岳灵平，朱弘钊，俞 强，章旭泳，戴建华，俞 辉

（1.国网湖州供电公司，湖州 313000；2.国网电力科学研究院，武汉 430074）

0 引言

近年来，随着输电线路通道环境的日趋复杂，山火、异物、树竹等周边环境严重影响输电线路通道安全。由于高速铁路、高速公路、城市基础设施建设的快速发展，违章施工等外力破坏已成为影响高压线路安全稳定运行的主要矛盾，严重影响电网安全。

随着高压线路防外力破坏在线监测装置的普及化，在一定程度上发挥了有效的监测作用，但传统的监测模式缺陷日趋显现。首先，监测装置无法对高压线路通道内外力破坏隐患进行识别，需要监控人员对大量图像视频数据进行人工查询来判断现场是否出现异常，工作量非常大；其次，监控人员长时间面对枯燥的监控画面，无法长时间的集中注意力，造成人为监控的质量难以保证，而传统的高压线路防外力破坏监测装置往往只能起到事后追踪的作用。因此，需要研究一种具备监测、识别和预警功能的监测系统，对外力破坏隐患进行实时监测。

本文设计出了一种基于激光监测技术的输电线路防外力破坏监测预警系统，可提前实现预报警和现场对讲警示阻止外力破坏的发生。

1 激光监测预警系统基本原理

10～500 k V高压线路通过空气与地面之间形成微小电场，通常情况下电场处于恒定状态，一旦有大型物体（特别是塔吊、吊车等机械物体）进入会引起电场的场强变化，外力破坏物体离导线越近引起的电场场强变化幅度越大。可利用激光的物理特性来检测外物体进入引起的高压线磁场强度的变化值，从而折算出外物体与高压线路的位置距离。

激光监测预警系统的基本原理是通过激光的猫眼效应等物理特性来感应电场的场强变化，从而通过关联算法折算出外物离导线的距离信息，按照预先设定的几级安全距离参数值进行预报警，超越基本警戒值或其他预设值时自动通过现场高声响喇叭警报提示、远程报警、远程警示喊话，直接在现场阻止超高物体对高压线的破坏，或由调度监控中心进行后台操作处置；还可根据相对位置距离计算分析，对高压线下的树木生长状态进行长期监控，实现超高报警；根据传感器探测实现铁塔倾斜报警、撞击报警。

2 激光监测预警系统的构成与工作流程

激光监测预警系统由激光探头、GSM激光报警控制主机（激光测距模块、分析模块、GSM通信模块）、高声响喇叭、警示灯、太阳能板、摄像头（选装）等部件构成，后台由管理人员控制手机或计算机组成。

高压线路防外力破坏激光监测预警系统示意图如图1所示。

图1 高压线路防外力破坏激光监测预警系统示意图

高压线路防外力破坏激光监测预警系统在需要监控的高压线路一端铁塔上安装固定好激光探头、激光报警控制主机和其他辅助设备，激光探头的激光射线基本水平对准两塔之间输电线弧垂下方位置。

当运行人员或监控室通过手机或计算机向激光报警控制主机发布“布防”指令后，系统进入工作状态，一旦发生物体接近输电线路警戒距离值时触发报警（用户可以根据现场实际情况自行设定初始值或其他档位值），现场高音喇叭发出声响警报“高压危险，注意安全”的语音提示。

不同等级输电线路报警距离设置参考值如表1所示。

表1 不同等级输电线路报警距离设置参考值 m

高压线路防外力破坏激光监测预警系统的主机同时将报警信息（包括塔名、位置、危险距离值）通过GSM无线网络发送给相关管理人员，运行人员可以直接进行远程喊话提示。对与视频监控联动的，自动触发图像、视频采集，通过无线3G／GPRS／WCDMA无线网络向监控中心在线传输现场实时图像、视频。

激光监测预警系统同时设定物体越过初始警戒值后进一步靠近高压线时的多档报警值，便于运行人员评估外物体高危动作风险，采取紧急操作措施。

3 激光监测预警系统监控终端的主要功能

在高压输电线路运行现场安装防外力破坏激光监测预警系统，其主要功能为：自动识别线路通道内各类机械施工作业对上空高压线路的安全距离，及时将监测到的实际距离以短信告知线路运行人员，系统继续监测。

当激光监测预警系统监控终端自动监测到外力破坏危急到上空高压线路安全运行时，自动打开监控视频系统来全天候监测对高空高压线路可能造成的危害。

3.1 电力生产维护

在高压线路下施工的设备中超高，提前预警生产过程中，当现场出现外力破坏险情时，通过便携式防外力破坏激光监测预警系统，将现场情况实时传送给监控指挥中心。实时监控现场周边情况，监控指挥中心根据现场情况进行远程监控管理和指挥。

3.2 视频在线监测和3G传输

采用视频技术，通过半球水平360°旋转获取垂直向下任一点的图像信息，景深范围可在0～400 m内选择，图像信息通过3G技术传至接收系统；具有设置警报器输出功能，即：设置报警区域，有外来物闯入禁区报警功能，通过短信发送至值班人员手机上。

3.3 无线传输模块（DTU）

DTU在通信层面上采用UDP（用户数据包协议）透明方式传输，中间不可增加自己的定义内容，通信链路完全透明。

DTU同时支持短信功能，可以实现对终端设备的短信发送、终端告警等信息的短信发送和短信息唤醒终端等功能，具有手机修改域名或IP地址等功能。

3.4 图像采集和存储

图像压缩和处理模块可在电力紧缺或3G信号拥塞的情况下发挥作用，可设置定时或人工拍摄图片传回后台电脑，传送之前，可存储在主板存储器内。

4 激光监测预警系统监控终端的监控方式

4.1 临时点位的移动监控

对高压线路下进行短时工程的施工吊车、货车、建筑物超高监控，一般可采取临时点位形式安装，通过声光方式进行现场警报阻止，同时可结合视频联动进行远程图像监控。当激光监测到物体超高输出报警信号时自动打开摄像头，后台通过视频能够监控到现场实时情况，实际应用案例如图2所示。

图2 对某线路下挖沙船作业的监控

与视频联动的作用是发生警情时才启动视频监控系统，防止长时间视频开启造成供电不济的现象，提高使用效能，延长设备使用寿命。

4.2 固定点位的长期监控

对高压线路下树木生长的长期性监控，可仅安装激光探头、激光报警主机。如果树木生长超过了基本警戒值时进行初次报警，然后根据自行设定值可按每0.5 m或1 m的间隔值设置多档报警。

5 结语

高压线路防外力破坏激光监测预警系统集成了当今最先进的激光监测技术、人工智能与无线通信技术，设计合理，结构紧凑，性能稳定，系统具有现场声光警示、现场语音警示、远程喊话警示、电力110联网报警等多种形式，直接在现场阻止危险动作进一步发生。

高压线路防外力破坏激光监测预警系统能探测800 m距离内物体和精度±0.5 m的上下位置移动变化，在物体越过初始警戒值报警后，能继续探测出物体再向高压线移动的危险距离，以便采取预防措施。该系统既可用于在建工地房屋、施工吊车超高的临时性移动监控，也可用于野外有树木生长的线路长期性监控，还可以对铁塔斜度、盗损破坏进行监控。同时预留了与视频监控联动接口，可选择与已装或新装视频监控连接，解决了仅单独安装视频系统无法长时间实现图像监控的难题。

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