CN102227118A - 输电杆塔的防护方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种输电杆塔的防护方法和系统，涉及输电设备技术领域。其中，一种输电杆塔的防护系统，包括：无线传感器网络，布设于输电杆塔的塔身及周围，用于探测输电杆塔受到威胁的信号，并将信号转换成数据；汇聚节点，用于连接无线传感器网络，从无线传感器网络获取数据，对获取的数据进行缓存和处理，将处理后的数据通过移动通信网络进行传输；监控平台，用于通过移动通信网络获取汇聚节点传输的数据。根据本发明的一方面，以多种传感器组成协同感知的网络，实现智能目标识别、多点融合和协同感知能力，可实现对实现高压骨干输电杆塔侵害行为的有效分类和区域定位以及预警，实现对高压骨干输电设备的全方位防护。
Description
技术领域
本发明涉及输电设备技术领域，特别是涉及一种输电杆塔的防护方法和系统。
背景技术
随着国民经济的高速发展，国民经济运行对电力能源供应的依赖越来越大。高压、特高压骨干输电网的安全运行直接关系到整个电网的安全运行，更是关乎国家经济安全和社会稳定。对电网安全运行的外在威胁主要来自三个方面：自然灾害，外部的野蛮施工，人为破坏。
近年来随着全球变暖，台风、暴雨、强雷暴等恶劣气象天候频发，导致山洪暴发、冲毁杆塔地基、暴风刮断输电线路、刮倒输电杆塔等自然灾害频发，对电网安全运行构成越来越大的危险。
另外，伴随经济的高速发展和国家重点基础建设施工的高速增长，如新建高铁、新建高速公路、新建高压输电线路和其他新建重点工程的大量上马，其施工不可避免的要穿越高压输电走廊，甚至靠近杆塔施工。然而，这些施工单位通常不具备高压输变电技术的专业知识，缺乏对高电走廊下作业的危险性认知。这些施工往往会采用多种大型机械施工，可能会造成危险接近甚至碰线短路等恶性事故的发生。靠近杆塔野蛮挖掘等可能会造成杆塔地基损毁、杆塔倾覆等重大恶性事故。
还有一些临时施工，因为施工单位不知情或侥幸心理，没有告知电力运行单位，导致安全监管缺失，形成事故隐患。更多的小型、个人的施工作业，更是随心所欲。而巡查人员不可能全程监控，等发现问题时往往已经酿成事故或事故症候，给电网安全运行带来极大隐患。
人为故意损毁主要是偷盗和破坏。由于国内经济发展的不平衡和社会治安不良等问题导致盗窃分子对输变电设备不法偷盗行为经常发生，给电力企业带来极大困扰和重大经济损失。
国内外敌对势力的破坏企图也是电网安全运行的现实威胁，为了应对这些恐怖威胁，电力企业和国家安全部门花费了大量的人力物力进行保电行动，在特殊时期采取派遣大量技术人员、安全人员到每一个杆塔下值守的方法来应对恐怖威胁和自然灾害，耗费了大量的人力物力。
目前国内应对电网的安全威胁主要采用人工巡线，雇佣当地居民做护线员，并少量实验采用直升机、无人机等现代化手段进行巡线。在部分重要杆塔上也有采取技术手段防范盗窃、破坏事件的发生，但主要是采用视频、红外等技术的点对点通信模式，虚警率和可靠性还不尽如人意。巡线工人定期巡视高压线路，这项工作是异常艰难的，巡线工作人员的劳动强度，护线员的责任心和护线知识的参差不齐，野外作业的艰苦和某些线路杆塔难以到达，都会使巡线工作效果难以保证，巡线周期长(1～10周)，导致线路状态监管的缺位，这些都给输电线路安全留下隐患。
发明内容
本发明的目的是提出一种输电杆塔的防护方法和系统，对高压骨干输电设备提供全方位防护。
为实现上述目的，本发明提供了一种输电杆塔的防护系统，包括：无线传感器网络，布设于输电杆塔的塔身及周围，用于探测输电杆塔受到威胁的信号，并将信号转换成数据；汇聚节点，用于连接无线传感器网络，从无线传感器网络获取数据，对获取的数据进行缓存和处理，将处理后的数据通过移动通信网络进行传输；监控平台，用于通过移动通信网络获取汇聚节点传输的数据。
在一个实施例中，无线传感器网络，包括：地埋震动传感器，安装于输电杆塔的塔基周围，用于探测输电杆塔周围地面的震动信号；杆塔震动传感器，安装于输电杆塔上，用于探测输电杆塔周围的震动信号；倾斜传感器，安装于输电杆塔上，用于探测输电杆塔的局部水平位移情况；防盗螺栓传感器，安装于输电杆塔的防盗螺栓上，用于探测防盗螺栓被破坏的信号；红外线传感器，安装于输电杆塔上，用于探测入侵信号以及进行模糊定位。
在一个实施例中，无线传感器网络，包括：视频传感器，安装于输电杆塔上，用于响应于汇聚节点根据无线传感器网络传送的数据进行的控制，对输电杆塔和输电杆塔连接的输电线路进行监视。
在一个实施例中，地埋震动传感器，包括：通过波导管安装的形成十字形阵列的传声器和形成十字形阵列的振动传感器。
在一个实施例中，汇聚节点，包括：数据处理模块，用于对缓存的数据划定威胁等级；视频监视触发模块，用于当威胁等级达到预定威胁等级时，启动对输电杆塔和输电杆塔连接的输电线路的视频监视；发送模块，用于通过移动通信网络向监控平台发送告警信号和现场图像。
为实现上述目的，本发明还提供了一种输电杆塔的防护方法，包括：探测输电杆塔受到威胁的信号，将信号转换成数据；将数据进行汇总和缓存；对缓存的数据进行处理；将处理后的数据通过移动通信网络传输给监控平台。
在一个实施例中，对缓存的数据进行处理，包括：对探测到的输电杆塔受到威胁的信号转换后的数据进行学习；根据学习结果对数据划分威胁等级。
在一个实施例中，输电杆塔的防护方法，还包括：当威胁等级达到预定威胁等级时，启动对输电杆塔和输电杆塔连接的输电线路的视频监视。
在一个实施例中，将处理后的数据通过移动通信网络传输给监控平台，包括：向监控平台发送告警信号和现场图像。
在一个实施例中，探测输电杆塔受到威胁的信号，包括：探测输电杆塔周围地面的震动信号；探测输电杆塔周围的震动信号；探测输电杆塔的局部水平位移情况；探测防盗螺栓被破坏的信号；探测入侵信号以及进行模糊定位。
基于上述技术方案，根据本发明的一方面，以多种传感器组成协同感知的网络，实现智能目标识别、多点融合和协同感知能力，可实现对实现高压骨干输电杆塔侵害行为的有效分类和区域定位以及预警，实现对高压骨干输电设备的全方位防护。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步解释，构成本发明的一部分。本发明的示意性实施例及其说明仅用于解释本发明，但并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明实施例的输电杆塔的防护系统的结构示意图。
图2为根据本发明另一实施例的输电杆塔的防护系统的结构示意图。
图3为根据本发明实施例的输电杆塔防护系统的布设示意图。
图4为根据本发明实施例的地埋震动传感器的布设示意图。
图5为根据本发明实施例的输电杆塔的防护方法的流程图。
图6为根据本发明另一实施例的输电杆塔的防护方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更详细的描述，其中说明本发明的示例性实施例。在附图中，相同的标号表示相同或者相似的组件或者元素。
图1为根据本发明实施例的输电杆塔的防护系统100的结构示意图。输电杆塔的防护系统100包括：无线传感器网络102、汇聚(Sink)节点104和监控平台106。
无线传感器网络102，布设于输电杆塔的塔身及周围，用于探测输电杆塔受到威胁的信号，并将信号转换成数据。比如，当有大型施工机械进入高压走廊等危险区域、竹木生长接近高压线路等侵入输电杆塔的行为发生时，无线传感器网络102可以监测到该行为，无线传感器网络102的多个传感器节点可以将监测到的数据送给汇聚节点104。
由于无线传感器网络102数据传输带宽较低，无法承载较大的数据量，并且节点能量受限，需要节约通信消耗的能量，因此需要对不同传感器采集到的冗余数据进行聚合。汇聚节点104即用于连接无线传感器网络102，从无线传感器网络102获取数据，对获取的数据进行缓存和处理，将处理后的数据通过移动通信网络进行传输。
监控平台106，用于通过移动通信网络获取汇聚节点104传输的数据，以使操作人员可以进一步判别危险的具体情况。
图2为根据本发明另一实施例的输电杆塔的防护系统200的结构示意图。输电杆塔的防护系统200包括：无线传感器网络202、汇聚节点204和监控平台206。
无线传感器网络202，布设于输电杆塔的塔身及周围，用于探测输电杆塔受到威胁的信号，并将信号转换成数据。无线传感器网络202可以进一步包括：地埋震动传感器11、杆塔震动传感器12、倾斜传感器13、防盗螺栓传感器14、红外线传感器15和/或视频传感器16。
地埋震动传感器11，可以安装于输电杆塔的塔基周围，用于探测输电杆塔周围地面的震动信号。比如，地埋震动传感器11可以埋设在输电杆塔周围的地下。地埋震动传感器11可以周期性的监测地面震动信号。重要交跨线路的安全对整条线路的安全至关重要，如高速铁路、高速公路和过江线路等线路，通过输电杆塔周围埋设的地埋震动传感器11，当在输电杆塔周围发生危险挖掘、填埋等土方作业时，地埋震动传感器11可以采集到这些信号并传输到汇聚节点204。
杆塔震动传感器12，安装于输电杆塔上，用于探测输电杆塔周围的震动信号。比如，当输电杆塔有人员攀爬、敲击及其周围有土方施工和大型机械接近等产生震动的现象时，杆塔震动传感器12可以采集到这些信号。
倾斜传感器13，安装于输电杆塔上，用于探测输电杆塔的局部水平位移情况。比如，倾斜传感器13可以监测输电杆塔某部分是否发生水平位移，从而导致塔身偏离原重心，产生倾斜。
防盗螺栓传感器14，安装于输电杆塔的防盗螺栓上，用于探测防盗螺栓被破坏的信号，以避免对输电杆塔的偷盗破坏。
红外线传感器15，安装于输电杆塔上，用于探测入侵信号以及进行模糊定位。比如，红外线传感器15可以在人员接近输电杆塔时进行识别，并进行模糊定位。
视频传感器16，安装于输电杆塔上，用于响应于汇聚节点204根据无线传感器网络202传送的数据进行的控制，对输电杆塔和输电杆塔连接的输电线路进行监视。比如当输电线路跨越江河、山峰、高速公路、高速铁路等区域，输电杆塔间距离较大，这些杆塔地理位置重要，因此需要更好的保护，这时可以在这些重要的大跨距输电杆塔上安装视频传感器16。
汇聚节点204，用于连接无线传感器网络202，从无线传感器网络202获取数据，对获取的数据进行缓存和处理，将处理后的数据通过移动通信网络进行传输。在一个实施例中，移动通信网络可以是TD-SCDMA通信网络。
在一个实施例中，汇聚节点204可以包括：数据处理模块21、视频监视触发模块22和发送模块23。其中，数据处理模块21，可以用于对缓存的数据划定威胁等级。视频监视触发模块22，可以用于当威胁等级达到预定威胁等级时，启动对输电杆塔和输电杆塔连接的输电线路的视频监视，如启动视频传感器16。发送模块23，可以用于通过移动通信网络向监控平台206发送告警信号和现场图像。
监控平台206，用于通过移动通信网络获取汇聚节点204传输的数据。监控平台206作为输电线路的后台全方位防护系统，可以用于接收汇聚节点204的报警信息和/或现场视频展示，以使操作人员可以进一步判别危险的具体情况，并根据具体情况作出是否启动执行反威胁预案。
图3为根据本发明实施例的输电杆塔防护系统的布设示意图300。输电杆塔防护系统的布设示意图300为输电杆塔防护系统在220kV的高压线路情况下的布设示例。
地埋震动传感器11可以埋设在每个杆塔塔基外围大约3米外围的四周。杆塔震动传感器12可以安装在每个杆塔塔身高大约3米处。倾斜传感器13可以安装在每个杆塔塔身高大约3米处。红外线传感器15可以安装在每个杆塔塔身高大约3米处。视频传感器16可以安装在每个杆塔塔身距高压导线大约6米的位置，其视场方向可以与输电杆塔连接的输电线路走向一致。在每个杆塔塔身的最低横杆结构处可以装设预定数量的防盗螺栓，防盗螺栓传感器14可以安装在防盗螺栓上。在每个杆塔塔身高大约5米处可以安装1个汇聚节点204，如TD-SCDMA通信骨干(Sink)节点及其电源模块。
图4为根据本发明实施例的地埋震动传感器11的布设示意图。地埋震动传感器11可以由4个传声器402和4个振动传感器404分别组成十字形阵列，布设在输电杆塔下方土壤中。其中，传声器阵列可以集中在中间以方便安装，利用波导管形成对角线长度约1m的十字形阵列。在波导管顶端附近可以安装振动传感器404，同样组成十字形阵列，可探测震动源方向。
图3所示的防护系统布设方式及图4所示的地埋震动传感器的布设方式仅是示例性说明，本领域的一般技术人员将可以理解，各传感器的数量以及布设方式可以有各种不同的变化，其并不超出本发明主旨所教导的范围。
图5为根据本发明实施例的输电杆塔的防护方法500的流程图。
在步骤502中，探测输电杆塔受到威胁的信号，将信号转换成数据。各种传感器可以探测输电杆塔周围的信号。
在步骤504中，将数据进行汇总和缓存。
在步骤506中，对缓存的数据进行处理。
在步骤508中，将处理后的数据通过移动通信网络传输给监控平台，以使操作人员可以进一步判别危险的具体情况。
图6为根据本发明实施例的输电杆塔的防护方法600的流程图。
在步骤602中，探测输电杆塔受到威胁的信号，将信号转换成数据。各种传感器可以探测输电杆塔周围的信号。比如，地埋震动传感器可以探测输电杆塔周围地面的震动信号；杆塔震动传感器可以探测输电杆塔周围的震动信号；倾斜传感器可以探测输电杆塔的局部水平位移情况；防盗螺栓传感器可以探测防盗螺栓被破坏的信号；红外线传感器可以探测入侵信号以及进行模糊定位。
在步骤604中，对探测到的输电杆塔受到威胁的信号转换后的数据进行学习。例如，汇聚节点可以接收传感器发送的数据，并对其进行学习，比如，可以对输电杆塔破坏事件的声学信号、震动信号等特征进行学习。
在步骤606中，根据学习结果对数据划分威胁等级。比如，汇聚节点可以根据学习到的危险挖掘行为的声学信号特征、震动信号特征，判断是否发生危险挖掘、杆塔破坏等行为。在一个实施例中，汇聚节点可以将震动等级分为1到10，十个等级。其中，1-5等级为安全，输电杆塔周围震动较小或无震动；6-7等级为比较安全，震动不影响输电杆塔安全；8-9等级为危险，如出现挖掘、填埋等土方作业；9级以上为非常危险，如出现大型施工机械接近、施工作业或地震等。
在步骤608中，当威胁等级达到预定威胁等级时，启动对输电杆塔和输电杆塔连接的输电线路的视频监视。比如，汇聚节点可以在威胁等级达到8级以上时启动视频传感器。
在步骤610中，将处理后的数据通过移动通信网络传输给监控平台，以使操作人员可以进一步判别危险的具体情况。在一个实施例中，汇聚节点可以向监控平台发送告警信号和现场图像。
根据本发明的一方面，以多种传感器组成协同感知的网络，实现智能目标识别、多点融合和协同感知能力，可实现对实现高压骨干输电杆塔侵害行为的有效分类和区域定位以及预警，实现对高压骨干输电设备的全方位防护。在一个实施例中，可以通过地埋震动传感器、杆塔震动传感器、倾斜传感器、防盗螺栓传感器、红外线传感器和/或视频传感器组织成为一个无线传感器网络，对杆塔倾斜、震动、拆卸和人员接近等进行监测。上述传感器都连接到通信骨干节点(汇聚节点)，汇聚节点除完成数据传输任务，还可以完成数据融合以准确判定入侵目标的性质和威胁等级。根据本发明的另一方面，在重要的大跨距杆塔上可以增加布设视频传感器，通过视频传感器将视频信息通过移动通信网络发送到监控平台。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种输电杆塔的防护系统，其特征在于，包括：
无线传感器网络，布设于所述输电杆塔的塔身及周围，用于探测所述输电杆塔受到威胁的信号，并将所述信号转换成数据；
汇聚节点，用于连接所述无线传感器网络，从所述无线传感器网络获取数据，对获取的数据进行缓存和处理，将处理后的数据通过移动通信网络进行传输；
监控平台，用于通过移动通信网络获取汇聚节点传输的数据。
2.根据权利要求1所述的输电杆塔的防护系统，其特征在于，所述无线传感器网络，包括：
地埋震动传感器，安装于所述输电杆塔的塔基周围，用于探测所述输电杆塔周围地面的震动信号；
杆塔震动传感器，安装于所述输电杆塔上，用于探测所述输电杆塔周围的震动信号；
倾斜传感器，安装于所述输电杆塔上，用于探测所述输电杆塔的局部水平位移情况；
防盗螺栓传感器，安装于所述输电杆塔的防盗螺栓上，用于探测所述防盗螺栓被破坏的信号；
红外线传感器，安装于所述输电杆塔上，用于探测入侵信号以及进行模糊定位。
3.根据权利要求1或2所述的输电杆塔的防护系统，其特征在于，所述无线传感器网络，包括：
视频传感器，安装于所述输电杆塔上，用于响应于所述汇聚节点根据所述无线传感器网络传送的数据进行的控制，对所述输电杆塔和所述输电杆塔连接的输电线路进行监视。
4.根据权利要求2所述的输电杆塔的防护系统，其特征在于，所述地埋震动传感器，包括：
通过波导管安装的形成十字形阵列的传声器和形成十字形阵列的振动传感器。
5.根据权利要求1所述的输电杆塔的防护系统，其特征在于，所述汇聚节点，包括：
数据处理模块，用于对缓存的数据划定威胁等级；
视频监视触发模块，用于当威胁等级达到预定威胁等级时，启动对所述输电杆塔和所述输电杆塔连接的输电线路的视频监视；
发送模块，用于通过移动通信网络向所述监控平台发送告警信号和现场图像。
6.一种输电杆塔的防护方法，其特征在于，包括：
探测所述输电杆塔受到威胁的信号，将所述信号转换成数据；
将所述数据进行汇总和缓存；
对缓存的数据进行处理；
将处理后的数据通过移动通信网络传输给监控平台。
7.根据权利要求6所述的输电杆塔的防护方法，其特征在于，对缓存的数据进行处理，包括：
对探测到的所述输电杆塔受到威胁的信号转换后的数据进行学习；
根据学习结果对数据划分威胁等级。
8.根据权利要求7所述的输电杆塔的防护方法，其特征在于，还包括：
当威胁等级达到预定威胁等级时，启动对所述输电杆塔和所述输电杆塔连接的输电线路的视频监视。
9.根据权利要求8所述的输电杆塔的防护方法，其特征在于，将处理后的数据通过移动通信网络传输给监控平台，包括：
向所述监控平台发送告警信号和现场图像。
10.根据权利要求6所述的输电杆塔的防护方法，其特征在于，所述探测所述输电杆塔受到威胁的信号，包括：
探测所述输电杆塔周围地面的震动信号；
探测所述输电杆塔周围的震动信号；
探测所述输电杆塔的局部水平位移情况；
探测防盗螺栓被破坏的信号；
探测入侵信号以及进行模糊定位。
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