[论文]远程覆冰监测及图像处理技术方案

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1、导线远程覆冰监测及图像处理技术研究方案1研究目的、意义及现状输电线路是电能传输的重要电力设施，其安全稳定运行不仅关系到国民经济发展，而且维系着社会安全稳定。然而电力线路常年暴露于野外，容易遭受自然因素的破坏。而输电线路覆冰是影响电力系统安全运行的主要自然灾害之一，覆冰引起的导线过载和导线舞动可能导致相间闪络、金具损坏、跳闸停电、倒杆(塔)、导线折断等严重事故。2008年1月全国范围电网因覆冰遭遇了一次前所未有的灾害，110千伏~500千伏线路此次因灾倒塔共8188基，停运电力线路共39384条，停运变电站共1995座

2、，给电网、社会生产及人民生活带来极大的影响。另外很多线路处于偏远地段，采用传统巡检的方式对线路进行巡检不仅会消耗大量人力物力，而且不能及时了解导线覆冰情况，从而在冰灾害的防治中处于被动的地位，影响电力线路的安全稳定运行，因此输电线路早期的覆冰监测和覆冰厚度和增长预测变得十分重要。为此需要研究一套覆冰监控系统，当天气满足覆冰条件时，实时或不间断的拍摄导线图片，从而了解输电线路覆冰现状。运用图像处理技术对拍摄的图片进行科学处理，提取覆冰边缘，通过和导线固有几何尺寸的对比，进行覆冰厚度和覆冰增长率的计算，最终换算到等效的覆

3、冰载荷上。不仅可以定性分析覆冰有无、而且可以定量计算近似覆冰厚度和覆冰增长率，从而预测覆冰发展趋势，在线动态分析评估输电线路的运行安全状态。覆冰监测系统根据用途大致可分为3类：(1)理论模型在线分析系统，为气象学预测模型提供有效的验证手段；(2)覆冰在线监测系统，实现对覆冰和舞动现场进行监测，及时给出除冰信息，避免或降低冰灾事故；(3)融冰在线控制单元，实现对融冰过程的监测和自动控制，对融冰效果、融冰电流、融冰时间、融冰产生的不平衡载荷等进行监测和分析。我们重点研究覆冰在线监测系统。受传感技术、通信技术、电源和抗强干

4、扰技术等因素的制约，覆冰在线监测技术的发展十分缓慢。国外乌克兰2000年11月发生了近50年来最大的覆冰事故，电力工程师开始覆冰在线监测系统的研发，并于2005年底在国家电力公司Ukrenergo电力变电站安装了8套覆冰监控系统。在国内，西南电力设计院较早开展了这方面的尝试工作，但系统设计过于复杂，系统运行的稳定性、可靠性和精确性尚待进一步提高。2008年南方电网覆冰事故使人们充分认识到覆冰在线监测的必要性和急迫性。(1)用于定量分析的输电线路覆冰在线监测系统。整个系统主要由省公司监测中心主机、地市局监测中心主机、线

5、路监测分机和专家软件组成。监测分机定时/实时采集环境温度、湿度、风速、风向、雨量以及该杆塔绝缘子的倾斜角、风偏角、覆冰导线的重力变化、导线舞动频率等信息，将其打包为短信息，通过全球移动通信(GSM)模块发送至监测中心，由专家软件判断该线路导线的覆冰情况。(2)用于定性分析的输电线路覆冰图像监测系统。该系统集成了气象条件(温湿度、风速、风向、雨雪及气压等)监测功能，采用高性能摄像机、低功耗云台和特殊传感器，借助GPRS/CDMA网络拍摄现场图片。该系统维护和安装相对简单，但只能定性观测，不能得到实际覆冰数据。2覆冰监测

6、系统总体方案研究由于定量的输电线路覆冰监测系统安装复杂，维护困难，可行性较差，不能保证测量精度。因此考虑在定性输电线路覆冰雪图像监测系统的基础上，运用现代图像处理技术对拍摄的覆冰图片进行科学的处理，准确的提取覆冰边缘，通过和导线或绝缘子的固有尺寸进行对比，实时的计算覆冰厚度和覆冰增长率，最终换算到等效的覆冰载荷和增长率上，从而变定性的监测为定量计算，既能了解覆冰现状，又能预测覆冰发展趋势。输电线路覆冰监测系统总体上可分为两部分：覆冰监测终端和上层管理预警系统。上层管理预警系统接入Internet，覆冰监测终端通过GP

7、RS，CDMA或3D网络以无线方式连入Internet与上层管理预警系统进行数据传输。系统总体结构图如图1所示。图1系统总体结构示意图覆冰监测终端分布于各个需要监测的线路段，由工业级摄像机、云台及其控制器、太阳能供电系统、无线发射装置和温度、湿度、风速等传感器组成，因具备功耗低，自持能力强等特点。覆冰监测终端可以通过GPRS，CDMA或3D等网络通过无线方式将拍摄的覆冰图片发送到上层管理预警系统的图像数据库服务器。覆冰监测终端集成有图像采集，气象信息采集，图像压缩，图像传输等功能。上层管理预警系统负责接收各监控点通过

8、无线网络传输过来的图像信息，具有强大的信息集成、显示、统计、分析功能，并能直观地给出覆冰状况的评价，或者运行人员以平台信息为基础进行人工分析，以便提供决策和正确发布指令，及早发现事故隐患并及时予以排除，保障线路以良好状态可靠运行。图像和气象信息可同时存入服务器的数据库，可方便进行存储、检索、备份、恢复等操作。并对历史数据进行信息融合、信息关联和