输电线路防外破双鉴预警系统的研究与应用

  输电线路由于长期架设在野外，容易收到外部作用力因素的破坏。在外力导致输电线路受到破坏的几种类型中，施工车辆碰线成为近年来主要的外破因素。对于外破常用的防治技术方法为加装各类警示牌，但警示牌在夜间没办法发挥警示作用。雷达探测技术与激光技术的多元化发展，给输电线路防外破工作提供了新的思路。鉴于此，研究了输电线路防外破技术方法存在的不足和相关装置的功能缺陷，针对施工车辆碰线问题，提出了一种依托雷达及激光应用技术并结合

  高压输配电线安全距离不足，造成放电或碰撞事故[1]。目前，虽然“高压危险”的警示牌随处可见，但警示牌存在夜间无法辨识，失去警示作用的问题。此外，少数单位采用LED发光管或发光警示带，此类产品功耗过大、安装复杂，闪光强度较小，无声音辅助预警[2]，而且电力杆塔并无可用的市电交流电源。而发光牌或电子警示屏等装置，往往是灾害事故发生之后才触发，缺乏主动实时预警探测功能[3]。城镇道路与公路多样性突出，有些地区夜晚环境噪声较大，发光牌或电子警示屏等产品安装高度不一，对于过往司机的警示能力较弱，无法有效发挥作用。本文对微波

  （1）被动红外探测技术：人体都有恒定的体温，一般在37 ℃左右，会发出特定波长10μm左右的红外线，被动红外探测器

  信号，只是被动接收外界的红外能量。当人体移动时，人体温度与周围环境和温度存在差别，被动探测器对这种差别的变化做处理后就会输出报警信号。被动红外探测技术优点：本身不发出任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好，价格低。缺点：容易受各种热源、阳光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收；易受射频辐射干扰；环境和温度和人体温度接近时，探测灵敏度显而易见地下降，有时会短时失灵。（2）主动红外探测技术：主动红外入侵探测器由发射机和接收机组成，其中发射机由电源、发光源和光学

  传感器放大器、信号处理器等部分所组成。主动红外探测器是一种红外线光束遮挡型报警器。一般的情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生明显的变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器就会发出报警信号。图1为某高速入口处安装的红外限高装置[5]。（3）激光探测技术：激光探测与红外探测类似，激光对射探测器由激光发射机、激光接收机组成，以四束独立的激光束为警戒线。激光束发射的角度小，光束集中且单位光束能量强，目标接收激光束的功率密度是红外发光二极管

  （4）多普勒微波感应技术：也称微波雷达（多普勒）感应探测，基于电磁波的多普勒原理来实现。微波雷达对物体的移动有快速反应，因此非常适合于快速行动物体的侦测。这种探测方式与其他探测方式相比具有如下优点：非接触探测；不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线等影响，适应恶劣环境；抗射频干扰能力强；输出功率仅有2～5 mW，对人体不构成危害；探测距离远[6]。

  综上，本系统主要是采用前置808 nm激光对射及5.8 GHz微波雷达感应双鉴探测方式，基于多普勒原理，以平板天线发射和接收微波高频信号，感知覆盖范围内物体（人员、车辆、机具、飞鸟等）的相对移动信号，经程序分析运算安全距离后，对于具有危险因素的超高车辆，立即发出声、光、电警示信号，防止误碰、误伤高压线 防外破双鉴预警系统结构设计

  防外破双鉴预警系统结构最重要的包含前置装置（一对）及装置本体两部分，如图2所示。

  433M远距离无线射频发射单元。装置本体最重要的包含：20—光伏供电管理单元、21—定时计数装置、22—RF433M远距离无线—多路开关处理控制单元、231—图像抓拍取证单元、232—4GModem、233—LED频闪控制器、234—LED发光警示牌、235—发声控制单元、236—大功率扬声器、237—532 nm激光警示线 防外破双鉴预警系统应用设计输电线路防外破双鉴预警系统工作原理如图3所示。

  （1）前置装置安装在距离电力线 m的立杆上，其中光伏供电管理单元10内置光伏电池组及太阳能板，将光能转换为电能持续向前置双鉴检测单元11及RF433M远距离无线安装在车辆限高的距离下（立杆顶部距离光缆弧垂最低点1～2 m处），并持续向公路另一侧发射不可见的多束红外激光及5.8 GHz微波雷达信号，当超高车辆超过此距离，将遮断一束或多束激光，根据5.8 GHz微波雷达发射脉冲和接收的时间差测算出超限距离，此时前置双鉴检测单元11向RF433M远距离无线发出有效报警信号。RF433M远距离无线接收到报警信号后，将此信号通过RF433M微波发送至RF433M远距离无线所示，装置本体中，悬挂在光缆的光伏供电管理单元20向多路开关处理控制单元23提供工作电源，多路开关处理控制单元23通过总线向装置本体其他组件供电。

  分别向532 nm激光线输出控制信号，控制持续发出激光阵列警示线输出控制信号，驱动大功率扬声器236发出警示音；向LED频闪控制器233输出控制信号，驱动LED发光警示牌234闪烁发光；向图像抓拍取证单元231输出控制信号，驱动抓拍现场图像，并通过4G Modem 232向远程管理员发送现场图像，便于后续追溯取证。

  （5）装置本体中，定时计数装置21达到一个预设的定时周期后，通过多路开关处理控制单元23并行接口发出停止指令，重新进入待机循环状态。

  本文依据当前输电线路防外力破坏的真实的情况及常见的外破技防措施，研制了一套采用前置808 nm激光对射以及5.8 GHz微波雷达感应的双重探测预警系统，并采用装置本体与前置装置分离的设计，传输采用RF433M微波，实现了灾害前预警、过程中报警以及事后全程影像取证。多种技术方法促使司机能在远距离及早发现光缆，及时采取避让措施，有很大成效避免事故的发生。

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