山火监测预警与防治08-18---湖南

输电线路山火监测预警与防治技术国网湖南省电力公司防灾减灾中心2015年8月18日目录一、输电线路山火概况1、山火危害；2、山火跳闸机理；3、山火发生条件；4、山火分布二、输电线路山火监测1、卫星监测；2、分布式山火监测；3、现场监控；4、其他监测手段三、输电线路山火预测1、山火预测定义；2、预测报告发布；3、山火预报实例四、输电线路山火现场处置1、现场处置；2、初发山火灭火；3、大火扑救；4、线路恢复一、输电线路山火概况1、山火危害近年来，我国大部省份山火频发，山火已成为输电线路运行的主要灾害之一。2014年1-5月，国网输电线路山火监测预警中心监测国网跨区电网火点总数共3万2千余个，对输电线路一级告警3千余个。2014年春季，受山火影响，国网公司220kV以上线路有47条次紧急停运、17条次降压运行、213条次退出重合闸，其中1月25日，山火导致±800kV锦苏、复奉直流1小时内相继紧急停运。山火严重危害了电网的安全运行，给国网公司造成了巨大的损失。船星Ⅰ线2009年2月12日山火跳闸现场金民II线2013年8月6日现场山火山火现场一、输电线路山火概况2、山火跳闸机理山火产生的高温易引起空气分子热游离，产生大量带电粒子，增加空气的导电性。带电粒子随高温气流和烟雾不断往上发展，导致导线周围空气间隙绝缘性能下降；另一方面，烟尘中的颗粒物被电场极化，趋向于沿着电场的方向排列成杂质“小桥”，增加了空气的导电性；其次，火焰本身具有一定的导电性，绝缘间隙被火焰覆盖时，可能直接在火焰中建立导电通道而引起放电。综合以上原因，山火易导致输电线路外绝缘的损坏而引起放电，导致跳闸。高温产生的绝缘间隙损坏会持续较长时间，跳闸后重合闸很难成功。一、输电线路山火概况3、山火发生条件山火发生必须具备三个条件：天气条件、可燃物和火源。前两者是必备条件，后者是人为因素。山火的发生受野外工农业用火习俗影响非常大。烧荒引发山火祭祀引发山火一、输电线路山火概况廊附近多灌木、荆棘、农田，存在严重的山火隐患。国网公司输电线路山火高发省市主要有：湖南、江西、四川、重庆、福建、湖北、安徽、江苏、浙江、陕西、山西等。4、山火分布我国山火高发地区几乎包括了南方所有省份和部分北方省份。南方地区多以丘陵地貌为主，输电线路常常跨越山区林地，且线路走内陆地区电网山火分布图二、输电线路山火监测1、卫星监测输电线路附近发生山火时，通常在几分钟至几十分钟内就会引起跳闸，因此，及时发现与处置初发山火对输电线路山火防治至关重要。使用卫星监测山火可以及时发现线路附近山火，为现场防治提供指导。（1）山火卫星监测原理由斯特藩-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmannlaw，)可知，黑体的辐射度与温度的四次方成正比，这表明辐射度对温度的变化非常敏感，利用黑体的这一特性，可根据卫星监测地表辐射度进行火点的判识。式中，J为黑体辐射度；为辐射系数，对于绝对黑体，=1；为斯特藩-玻尔兹曼常数，=5.67×10-8W·m-2·K-4；T为绝对温度，K。4JT二、输电线路山火监测1、卫星监测由普朗克黑体辐射公式可得卫星通道p亮温值Tp：式中，为波长为λ的通道对应辐射亮度，W·m-2·μm-1·Sr-1；T为通道亮温值，K；Tp为通道p亮温值，K；h为普朗克常数，h=6.63×10-34J·s；c为真空中光速，c=3.0×108m·s-1；λ为通道数据波长，μm；λp为通道p数据波长，μm；k为玻尔兹曼常数，k=1.38×10-23J·K-1。25/2π11hckThcwe21p5pp2ln(1)hchcTkw二、输电线路山火监测（2）输电线路山火卫星监测预警系统2013年，国网输电线路山火监测预警中心建成国内首套输电线路山火极轨卫星监测装置，该装置天线直径为4.8米，可实时跟踪接收中国风云系列、美国EOS/MODIS系列和NOAA系列、美国NPP、欧洲M-TOP系列等重要极轨气象卫星的山火实时监测数据。轨卫星直收装置天线直径：4.8米。跟踪精度：0.01°。接收数据来源：中国风云系列（FY-1、FY-3卫星）、美国EOS（aqua、Terra卫星）和NOAA（NOAA16、17、18、19卫星）、NPP、欧洲M-TOP系列等重要极轨气象卫星的实时监测数据。每日卫星过境次数：24-28颗。卫星最高分辨率：250m×250m。二、输电线路山火监测（2）输电线路山火卫星监测预警系统2014年，国网输电线路山火监测预警中心建成国内首套输电线路山火同步卫星广域监测装置，该装置天线直径为7.3米，可实时接收日本MTSAT和中国FY2以及后续日本太阳花8及中国FY4卫星数据。同步信号可扫描覆盖全中国，因此可开展广域输电线路山火监测。同步卫星监测装置天线直径：7.3米。跟踪精度：0.1°，可跟踪漂移卫星信号。接收数据来源：日本MTSAT、中国FY2、日本太阳花8及中国FY4等。接收数据频率：不低于每幅/15min。二、输电线路山火监测（2）输电线路山火卫星监测预警系统火点定位卫星监测到火点后，应首先根据杆塔进行定位，以便于运维人员查找与处置。告警计算输电线路杆塔数量众多，多达数十万上百万基，在出现大范围山火，火点数多达数百个时，如进行遍历搜索，则进行距离计算非常耗时，不仅严重影响到服务器的工作效率，还可延误火点的最佳处理时机。采用一种基于数据库引擎和网格索引的火点最近杆塔距离优化算法，通过在数据库引擎端将地图区域网格化，优先搜索火点所在网格内的最近杆塔，如未找到则扩展至临近网格，直至找到离火点最近的杆塔，实现快速计算火点与输电线路距离，当距离小于门槛值时，及时发布输电线路山火告警信息，指导线路运维人员尽快赶赴现场处置输电线路山火。二、输电线路山火监测（3）输电线路山火卫星监测预警告警原则《国家电网公司架空输电线路防山火工作规范化指导意见》（运检二〔2014〕115号）中对告警级别按判定分为：一级告警：山火热点与线路距离小于或等于500米。二级告警：山火热点与线路距离大于500米，且小于或等于1000米。三级告警：山火热点与线路距离大于1000米，且小于或等于3000米。不发告警：山火热点与线路距离大于3000米。二、输电线路山火监测（2）输电线路山火卫星监测预警系统预警系统国网输电线路山火监测预警中心站系统国网输电线路山火监测预警系统（B/S）基于Flex框架构建，可进行火点信息与气象信息的查询、统计等功能。系统涵盖了国网公司系统220kV及以上所有输电线及跨区电网线路杆塔坐标，可对以上输电线路的山火告警信息进行计算与发布。二、输电线路山火监测（3）输电线路山火卫星监测预警值班记录簿监测值班监测预警中心每日开展山火卫星监测，在山火高发期（如春节、春耕、清明节、芒种时期、秋收、冬至等）开展24小时山火卫星监测值班。值班员通过输电线路山火卫星监测系统对国网山火高发省份输电线路山火进行实时监测，监测预警中心通过电话或短信向省设备状态评价中心或线路运维人员发布火点对线路的告警信息。输电线路山火监测值班山火卫星监测信息接收二、输电线路山火监测（3）输电线路山火卫星监测预警监测告警监测火点实况火点告警信息告警短信二、输电线路山火监测（3）输电线路山火卫星监测预警监测预警山火预警工作包括山火预警级别判定、山火预警建议和电网预警发布。《国家电网公司架空输电线路防山火工作规范化指导意见》规定：预警等级：预警等级由高至低依次为：红色、橙色、黄色、蓝色。红色预警：某省当日监测山火热点数大于等于300个。橙色预警：某省当日监测山火热点数大于等于200个，且小于300个。黄色预警:某省当日监测山火热点数大于等于100个，且小于200个。蓝色预警:某省当日监测山火热点数大于等于50个，且小于100个。不发预警：某省当日监测山火热点数小于50个。二、输电线路山火监测预警建议与发布预警建议：监测预警中心根据预警级别及各省具体情况，给出相应的预警建议，在山火预测报告中进行发布，并上报国网运检部和各省公司运维检修部。预警发布：省公司根据山火监测预警建议，综合现场山火反馈情况，结合本省情况，发布电网山火预警。预警建议及预警通知二、输电线路山火监测2、分布式山火监测（1）监测原理分布式山火监测是通过分布安装在山火高发的输电线路杆塔上的多个远程山火监测终端进行山火监测的一种方法，可与卫星监测系统进行联动，进而提高山火监测准确率。其监测原理为：当红外热感应传感器检测周围环境温度超过阀值时，立即输出报警信号至主控器，进行图像分析识别，判断是否为山火。若为山火，则将山火信息通知线路运维人员，同时将现场视频信息压缩编码后通过3G网络传输至后台管理软件，运维人员通过后台管理软件实时查看现场视频，视情况采取相应的措施。分布式山火监测原理二、输电线路山火监测（3）主要功能模块一体化摄像机红外热成像摄像机是输变电线路山火监测的关键设备，其工作原理是利用目标和背景或目标各部分之间的辐射差异形成的红外辐射特征图像来发现和识别目标。与可见光摄像机相比，热成像摄像机具有以下优势：适应于任何光照环境，包括强光、逆光、眩光以及黑暗等的监控环境。图像比较单纯，易采用智能分析软件的图像处理。适用于色彩迷惑度较高、场景伪装度较强等分辨难度较大的环境。一体化山火监测摄像机可见光影像红外图像二、输电线路山火监测（3）主要功能模块嵌入式模块基于ARM体系架构的嵌入式模块集成了逻辑计算单元及多个硬件接口，一般采用C语言进行内部程序的调试及开发。控制板通过RS-485或RS-232协议与摄像机和云台进行连接，接收其采集的数据并向其发送控制命令。无线3G模块（含天线）根据网络制式的不同，可选购面向不同服务商的硬件模块，嵌入式程序将通过缓存与该模块进行交互。嵌入式系统结构图嵌入式系统主控模块嵌入式模块可见光摄像机红外热感应传感器云台无线通讯模块蓄电池太阳能电池板山火监测系统服务器端系统3G气象传感器二、输电线路山火监测（3）主要功能模块电源系统系统配置太阳能电池板，且每天通过充放电控制器对蓄电池进行充电。温湿度传感器（JWSK-7）温湿度传感器结构图供电电压：DC24V（22V~26V）湿度测量：±2%RH（5%RH~95%RH，25℃）温度测量：±0.5℃(-20℃~60℃)量程：20℃～60℃响应时间：湿度:4s；温度:15s输出信号：电流输出型：4~20mA；电压输出型：0~5V。二、输电线路山火监测（3）主要功能模块风向传感器（PHWD）风速传感器结构图供电电压：DC12V测量范围：0~360°测量精度：±3°分辨率：1°启动风速：≤0.8m/s输出电压：0~5VDC风速传感器（FA101）供电电压：5V~24VDC精度：±1m/s启动风力：0.2m/s负载能力：≤500Ω量程：0~60m/s输出信号：脉冲（每个脉冲对应0.88m/s）风向传感器结构图二、输电线路山火监测（4）后端软件火情参数包括环境温度、修正温度、探测大概距离、图像伪彩模式、报警温度等。其中，报警温度须根据实际情况进行调整，一般烟的温度在80度左右，火的温度在150度以上。后端软件界面火情参数设置二、输电线路山火监测由于系统运行环境在野外，如果长期开启可见光摄像头和红外探测镜头，系统功耗将会相当大，以可见光镜头和红外探测镜头的额定功率在20W左右，采用300AH的蓄电池，系统的运行时间也不到4天，这样会大大降低系统的实用性。本系统在低功耗设计中采用以下几种方法。（1）采用基于ARM的中央处理器（CPU），可降低系统的待机功耗。（2）系统的扫描采用定时扫描，如间隔30分钟扫描一次，平时将可见光摄像机和热红外探测镜头关闭。在山火高发期时，可采用人工控制相结合的方式运行系统。（3）根据温湿度等气象传感器的监测值来控制摄像机的启停。例如，在湿度大于99%时，一般为雨天，认为附近区域不会发生山火，可将摄像机关闭。二、输电线路山火监测（6）现场安装根据运行经验，选择历史山火高发、位置偏远、交通不便的杆塔