在不设接头盒的杆塔仅安装无线设备。通过光通信与无线的高效结合，对不规则、非线性的野外受监控线路进行全覆盖。

1.2.3全光纤

全光纤方案为沿输电线路通道新建1根架空光缆，在每个监测点设置1个光缆接头盒，同时安装光通信设备作为接入和传输设备，实现监测点的全光纤覆盖。新建架空光缆以自立杆塔为主，并根据实际情况单端或双端接入就近变电站。根据上述3类通信传输与接入方案，可针对无线基站、传输方式、光通信设备选型分别进行技术方案比选，通信传输与接入方案对比见表1所列。本文根据输电通道的地形特点，以及输电线路是否建有OPGW光缆或OPGW光缆是否具有可利用备用光纤等情况，大部分监测点拟采用点对点（多点）的全无线接入方案，部分采用自建全光纤接入方案或OPGW光纤+点对点（多点）无线接入方案。

1.3视频监控中心主站

输电线路通道可视化视频监控中心主站系统采用集中部署方式，安装在输电线路电力杆塔上的高清视频监测装置采集线路通道的视频流以及设备电源信息和通道状态信息，采用宽带无线专网接入到就近变电站。由变电站通过站内的安全接入装置接入到变电站内输电通道可视化网络；使用点对点设备通过FE接口和电力传输网MSTP设备互联，最终将各种信息传送到省公司的输电通道可视化监控平台。系统整体架构如图1所示。

1.3.1主站构架方案

输电线路高清视频流以及设备电源信息和通道状态信息通过变电站内电力专网接入到省公司的输电线路通道可视化监控平台，该监控平台由视频巡检、无线专网通道管理和电源管理组成[9]。

1）视频巡检。实现对所有视频监测设备的管理，支持省电力公司和各地市局特高压运维分部对高压输电线路手动和自动视频巡检，以及事件触发时实现自动联动视频，提供巡检视频的记录、存储、查询和回放。

2）无线专网通道管理。实现对所有无线通信设备的管理，监视各个设备的运行状况，分析通道的瓶颈。

3）电源管理。实现对杆塔上所有设备电源的管理，监视各个设备电源的状况，分析电源容量，并根据电源容量提出设备运行的最优策略。

1.3.2数据流程输

电线路通道可视化系统可以划分为设备层、网络层、接入服务层和应用层。系统数据流程如图2所示。

1）设备层：采集输电线路通道的视频信息、电源信息和通信设备信息，采集数据通过无线方式（5.8GHz无线专网）将子站的数据在网络层汇聚后到达接入服务层。

2）网络层：通过有线、无线方式对设备层的数据进行汇聚传输，并送达接入服务层。

3）接入服务层：对接入的视频数据和结构化数据进行处理和分级存储，转发下行控制命令。

4）应用层：将采集的视频信息、电源信息、通信设备信息及其他业务系统数据进行集中存储和分析，实现对输电线路通道信息的可视化管理，构建功能完善的输电线路可视化运维管理平台。

1.3.3系统功能架构

系统功能结构如图3所示，主要功能包括网络管理、视频监控、电源管理和权限管理[10-11]。

1）网络管理。①通道监测：对当前网络通道组网进行管理，实现整个网络中所有节点通信状态的可视化，对通信通道出现的异常进行告警提示。②拓扑管理：提供灵活的自定义网络拓扑管理工具满足用户的需求，可根据实际线路划分来定义每个网络设备的位置，使拓扑视图更加清晰、易懂。③性能管理：提供网络性能监控报表和分析服务，实时发现和挖掘网络性能问题，并实现对重点节点性能指标的监控。

2）视频管理。①实时视频管理：包括视频列表、视频组合、播放控制、自动播放、画面切换、实时语音对讲等。②视频巡检管理：包括巡检管理、播放控制、云台控制。③视频存储与查询：包括设备查询、录像回放、视频切片检索、录像查询下载。④视频设备管理：包括台账管理、视频参数设置、视频传送策略、摄像头管理等。

3）电源管理。①台账管理：实现对太阳能电池板、风机、电池基本信息的维护，并通过树形结构进行展示。②实时监视：对电池的重要参数进行监测，对包括电池状态、电池电压、电池电流、负载电流、温度、电量、充放电次数等信息进行展示。③信息管理：利用友好的图形界面，可对太阳能电池板、风机、电池进行历史信息查询，了解各设备的工作状态。

4）权限管理。①控制过程：控制过程的设计应符合相关规程的要求，包括控制对象的确认和控制过程的记录。②安全措施：操作人员权限管理、操作工作站权限管理和设备控制互斥。

1.4视频三级存储方案

1.4.1三级存储机制

由于高清视频信息量大，占用带宽大，为保证有用视频信息不丢失，又对现有的电力专网资源占用小，系统采用三级分布式存储方案，包括杆塔当地、接入变电站、主站三级[12]。第一级存储为在高清视频监测装置内配置存储卡，以实现该监测装置视频的实时录像，用户可根据设备运行状况配置灵活的录像方案，包括定时录像、移动侦测事件触发录像等。在定时存储方式中，用户可根据需求进行配置，如装置工作即录像或者设定某个时间段（如每小时的前10min）对不同的预置点进行扫描并录像。移动侦测触发录像则是侦测到物体移动即开启录像。第二级存储为变电站内配置的视频存储服务器，其同前端摄像头的视频存储组成断点续存方案，即ANR方案。该方案结合了本地存储和网络存储方案，通常前端高清视频监测装置本身没有监控存储功能，必须由后端的视频存储服务器来实现对监控视频的存储，这对于网络的稳定性要求很高，网络连接失败、丢包严重、抖动等各种因素都可能造成监控数据的丢失。因此，在高清视频监测装置内设计存储缓冲区，可以保证网络短暂中断情况下监控数据的连续存储。一旦出现网络中断情况，前端的高清视频监测装置存储可以不受网络的影响，继续进行录像并作为备份数据，后端视频存储服务器可以在网络恢复后将失效期间存储在前端缓存区的监控数据以“补充”的方式传输到后端。第三级存储为在省公司视频监控中心主站配置磁盘阵列，实现基于应用的存储，即用户手动、自动巡检和事件联动视频信息都存储在磁盘阵列中，存储文件以事件进行检索。

1.4.2视频存储时间

第一级和第二级存储是基于视频时间的存储，能最大程度地保证视频存储的完整性，存储文件以时间进行检索。依据较为高效的视频压缩算法，对于运动画面较少的高清视频（1280×720，15帧），平均码流大小为1.2Mbps，计算得到每小时录像文件大小为0.53GB。第一级存储若考虑每天录像12h，则7天内的不覆盖录像需要容量为44.35GB，64GB存储卡即可满足7天录像的要求。视频存储采用存满后自动覆盖的方式实现视频轮询存储。第二级存储若考虑每天录像12h，则30天内的不覆盖录像需要容量为190GB，1块容量为4TB的硬盘即可存储21路视频流信息。考虑到每个变电站平均接入30个摄像头，因此需2个4TB硬盘方可满足要求。存满后也采用自动覆盖最先存储的视频的方式轮询存储。第三级存储为基于应用的存储，考虑每周都对所有摄像头依次轮巡并存储录像10min，每周容量约为0.26TB，每年的容量为14TB，考虑每2年覆盖1次，则8×4TB的存储阵列即可满足要求。

2应用实践

输电线路通道可视化系统在某电力公司特高压输电通道专项整治建设项目中得到了较好应用，项目范围为实现该电网公司特高压交直流输电线路高清视频监控的全覆盖，覆盖杆塔总计2000余基。项目建设取得的预期成效主要有以下几个方面。

1）提高重要输电通道的安全防护水平。提高重要通道输电线路的设防等级，确保不发生因某一原因造成2次及以上重要输电线路同时跳闸；采取差别化补强措施，能够保证在极端恶劣天气下重要输电通道内各级电网最小骨干网架线路的安全稳定运行。

2）提升重要输电通道安全管理水平。辨识影响通道安全运行的危险因素，加强运维管理和通道安全防护，提高重要输电通道抵御风险的能力。

3）建立健全护线网络。实现缺陷与隐患发现率100%、闭环率100%，实现重要输电通道运维保障和护线工作的属地化、精益化、痕迹化，切实提高运维和护线水平。通过本项目的建设，实现了输电线路在线监测工作中各类在线监测装置平均在线率不低于98%，装置缺陷消缺时间不超过5个工作日，各套监测装置的数据可用率不低于98%。

3结语

本文提出了一套输电线路通道可视化巡检系统及其解决方案，通过该方案和高清视频实时在线监测系统建设，可提升输电线路通道安全水平，提高线路巡检人员巡检效率，力争逐步达到线路主设备日常巡视由人工巡视方式转变为以远程监控为主的目标，进一步强化特高压输电线路的通道安全，有效提升特高压安全管理水平，保证各级电网平稳运行。

参考文献：

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作者:吕志来 刘浩 李海 张学深 单位:国网许继集团北京许继电气有限公司