引言
電力系統(tǒng)輸電線路所起的作用主要是遠距離、高容量傳輸電能,隨著電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展,現(xiàn)階段輸電線路縱橫交錯,電網(wǎng)已變得越來越復雜,輸電線路受到的外力破壞也逐年增多,輸配電線路運行事故屢有發(fā)生。例如,地面超高施工機械和超高交通工具在行駛和操作過程中與帶電運行的高壓輸配電線安全距離不足,造成放電或碰撞事故。目前,雖然"高壓危險"的警示牌隨處可見,但警示牌存在夜間無法辨識,失去警示作用的問題。此外,少數(shù)單位采用LED發(fā)光管或發(fā)光警示帶,此類產(chǎn)品功耗過大、安裝復雜,閃光強度較小,無聲音輔助預警,而且電力桿塔并無可用的市電交流電源。而發(fā)光牌或電子警示屏等裝置,往往是災害事故發(fā)生之后才觸發(fā),缺乏主動實時預警探測功能。城鎮(zhèn)道路與公路多樣性突出,有些地區(qū)夜晚環(huán)境噪聲較大,發(fā)光牌或電子警示屏等產(chǎn)品安裝高度不一,對于過往司機的警示能力較弱,無法有效發(fā)揮作用。
本文對微波雷達與激光應用多重技術(shù)手段進行有效融合,依據(jù)輸電線路實際工況,提出了一種新型預警系統(tǒng),它既能替代傳統(tǒng)警示牌,又能在災害發(fā)生之前發(fā)出有效預警,且具備聲、光、電多種警示方式,能夠?qū)崿F(xiàn)隱患防治的目的。
1防外破雙鑒預警系統(tǒng)研究
1.1預警探測技術(shù)選用
目前,智能探測有幾種常用的技術(shù):被動紅外探測技術(shù)、主動紅外探測技術(shù)、激光探測技術(shù)、多普勒微波感應技術(shù)。
(1)被動紅外探測技術(shù):人體都有恒定的體溫,一般在37℃左右,會發(fā)出特定波長10μm左右的紅外線,被動紅外探測器就是靠探測人體發(fā)射的10μm左右的紅外線而進行工作的。被動紅外探測器本身不發(fā)出信號,只是被動接收外界的紅外能量。當人體移動時,人體溫度與周圍環(huán)境溫度存在差別,被動探測器對這種差別的變化進行處理后就會輸出報警信號。被動紅外探測技術(shù)優(yōu)點:本身不發(fā)出任何類型的輻射,器件功耗很小,隱蔽性較好,價格低廉。缺點:容易受各種熱源、陽光源干擾:被動紅外穿透力差,人體的紅外輻射容易被遮擋,不易被探測器接收:易受射頻輻射干擾:環(huán)境溫度和人體溫度接近時,探測靈敏度明顯下降,有時會短時失靈。
(2)主動紅外探測技術(shù):主動紅外入侵探測器由發(fā)射機和接收機組成,其中發(fā)射機由電源、發(fā)光源和光學系統(tǒng)組成,接收機由光學系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號處理器等部分組成。主動紅外探測器是一種紅外線光束遮擋型報警器。正常情況下,接收機收到的是一個穩(wěn)定的光信號,當有人入侵該警戒線時,紅外光束被遮擋,接收機收到的紅外信號發(fā)生變化,提取這一變化,經(jīng)放大和適當處理,控制器就會發(fā)出報警信號。圖1為某高速入口處安裝的紅外限高裝置。
(3)激光探測技術(shù):激光探測與紅外探測類似,激光對射探測器由激光發(fā)射機、激光接收機組成,以四束獨立的激光束為警戒線。激光束發(fā)射的角度小,光束集中且單位光束能量強,目標接收激光束的功率密度是紅外發(fā)光二極管光束的數(shù)倍,因而穿透雨、雪、霧、風沙能力強,極大地降低了誤報率。
(4)多普勒微波感應技術(shù):也稱微波雷達(多普勒)感應探測,基于電磁波的多普勒原理來實現(xiàn)。微波雷達對物體的移動有快速反應,因此特別適用于快速行動物體的偵測。這種探測方式與其他探測方式相比具有如下優(yōu)點:非接觸探測:不受溫度、濕度、噪聲、氣流、塵埃、光線等影響,適應惡劣環(huán)境:抗射頻干擾能力強:輸出功率僅有2~5mw,對人體不構(gòu)成危害:探測距離遠。
綜上,本系統(tǒng)主要采用前置808nm激光對射及5.8GHz微波雷達感應雙鑒探測方式,基于多普勒原理,以平板天線發(fā)射和接收微波高頻信號,感知覆蓋范圍內(nèi)物體(人員、車輛、機具、飛鳥等)的相對移動信號,經(jīng)單片機嵌入式程序分析運算安全距離后,對于具有危險因素的超高車輛,立即發(fā)出聲、光、電警示信號,防止誤碰、誤傷高壓線,保障輸電線路穩(wěn)定運行。
1.2防外破雙鑒預警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計
防外破雙鑒預警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括前置裝置(一對)及裝置本體兩部分,如圖2所示。
其中,前置裝置主要包括:10一光伏供電管理單元、11一前置雙鑒檢測單元(808nm激光對射/5.8GHz微波雷達感應)、12一RF433M遠距離無線射頻發(fā)射單元。裝置本體主要包括:20一光伏供電管理單元、21一定時計數(shù)裝置、22一RF433M遠距離無線射頻接收單元、23一多路開關(guān)處理控制單元、231一圖像抓拍取證單元、232一4GModem、233一LED頻閃控制器、234一LED發(fā)光警示牌、235一發(fā)聲控制單元、236一大功率揚聲器、237一532nm激光警示線陣列。
2防外破雙鑒預警系統(tǒng)應用設計
輸電線路防外破雙鑒預警系統(tǒng)工作原理如圖3所示。
(1)前置裝置安裝在距離電力線桿前15m的立桿上,其中光伏供電管理單元10內(nèi)置光伏電池組及太陽能板,將光能轉(zhuǎn)換為電能持續(xù)向前置雙鑒檢測單元11及RF433M遠距離無線射頻發(fā)射單元12提供工作電源。
(3)前置雙鑒檢測單元11安裝在車輛限高的距離下(立桿頂部距離光纜弧垂最低點1~3m處),并持續(xù)向公路另一側(cè)發(fā)射不可見的多束紅外激光及5.8GHz微波雷達信號,當超高車輛超過此距離,將遮斷一束或多束激光,根據(jù)5.8GHz微波雷達發(fā)射脈沖和接收的時間差測算出超限距離,此時前置雙鑒檢測單元11向RF433M遠距離無線射頻發(fā)射單元13發(fā)出有效報警信號。RF433M遠距離無線射頻發(fā)射單元13接收到報警信號后,將此信號通過RF433M微波發(fā)送至RF433M遠距離無線射頻接收單元33。
(3)如圖4所示,裝置本體中,懸掛在光纜的光伏供電管理單元30向多路開關(guān)處理控制單元23提供工作電源,多路開關(guān)處理控制單元23通過總線向裝置本體其他組件供電。
(4)裝置本體中,多路開關(guān)處理控制單元23向定時計數(shù)裝置21發(fā)出工作指令,定時計數(shù)裝置21開始計時計數(shù),同時多路開關(guān)處理控制單元23通過并行接口分別向532nm激光線陣列237輸出控制信號,控制持續(xù)發(fā)出激光陣列警示線:向發(fā)聲控制單元235輸出控制信號,驅(qū)動大功率揚聲器236發(fā)出警示音:向LED頻閃控制器333輸出控制信號,驅(qū)動LED發(fā)光警示牌334閃爍發(fā)光:向圖像抓拍取證單元331輸出控制信號,驅(qū)動抓拍現(xiàn)場圖像,并通過4GModem333向遠程管理員發(fā)送現(xiàn)場圖像,便于后續(xù)追溯取證。
(5)裝置本體中,定時計數(shù)裝置31達到一個預設的定時周期后,通過多路開關(guān)處理控制單元33并行接口發(fā)出停止指令,重新進入待機循環(huán)狀態(tài)。
3結(jié)語
本文依據(jù)當前輸電線路防外力破壞的實際情況及常見的外破技防措施,研制了一套采用前置808nn激光對射以及5.8GHz微波雷達感應的雙重探測預警系統(tǒng),并采用裝置本體與前置裝置分離的設計,傳輸采用RF433M微波,實現(xiàn)了災害前預警、過程中報警以及事后全程影像取證。多種技術(shù)手段促使司機能在遠距離及早發(fā)現(xiàn)光纜,及時采取避讓措施,有效避免事故的發(fā)生。
下一步研究重點將放在該系統(tǒng)的研發(fā)成本降低與現(xiàn)場安裝實施的結(jié)構(gòu)設計簡化方面,并將該系統(tǒng)的推廣應用納入輸電線路防外破綜合治理的重要一環(huán)。
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