李世杰

（阿坝水电开发有限公司，四川 阿坝 623503）

1 引言

目前水电站基本采用光纤通信作为主要的通信手段，光纤通信由于造价成本相对较高，安装时间长、使用维护不方便等，适合于可靠性要求高的网络系统工程。而4G 无线网络传输具有使用灵活、安装维护方便等特点，再加上太阳能发电储能技术的普及运用。4G 太阳能远程监控系统可以作为水电站有线监控的备用或拓展方式，极大提高了远程通信和远程监控的灵活性。

2 4G 太阳能远程监控系统组成

4G 太阳能远程监控系统是基于4G 通信网络的多媒体视频监控系统。将太阳能作为能源供电的主要模式，给用电设备摄像机提供稳定的电源，使图像经过视频压缩编码模块压缩，通过智能无线通信终端发射到4G网络，实现视频数据的交互、发送/接收等功能。可以通过各种终端远程查看视频监控画面、实时监控管理[1]。太阳能电池组件把白天吸收的太阳能转变为电能，并通过充放电路等控制器将存储在蓄电池中的电能提供给各种负载。该系统主要由高清网络摄像头、太阳能电池组件、太阳能控制器、储能蓄电池、机箱支架等组成。4G 太阳能无线视频监控系统原理见图1 所示。

图1 太阳能视频监控系统原理

2.1 高清网络摄像机

高清网络摄像头是一款搭载4G 模块的高清球机，可实现远程无线传输。内置4G 物联网卡，存储卡，可实现视频实时传输、视频存储，支持光学变焦，360°旋转，具有远程红外、夜视功能 。视频监控系统中，高清网络摄像机选择非常重要，需要根据具体使用场景、使用要求，选择合适的高清网络摄像机。

2.2 太阳能电池板

太阳能电池板是太阳能供电系统中的核心部分。其作用是将太阳的辐射能量转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，用于供给网络摄像机使用，使用中根据负载大小，选用合适的太能电池板。在实际运用中，太阳能电池板要具有抵抗各种恶劣天气条件，包括剧烈的温差变化、潮湿、大风、以及冰雹的撞击。

2.3 太阳能控制器

太阳能控制器是用于太阳能发电系统中，控制太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池组件和蓄电池对负载的电能输出。太阳能控制器控制整个系统的运行状态，同时为各种负载提供与之相互匹配的电能（电压和电流）并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用，延长蓄电池的使用寿命。

2.4 蓄电池

蓄电池主要存储由太阳能电池板转化过来的电能，白天蓄电池给负载供电，同时太阳能组件还给蓄电池充电，晚上或者阴雨天负载用电全部由蓄电池供给。蓄电池的选用，主要根据负载大小和可靠性要求进行配置。运用在山区地方的太阳能蓄电池容量选择，至少要保证在无太阳的情况下，使用2~3 d，确保供电可靠性。

2.5 机箱支架

太阳能供电系统安装在摄像头立柱上，机箱内安装蓄电池、控制器、光端机、终端盒，机箱具有保温层，确保蓄电池工作温度。机箱支架应安装牢固，适应室外恶劣天气条件下的使用。

3 4G 太阳能全天候监控的特点与运用优势

3.1 4G 太阳能全天候监控的特点

采用太阳能独立供电，无线传输；组件灵活，小巧，方便安装与组网；交直流供电方式，满足多种负载用电的需要；安全性好，维护费用少，造价低。实现快速安装，施工时间短，投入低，效果好。可以摆脱山地、森林、河流、开阔地等特殊地理环境的限制，无须考虑电源线及通信光缆的布线和施工问题，解决布线工程周期长，施工成本高昂甚至根本无法实现的困难。

3.2 4G 太阳能全天候监控的运用优势

4G 太阳能无线监控系统采用清洁能源太阳能供电，环保节能，不消耗市电，能起到节约能源的作用。利用先进的视频远距离无线技术，使无法或者不方便得到电力供应的地区远程不间断全天候视频监控。无需敷设电源线、施工周期短、安装方便、不受地里位置限制、维护成本较低。使用灵活，建设成本低，无需产生电费，在山区小水电站具有一定的推广价值。

4 4G 太阳能全天候监控系统在山区水电站的应用场景

4.1 输电线路隐患监测

传统的输电线路巡检模式劳动强度高，工作条件恶劣，且效率低下，无法实时掌握输电线路的运行情况，特别是在极端天气下，增大了输电线路的运行风险。山区水电站送出线路一般环境比较恶劣，输电线路运行保障很困难，为消除输电线路目视巡视的“盲区”，采用电力4G 太阳能全天候摄像机，扩展和完善了输电线路状况采集、历史图像查看、线路异常提醒等功能，可以实现全天候、全覆盖、全方位对输电线路及塔基的视频监控。对于优化架空线路的监测模式，防范输电线路地质灾害，起到了十分重要的作用。

4.2 森林防火监测

森林火灾的发生与气象特点及地理地质条件存在密切关系。山区电站的输电线路途经区域树木、植被生长茂密，秋冬季节极易发生森林火灾。一旦发生森林火灾将造成电网设施设备损毁和大面积停电外，还会造成重大人员伤亡和财产损失。基于当前政府对森林防火的要求级别越来越高，森林防火日常监测显得尤为重要。山区输电线路一般处于偏僻地带，山高路远，在日常的巡查维护中，即使以一周一次的巡查，也需要耗费大量的人力物力。在人为巡查过程中，还可能存在不及时、消极怠工等情况，因而采用高科技手段实现巡查监管消灭祸患于萌芽中已凸现其必要性。

输电线路森林防火监控系统，采用4G 高清网络摄像机+摄像头+太阳能供电组合，将监控点附近的相关视频实时回传至监控中心，可实时了解输电线路林区状态，如有隐患或火灾，可第一时间发现并采取相应措施，起到预防火灾的目的。

4.3 河道流量监测

4G 太阳能河道流量监测系统主要用于河道流量和水位的监测，特别是对于山区小水电站，支流和冲沟众多，水文站未完全覆盖，可以作为中小型水电站水情测报系统的冗余系统，也可以单独使用。遥测终端采用超声波流量计和雷达水位计，采用高清摄像机，并将流量和水位信息叠加到视频画面上，利用4G 网络进行无线传输，可以在手机端和电脑端实时监测数据、查询历史记录、远程控制等。

特别是在汛期，4G 太阳能河道流量监测系统作为水情测报系统的重要组成部分，提高了水情信息的精准度，对于指导防洪度汛、水库调度具有十分重要的作用。

4.4 水库水位监测

引水式水电站由于厂房和大坝分离，大坝和厂房之间普遍采用光纤进行通信。由于山区水电站所处的区域地质灾害频发，地震、泥石流等自然灾害对通信设备极易造成破坏。特别是在汛期，站点至闸首的通信光缆有被落石砸断，导致监控及工业电视中断的风险，远程集控中心监控系统无法实时监视闸首库区水位。

4G 太阳能库水位全天候监测摄像头、利用4G网传输，移动终端+PC 终端显示、采用太阳能供电，具备远红外功能，可全天候监测库水位，极大保障了汛期水库安全运行。

4.5 地质灾害监测

每年汛期，山区容易发生山体滑坡、泥石流等地质灾害，对水电站水工建筑物及泄洪河道构成了重大安全威胁。为确保水电站汛期安全、稳定运行，提高防灾、减灾的能力。运用科技手段监测地质灾害风险点，十分必要。

基于4G 太阳能供电的监控系统可以很好解决地灾监测面临的问题，一是采用4G 无线网络传输，不需要敷设光缆；二是利用太阳能供电，可以很好解决无法供电的问题；三是安装选址方便、灵活，可以根据需求灵活设置监测点位。特别适用于山区水电站大坝、库区、行洪河道、塌方体等重点隐患监测部位。

5 该系统在山区水电站的应用实践

5.1 4G 太阳能库水位全天候监测在电站的运用

柳坪、雅都电站位于阿坝州黑水河流域，两站地处四川省阿坝州黑水县，地质灾害频繁。特别是在汛期，给两站安全运行带来了一定的风险。基于4G太阳能供电库区全天候水位监测系统。一是解决内部光纤中断情况下的无线视频传输，确保了集控中心对大坝的安全监视；二是解决电源中断情况下的水库水位监测，提升监测手段的灵活性，降低水库安全运行风险；三是提高了汛期防灾减灾的能力。

5.2 4G 太阳能库水位全天候监测系统组成

该系统由海康威视高清摄像机、太阳能电池板，储能蓄电池以及支架组成。太阳能电电池板最大发电功率为120 W，电池容量60 AH，可支持高清摄像头在阴雨天气无法充电情况下使用1~2 d。柳坪、雅都电站4G 太阳能库水位全天候监测系统如图2 所示。

图2 4G 太阳能库水位全天候监测系统

5.3 4G 太阳能库水位全天候监测系统效果

该系统可支持手机终端和电脑终端同时监控，与有线的工业电视摄像头功能基本一致，支持远程操作，摄像头旋转、变焦，视频录像、存储功能，远程红外功能可实现24 h 全天候监视。提升了电站应急情况下的监测手段，提高了应急保障能力，降低了闸首光纤中断带来的水库安全运行风险。4G 太阳能库水位全天候监测系统效果图如图3 所示。

图3 PC 端远程视频画面

6 结语

4G 太阳能无线视频监控系统是4G 技术在水电站的运用，作为有线工业电视远程监视的冗余系统，提高了远程视频监控的可靠性和灵活性，同时也是水电站科技兴安，防灾减灾的重要智能化设备，在中小型水电站安全运行中发挥着十分重要的作用。