声源定位技术在电力电缆防外力破坏方面的浅析及应用许俊州

声源定位技术在电力电缆防外力破坏方面的浅析及应用许俊州

许俊州

（国网浙江杭州市萧山区供电公司浙江杭州311200)

摘要:电力电缆在防止外力破坏方面管理难度非常大。很多技术一般在外力破坏发生后才进行报警，并不能有效预防这种破坏的发生。本文对现有防外力破坏技术的基础上进行了研究改进，精确定位电力电缆外力破坏事件，降低运行维护成本，提高电缆安全运行的可靠性，并为电力电缆防外力破坏技术提供理论指导和有效的技术支撑。

关键词：电力电缆；外力破坏；运行故障；声源定位；预警系统。

一、概述

1.电力电缆在城市建设中应用非常广泛，由于电力电缆敷设路径长、范围广，管理人员很难全方位对电力电缆进行管理；城市改造不断加快，土建施工易对电力电缆造成外力破坏，在防止外力破坏方面管理难度较大。为保障安全运行，保证电力电缆本体不受外力破坏是最基本的条件。

现有防外力破坏技术的基础上分析改进了电力电缆防外力破坏技术，研制一系列的声源定位技术，提高电力电缆防外力破坏技术的有效性和定位精度。

2.技术现状及缺陷

现在电力电缆防外力破坏的现状是一般在外力破坏发生后，电缆断电才去现场处理。未形成一套电缆防外力破坏的预警机制。

基于视频分析的电力电缆防外力破坏系统通过视频分析技术或者人员视频监控，方法如下：、现在的视频分析技术或人员监控，分析挖掘机等大型设备还可以，但对工人手持的小型钻机设备分析不出来；、以往道路改造、地铁施工和各种市政工程建设施工现场的围挡会遮挡视频监控。

3.主要研究分析

根据现有的方法技术进行改进和完善，研究电力电缆防外力破坏创新性的方法技术。以下几方面的分析研究：

（1）采集定位装置

研究一种可对设定的采集时间、采集频率等采集指标控制采集现场的振动、噪声、GPS、温度和湿度等环境地理信息的前端采集传感装置，实现电缆线路周边发生的入侵事件时感知和预警，满足复杂的施工环境要求。

（2）信号滤波

建立一种智能算法，对入侵信号与系统自带的信号数据库进行比对，对风、雨、小动物活动、来往车辆振动等特征无损事物的振源信号进行分捡并排除，使得对真正的入侵信号的检测达到最优化效果。

（3）M2M机器传输协议

研究基于M2M协议的声源信息采集传感装置与监测后台的数据传输技术以及相关的技术标准和规范。

（4）故障点定位导航

研究对受到外力破坏时的关键电力电缆线路进行定位导航指引。

（5）数据智能分析

研究对传输到监控平台的数据进行智能分析，处理并发出报警，指导电缆管理人员进行现场防护，防止外力破坏事故发生。

（6）防外力破坏机制

研究建立从事件监测、数据分析、报警推送到指导现场防护的智能化管理流程，通过对线路安装防外力破坏监测系统，提高电缆安全管理效率，建立一套完整电缆防外力破坏管理体系。

二、总体方案、方法技术及仪器设备

1.总体方案

防外力破坏预警系统包括数据采集子系统、传输控制子系统、广播、声光报警子系统、供电子系统、电力电缆防外力破坏预警系统平台，实现了电力电缆的精确实时监控，对特定线路进行有针对性的监控和取证。

2.方法技术及仪器设备

2.1数据采集传输子系统

本装置包含电源采集单元、防外力破坏系统主机、传感采集单元和现场巡检手持终端。

电源采集单元主为系统提供电源的采集，可通过太阳能电板、风能发电机通过电源管理模块将采集的电量保存至蓄电池中；

防外力破坏系统主机功能主要由电源管理模块、多通道A/D检测单元、视频监控模块、中央处理模块、存储模块、报警模块、通讯模块、GPS定位模块组成。

通讯模块主要由GSM模块、短距离无线传输模块和有线传输模块组成，GSM模块主要是用于远距离信息传递；短距离无线传输模块主要同传感采集单元和现场巡检手持终端进行通讯；有线传输主要分为光纤传输和协议传输，可使用协议进行传输，光纤传输对将此使用专利进行数据对接。

存储模块主要存储系统基础数据，如短信收发电话、传感器报警门限、传感器报警机制、图片存储、视频片段存储等。

2.2电力电缆防外力破坏预警平台

2.2.1平台系统组成

电力电缆防外力破坏预警平台包括：系统首页、输变电线路管理、工程信息管理、维护单位管理、系统数据管理和系统设置六部分功能。

系统首页提供快速创建工程、快速添加监测设备的模板，提供输变电线路和铁塔的检索功能，包括WEBGIS检索方式；工程信息管理可对已发生或即将发生的外力破坏的处理任务的创建、下发、监督和审核进行操作;并对处理的进度、质量进行跟踪和提醒；维护单位管理对维护方相关信息进行统计；系统数据管理对超过阀值上传的数据进行建模，确定破坏的种类和级别；系统设置实现输变电线路和铁塔基础信息数据的批量导入，系统操作日志管理及用户管理。

数据采集子系统可高精度动、噪声、温度和GPS等现场信息的监测，实时采集准确预测和定位即将发生的电力电缆的外力破坏，及时将超过阀值的数据通过485或zigbee方式传送给传输控制系统。

2.2.2平台系统架构

电力电缆防外力破坏预警平台系统采用B/S架构，遵循M2M物联网通信协议，数据采集子系统和传输控制子系统作为前置监测控制端，经数据网络与天线施工管理平台通过RESTAPI进行通讯，实现获取指令，信息上报等功能；电力电缆防外力破坏预警系统平台作为服务器端。前端监测控制端与电力电缆防外力破坏预警系统平台之间的数据通讯采用加密模式，

三、关键技术

本项目的关键技术主要有：

1.研制基于现场环境地理信息的声源定位前端采集终端

通过辅助的视频系统实现电力电缆防外力破坏事件的预警；通过GPS采集经纬信息，实现准确空间定位，提供定位信息支撑；通过GSM通讯模块，实现了电力电缆防外力破坏事件的远程告知功能。

2.研制了一套电力电缆防外力破坏的系统

判断电力电缆的外力破坏的缺陷，研制一套不受视频技术或遮挡等因素限制的外力破坏的系统，实时采集并预测和定位即将发生的电力电缆外力破坏，及时通知片区维护人员，有效手段制止电力电缆的破坏。

3.研制电力电缆外力破坏事件的模型库

该模型库包含不同阶质、不同距离、不同破坏事件的现场数据。

4.建立了一套电力电缆外力破坏事件的机制

在设定传感器数据采集存储门限阀值后由声音传感模块和振动传感模块对电力电缆管线的现场进行实时的采集，通过遍历算法与破坏事件的模型库进行匹配，得到破坏事件的类型与位置。

5.解决定位失真问题，精确定位电力电缆周边可能会遭受到的破坏事件。

该系统机制通过对声音传感模块和振动传感模块来采集电力电缆防外力破坏事件的数据进行事件的预警和定位，防止了雷电、车辆通过等干扰信源引起的定位失真问题，从而精确定位电力电缆周边可能会遭受到的破坏事件。

参考文献:

[1]柯昆.声源定位技术研究[D]．西安电子科技大学.2010.12

[2]靳莹，杨润泽.声测定位技术的现状研究[J]．电声技术.2007.02