电力变电站与输电通道-红外火情监测预警物联网解决方案
电力变电站与输电通道
红外火情监测预警物联网
解决方案
重庆英卡电子有限公司 2016 年 12 月 5 日
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目录
1．针对问题.............................................................. - 1 1.1 通道山火问题 ..................................................... - 1 1.2 技防手段问题 ..................................................... - 1 2.解决方案............................................................... - 3 2.1 总体方案 ......................................................... - 3 2.2 一张网 ........................................................... - 9 2.2.1 输变电站：监测预警传感网解决方案 .......................... - 10 2.2.2 输电通道：监测预警传感网解决方案 .......................... - 10 2.2.3 红外监测与铁塔组网 ........................................ - 11 2.2.4 物联网关与互联接入 ........................................ - 16 2.3 一张图 .......................................................... - 17 2.3.1 设备部署 .................................................. - 17 2.3.2 诊断维护 .................................................. - 17 2.3.3 共享接口 .................................................. - 18 2.4 一平台 .......................................................... - 18 2.4.1 监测预警 .................................................. - 19 2.4.2 预警分发 .................................................. - 19 2.4.3 处置决策 .................................................. - 20 2.4.4 授权访问 .................................................. - 20 3.方案优势.............................................................. - 21 3.1 技术优势 ........................................................ - 21 3.2 工程优势 ........................................................ - 21 3.3 造价优势 ........................................................ - 21 3.4 运维优势 ........................................................ - 22 3.5 环境优势 ........................................................ - 22 4.售后服务.............................................................. - 22 4.1 质保服务 ........................................................ - 22 4.2 运维服务 ........................................................ - 23 4.3 技术支持 ........................................................ - 23 -
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1．针对问题
1.1 通道山火问题
电力输电电网，是现代生活的基础、工业和信息化社会的脊梁。输电线路是 电网运行的命脉，关系到国计民生的“生命线” ，影响着国家能源安全和国民经 济发展，切实有效地监测与预警山火、冰灾、雷电、台风等自然灾害，对保障我 国输电线路安全运行具有十分最要的现实意义。 我国输电线路大多跨越丘陵、高山等地带，所处环境异常复杂，与林区和农 作区重叠区域较多，一旦输电通道发生山火，高温离子层形成将严重破坏输电线 路的放电特性和空气间隙绝缘强度，造成输电线路“跳闸”事故，将给工业和信 息化社会造成极大影响。 特别是高压(35～220kV)和超高压(330～1000kV)输电线 路对高强度火灾的应对能力均较弱，山火中火焰中心最高温度可达 l200℃，边 界最高温度可达 1100℃， 热气温度可超过 520℃， 火焰柱高度最高可达 20～30m， 一旦山火距离边线 50m 范围，将诱发放电导致高压电线路短路和跳闸，造成多相 和单相故障，且单相故障重合闸成功比例较低。跳闸事故往往会持久、高频和大 范围爆发，恢复难度较大，从而造成大面积停电甚至电网瓦解。 近年来，全国范围内输电线路因山林火灾、村民烧荒、居民祭祀等野外火灾 引起的跳闸停电停运事故越来越多。据某输电公司近五年统计数据表明：在 220kV 及以上输电线路中，引起跳闸停电事故的山火年均发生 3-29 次，最高达 到 59 次/年；距边线 50m 范围内山火年均跳闸率为 7.4%-14.5%，最高达 75%。同 时， 国内统计数据表明： 随着我国森林面积覆盖率的持续增长和国家电网的持续 扩大，我国林区山火爆发次数和输电线路山火跳闸事故总体呈逐年上升趋势，已 经成为自然灾害影响输电线路安全运行的首要因素。
1.2 技防手段问题
为了加强对输电线路的自然灾害监测预警能力， 提高电网智能化水平及应对 自然灾害的保障能力，确保电网安全、可靠、经济运行，2015 年国家发展改革
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委和国家能源局正式发布了发改运行[2015]1518 号《关于促进智能电网发展的 指导意见》 ，明确提出： “建立电网对冰灾、山火、雷电、台风等自然灾害的自动 识别、应急、防御和恢复系统;鼓励云计算、大数据、物联网、移动互联网、骨 干光纤传送网、能源路由器等信息通信技术在电力系统的应用支撑，建立开放、 泛在、智能、互动、可信的电力信息通信网络” 。 近年来，国内外诸多学者、研究机构、科技企业相续开展了针对电网山火监 测预警的新技术研究及成果应用，主要采用卫星遥感、无人飞机、视频监控、红 外热成像等科技手段。从近 10 年的实际应用情况来看，各种技防方案都暴露一 些具体的实际问题： 1．卫星遥感 是全球范围内最主流的林火监测预警技防方案， 主要利用我国或国外高分系 列遥感卫星图像进行林火监测预警，具有低成本、高效率、大尺度范围监测预警 的技术优势，但对早期小面积林火监测不敏感，只能发现大面积的成灾林火。对 电力输电通道山火监测预警而言，需要实现“早发现、早响应”目标，显然不具 有适用性。 2．航空（无人机）巡航 是全球范围内主要的季节性补充技防方案， 主要用于直升机或无人飞机进行 林火巡航监测预警，具有发现准确、响应及时的技术优势，但直升机运维成本太 高，一般适用于林业领域的季节性巡护，但不太适用于电力领域。无人机巡航具 有运维成本低的显著优势，但当前无人机在数据链传输方面还存在技术瓶颈，还 有待我国“天通”系列民用卫星数据链正式商用（预计 2017 年 3 月）后才能打 通无距离限制的数据链问题。 3．视频监控 是全球范围内新兴的技防方案， 主要利用高清长焦视频监控设备获得视频图 像， 再利用人工智能烟火识别算法发现出林烟火现象， 具有视觉直观的显著特点， 但受野外自然环境干扰影响较大、误报率极高，图像传输依赖较好的移动通信信 号条件，安装部署受到条件限制。 4．红外热成像 是全球范围内新兴的技防方案， 主要利用远红外热成像技术及人工智能识别
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技术探测热点图像，具有比高清视频监控更好的山火探测能力，但由于远红外对 300℃以下热源都敏感，存在很高的误报率问题，信号传输仍然依赖较好的移动 通信信号条件，安装部署受到条件限制，且每跨铁塔投资建设成本高达 8-16 万 元，建设投入、通信传输、运维成本均较高。 综上所述，我国电力输电通道、变电站等野外环境火情监测预警问题，面临 野外环境复杂、分布地域广泛、人工管理困难等现实问题，但目前又缺乏行之有 效、成本适宜的高技术解决方案。但随着我国输电网络持续扩大，电力输电防火 监测预警压力将会越来越大。
2.解决方案
2.1 总体方案 2.1.1 拓扑结构
本解决方案综合运用物联网、云计算、大数据、人工智能、移动计算等新一 代信息技术，集成“一张网” 、 “一张图” 、 “一平台”为一体，主要面向电力输配 电站和输电通道两种应用场景，提供自然灾害监测预警综合性解决方案。
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如图所示，总体解决方案由传感网、互联网、测控平台、管控平台四部分组 成，其中： 传感网由输变电站监测预警传感网和输电通道监测预警传感网共同构 成一张物联网络，即“一张网” ，实时对输变电站（火灾现象、气象参数、雷电 现象、冰冻现象、强风气候等） 、输电通道（早期火情）和铁塔腐蚀程度进行远 程监测预警；通过部署在输变电站或输电通道的物联网网关，采用 GSM 移动通信 网或 WIFI 或 RJ45 接入物联网运营服务商部署在阿里云上的“窄带物联网关” ， 实现网络互联；可在电力部门或物联网运营商的平台上基于 GIS“一张图”呈现 设备的分布式部署情况；可在电力部门或物联网运营商的平台上基于 SaaS 云计 算部署“一平台” ，对传感网监测数据进行大数据智能分析处理，实现对火情现 象、强风气候、冰冻天气、雷电天气的人工智能监测预警，并通过“短信网关” 向责任巡线人员手机发送定位预警信息，为电力安全生产运行提供决策支持。
2.1.2 产品介绍
1、红外火灾探测器
（1）产品简介
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是集红外、温度、湿度、光照、气压、能耗、位置等多种微功耗数字传感器 于一体的复合传感智能终端， 具有火灾探测、 设备防盗、 故障诊断、 无线通信 （RF、 LoRa） 、自组网络、自动路由等功能。 （2）适用范围 主要适用于旅游景区、国家森林公园、自然保护区、生态保护区、林场等高 火险林区的林下火情监测预警。
红外火灾探测器产品实物图
（3）功能性能 ? 火灾预警：300m 范围内，可探测不大于 16m 的火焰，响应时间小于 30 秒；输出信息：编号、火警、火势大小参数。 ? 跌落防盗：内置三维位置传感器，设备固定安装后，若被人为摘取或外 力作用跌落，均会在 5 秒内向传感网发出防盗预警信息，以便及时响应 处理。 ? 故障诊断：内置温度、湿度、光照、气压、能耗等传感器，随时监测产 品内部工作条件情况，若出现腔内环境异常或供电异常，将向传感网发 出故障预警，从而可远程自动掌握设备故障并维护。 ? 远程测控：可远程测控产品内部传感器及工作参数，远程维护管理和诊
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断产品故障，实现远程管理与保养维护。 ? 雷击抗扰：采用人工智能算法，可抗太阳、雷电、电磁等干扰，只要雷 电不直接击中产品，均不会造成故障。 ? ? ? ? ? 无线传输：RF433MHz 无线通信，最远通信距离 800m (空旷)。 自动路由：自动寻找物联网网关，并“接力”跳传。 外壳保护：IP67（野外曝晒雨淋） 。 工作温度：常温型-20~70 度；宽温型-40~70 度。 工作湿度：1%~100%RH（无凝结） 。
（4）结构说明 产品结构如下图所示，由天线、探测器壳体、遮阳罩、太阳能板、探测窗口、 不锈钢支架、不锈钢螺栓、复合传感器、红外传感器、LED 指示灯等构成。其中： 探测器壳体为铝压铸外壳并喷涂防紫外及抗环境老化防护粉漆； 太阳能支架为抗 紫外老化工程材料，适应野外环境及扰动影响；腔体内部充有惰性气体，防止大 范围温度变化产生压力影响及外部热容量影响。
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探测器结构示意图
①天线;②探测器壳体;③遮阳罩;④太阳能板;⑤探测窗口; ⑥不锈钢支架；⑦螺栓;⑧环境传感器;⑨红外传感器;⑩LED指示灯 探测器结构参数： ? 外形尺寸：245*85*230mm（无遮光罩） ? 壳体材质：铝合金 ? 太阳能板：工程塑料 ? 安装支架：不锈钢 ? 产品净重：1.2Kg
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探测器结构三视图
（5）规格型号 1）单红外产品：包括常温标准型、常温增强型、宽温标准型、宽温增强型， 均只配置 1 只红外传感器，抗扰力弱于双红外，误报率约 5%。 2）双红外产品：包括常温标准型、常温增强型、宽温标准型、宽温增强型， 均只配置 2 只红外传感器，抗扰力强于单红外，误报率约 1.5%。 3）选型建议：南方地区选用常温型，北方地区选用宽温型。
产品型号 基础信 产品中文 息 名 JTG-HW 100BN 单通道标准型 JTG-HW 100SN 单通道增强型 JTG-HW 200BN 双通道标准型 JTG-HW 200SN 双通道增强型
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红外通道 数 水平视场 传感识 角 别 探测距离 响应时间 载波频率 通信 组网规模 尺寸 重量 结构 外壳材质 防护等级 常温 工作环 境 宽温 湿度
单通道 ≤110° ≤300m (3.96*3.96m2) ≤15s
单通道 ≤110° ≤300m (3.96*3.96m2) ≤10s
双通道 ≤110° ≤300m (3.96*3.96m2) ≤15s
双通道 ≤110° ≤300m (3.96*3.96m2) ≤10s 433Mhz /LoRa 无线技术 ≤250 个节点 245*85*230mm （无遮光罩） 1.2Kg 压铸铝合金 ADC12 IP67 -20℃~+70℃ -40℃~+70℃ 1%~100% （无凝结）
433Mhz 433Mhz 433Mhz /LoRa 无线技术 /LoRa 无线技术 /LoRa 无线技术 ≤250 个节点 245*85*230mm （无遮光罩） 1.2Kg 压铸铝合金 ADC12 IP67 -20℃~+70℃ -40℃~+70℃ 1%~100% （无凝结） ≤250 个节点 245*85*230mm （无遮光罩） 1.2Kg 压铸铝合金 ADC12 IP67 -20℃~+70℃ -40℃~+70℃ 1%~100% （无凝结） ≤250 个节点 245*85*230mm （无遮光罩） 1.2Kg 压铸铝合金 ADC12 IP67 -20℃~+70℃ -40℃~+70℃ 1%~100% （无凝结）
2.2 一张网
指由各输变电站、各输电通道传感网共同组成的一张物联网测控网络，主 要实现输变电站和输电通道的火情监测预警， 也可支持其他气象灾害传感器接入 网络，实施对冰灾、山火、雷电、台风等自然灾害的监测预警。
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