高压输电铁塔智能视频监控系统及高压套管绝缘结构设计课程设计

高压输电铁塔智能视频监控系统XXXXX科技有限公司目录第一章需求分析 3第二章系统介绍 32.1系统概述 32.1.1智能视频监控 42.1.2智能视频监控的优势 42.2系统功能简介 52.3系统组成 72.3.1前端设备 72.3.2SmartTrack智能图像处理器 82.3.3传输网络 112.3.4监控指挥中心 11第三章公司介绍 123.1公司简介 123.2企业文化 133.3组织结构图 133.4成功案例 14高压输电铁塔智能视频监控系统第一章需求分析某企业一些位于特殊地区的高压输电铁塔，距离施工工地比较近，一些大型工程车辆经常从其附近经过或在其附近工作，这些车辆体积庞大，工作时的高度往往达到甚至超过了输电铁塔的高度，稍不注意就会刮断输电线路，造成电力供应的中断，同时附近施工车辆及人员极有可能发生触电事故，造成不可挽回的损失。针对这种情况，急需利用技术手段建立一套可靠的自动监控报警系统，在重要电力设施附近设立安全区域，禁止大型工程车辆进入该区域，保证电力设施的安全，从而保证电力的正常供应。XXXXX科技有限公司研发的智能视频监控系统（IVSS）融合了计算机视觉技术、网络传输技术等多项现代高科技技术。该系统不仅可以做到传统的远程视频监控，还可以通过对视频图像的智能化处理自动识别不同的物体，区分画面里的人、车、动物等元素，过滤掉较小的物体，提取用户关心的大型车辆信息，一旦有危险的大型车辆进入视频画面，系统立即产生报警信息，以声音和电脑对话框的方式通知管理人员。管理人员可通过设立在现场的高音喇叭，对入侵车辆进行喊话，使其迅速撤出安全区域。本过程也可以通过播放录音，由系统自动完成。该系统还可用于对变电站及重要电力设施进行的防盗、防破坏看护。第二章系统介绍2.1系统概述智能视频监控是以数字化、网络化视频监控为基础，但又有别于一般的网络化视频监控，它是一种更高端的视频监控应用。智能视频监控系统能够自动识别不同的物体，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而能够更加有效的协助安全人员处理危机，并最大限度的降低误报和漏报现象。2.1.1智能视频监控智能视频监控（IVSIntelligentVideoSurveillance）是基于计算机视觉技术对监控场景的视频图像内容进行分析，提取场景中的关键信息，并形成相应事件和告警的监控方式，是新一代基于视频内容分析的监控系统。如果把摄像机看作人的眼睛，而智能视频监控系统或设备则可以看作人的大脑。智能视频监控技术借助计算机强大的数据处理功能，对视频画面中的海量数据进行高速分析，过滤掉用户不关心的信息，仅仅为监控者提供有用的关键信息。2.1.2智能视频监控的优势智能视频监控以普通的网络视频监控为基础，除了具备广为人知的网络视频监控的优势外，智能视频监控系统还能为用户带来更大收益：

1）24x7全天候可靠监控：彻底改变以往完全由安全工作人员对监控画面进行监视和分析的模式，通过嵌入在前端处理设备（智能视频网络摄像机或智能视频服务器）中的智能视频模块对所监控的画面进行不间断分析；2）大大提高报警精确度：前端处理设备（智能视频网络摄像机或智能视频服务器）集成强大的图像处理能力，并运行高级智能算法，使用户可以更加精确的定义安全威胁的特征，有效降低误报和漏报现象，减少无用数据量；3）大大提高响应速度：将一般监控系统的事后分析变成了事中分析和预警，它能识别可疑活动（例如有人在公共场所遗留了可疑物体，或者有人在敏感区域停留的时间过长），在安全威胁发生之前就能够提示安全人员关注相关监控画面以提前做好准备，还可以使用户更加确切的定义在特定的安全威胁出现时应当采取的动作，并由监控系统本身来确保危机处理步骤能够按照预定的计划精确执行，有效防止在混乱中由于人为因素而造成的延误；4）有效利用和扩展视频资源的用途：对事件和画面经过了智能分析和过滤，仅保留和记录了有用的信息，使得对事件的分析更为有效和直接，同时可利用这些视频资源在非安全领域进行更高层次的分析，如智能视频系统还可以帮助零售店的老板统计当天光顾的客户数量，用以分析销售情况等等。2.2系统功能简介智能图像监控系统能够根据预先设定的警戒线、警戒区域，对非法穿越、非法入侵进行告警，对接近重要看护设施人车进行告警，向值班人员和职能部门及时提醒各种危险情况发生，并可以自动启动设定的联动预案，便于早期处理，避免危险事件发生和扩大。主要实现以下功能：周界入侵报警功能在监控图像内设置警戒区域，系统自动检测进入警戒区的移动目标，向监控中心发送报警信息。可根据实际情况设置警戒目标的种类，包括人、动物、汽车等。穿越警戒线告警功能在监控图像内设置警戒线，系统根据设置的报警进入方向，自动识别非法跨越警戒线的目标，产生告警信息。同时在监视屏上自动弹出跨线的目标及其运动轨迹。自动控制功能系统自动发现入侵目标后可自动对其进行现场播放告警录音，以阻止“事件”发生。重要设施看护功能对野外需要保护的重要设施，在视频会面里设置看护区域，只要有人进入到看护区域，或因其他原因设备离开原来位置或在画面中消失，系统就会自动产生告警。2.3系统组成智能视频图像监控系统是一套集图像数据采集、数据传输、图像处理、目标识别相结合的实时监控报警系统。主要有前端设备、传输网络、监控中心三部分组成。系统图：2.3.1前端设备前端设备主要用来采集电力传输铁塔现场的视频信息，将视频信息传送给监控指挥中心。主要包括摄像机、护罩、全向云台、SmartTrack智能图像处理器、无线网桥等设备。根据监控点的具体情况，在各监控点安装相应的监控摄像机（彩色或黑白、固定或活动云台、定焦或变焦）。在每个监控点可以安装一个或数个监控摄像机，再各配备一台云台、防护罩及云台控制器。每个视频采集点各匹配一台SmartTrack智能图像处理器。监控摄像机用于各监控点实时视频信号。云台可以由控制中心的计算机控制。用户可对摄像机进行水平360度，垂直90度及变焦控制。SmartTrack智能图像处理器集音、视频采集、音视频压缩编码、网络传输、WEBServer、输入输出控制等功能于一体的网络视频传输设备。视频编码器可以接入各种模拟摄像头，将模拟音、视频信号转换为压缩音视频数据流，再通过网络传输到PC上解码显示或通过视频解码器还原为电视信号显示。视频编解码器负责把摄像机的模拟视频信号转变成数字信号，同时进行压缩，另外也传输控制信号，视频编解码器内置10/100M网卡，通过网线连接到无线设备上，编码压缩处理后的监控信息通过无线网络汇集到监控管理中心，监控中心能看到各监控点的实时状况，监控人员可通过监控中心局域网或Internet远程实时浏览视频图像、遥控云台。为充分保证每个监控点的带宽，采用MPEG4的编码标准，带宽占用较低，并可实现图像的优质传输和存储，而且传输距离较远,适用于广阔区域的监控2.3.2SmartTrack智能图像处理器SmartTrack图像处理器是XXXXX科技有限公司研发的专用智能图像处理设备，主要完成视频图像的采集和对烟火的自动检测处理、告警生成以及视频图像的压缩传输。SmartTrack的主要性能指标可适应在野外苛刻环境条件下使用；高精度（最高16bits）的视频采集；可同时处理多达4路的红外或可见光波段视频信号最小检测10mx10m尺寸的烟火（距离10公里）；单帧检测处理时间0.3~2秒；可自动消除烟火检测处理中的各种干扰因素（朝霞、晚霞、白云、树影等以及运动目标）；具备视频服务器功能型号SMTK-0201SMTK-0204SMTK-0301SMTK-0304功能技术指标参数处理能力每路视频DSP数量2DSP3DSP视频接口视频压缩标准兼容性MPEG-4、M-JPEG每通道最大分辨率4CIF帧速30帧数字视频服务模拟视频输入通道数1414视频输入接口类型PAL/NTSC制式模拟、75Ω非平衡BNC接口网络带宽要求25帧/秒（还可支持10/15/25帧率）MPEG-4：QCIF格式-128KbpsCIF格式-400Kbps网络图像延时128K-400Kbps条件下延时0.5秒（长时间清晰、连续、稳定）画面分辨率SubQCIF、QCIF、CIF、D1等数字音频服务编码方式标准-ADPCM（G.723）8-96Kbps、支持音频对讲采样频率32/44.1/48KHz@20bits/每样本频率响应20Hz-20KHz，±0.25dB音频增益控制-90dB—-30dB，8dBlevelstep阻抗输入10K欧姆，输出8欧姆网络接口以太网接口RJ-45接口2×10/100M自适应音/视频网络协议UDP/TCP、RTP、RTCP告警/指令TCP/IP云台控制支持各种云台控制协议：PALC0-D、PALC0-P、YAAN云台方向控制：8个方向光圈、聚焦、变焦：可调预制点：64个；报警转向预制点：可选、自动巡视：多点间自动巡视串口网络透明通道透明通道数2828支持PTZ●●●●RS232和RS485●●●●分立I/O接口输入4848输出（relay）4848网管接口SNMP网管支持SNMP网管尺寸及重量外形尺寸（mm）208×143×481U*19英寸208×143×481U*19英寸重量约1.5kg约1.5kg供电电压DC5V最大功率10W40W15W60W环境条件工作温度-20℃～+70℃储藏温度-40℃～+85℃湿度最高到95%相对湿度，非凝结SmartTrack产品接口内置2端口10M/100M自适应以太网交换机。10M/100M自适应以太网接口：完成智能监控系统软件和SmartTrack之间的全部数据通信。RS485接口：对摄像机云镜系统进行控制。RS232接口：对SmartTrack进行现场维护或配置。告警输入接口：外置传感器的告警输入。告警输出接口：将智能告警与外部设备的联动控制。SmartTrack设备SDK开发包：提供了全套的API接口和文档，可用于现有数字视频智能监控系统软件对SmartTrack的兼容性开发。2.3.3传输网络传输网络的选择主要根据监控现场的实际情况，做到可靠、经济、实用。在条件具备的地方可以选择电力系统自有的网络系统，根据不同的传输质量要求，为每路远传的视频图像提供512K-2M的带宽。在没有电力网络的地方，必须重新架设网络。远距离传输视频传输不外乎光缆和微波。由于电力传输的特殊性，光缆的铺设费用较高，且易被人为破坏，所以微波图像传输的主要特点成为电力传输监控的首选方案。微波传输的主要特点是便于架设、开通快。由于电力传输铁塔的监控点本身地势较高，所以正好克服了微波传输受地形限制的缺点。2.3.4监控指挥中心监控中心子系统是一种系统平台软件，对系统内的各设备进行管理和控制，其主要功能包括：用户认证和管理功能；设备运行状态管理功能；视频录像功能；命令控制空能；报警定位功能；各种告警管理及显示功能；电子地图管理功能；第三章公司介绍3.1公司简介XXXXX科技有限公司是专业从事图像智能识别、分析判断及自动处理的专业化研究与产业化公司。目前拥有三大系列、二十余种型号产品，其中主要核心基础产品包括“SmartTrack图像智能处理器”、“SmartCore图像智能处理嵌入式软件”和“SphereEyes全景相机”。“SmartTrack图像智能处理器”：与监控摄像机配合工作，提供智能视频监控功能，如：目标种类识别、入侵检测、PTZ自动跟踪、物品被盗和移动检测、烟火检测等。避免了人工监控存在的易疲劳、易疏忽、反应速度慢、人工费用高等诸多不足，为客户提供了最佳安全监控系统解决方案。SmartTrack广泛应用于楼宇、机场、铁路、工厂、仓库、电站、油田、森林等重要安全基地与专业行业，具备分立式与机架集群式两种产品形态，为智能视频综合安防系统提供核心的技术与产品。“SmartCore图像智能处理嵌入式软件”：具备SmartTrack的全部功能，运行在数字信号处理器（DSP）上，为DVS视频服务器和摄像机制造商提供智能视频监控的核心部件和完善的技术解决方案。可以直接对监控画面内容进行处理、识别和自动化控制。自动完成现场巡视、现场警告、实时告警、自动PTZ追踪摄影、自动录像等功能。“SphereEyes全景相机”：是一种超宽视野的前端成像设备，可对场景进行360度无盲点观察，没有活动机械结构就可实现4种虚拟PTZ控制：360度展开、180度×2展开、90度×4展开，任意区域放大。真正同时解决“看得全”和“看得清”相互矛盾的难题。具备视频监控智能识别与处理功能，适合全局监控。其特点为外观小巧，可隐秘安装。XXXXX科技有限公司为北京市高新技术企业和软件企业，目前已通过ISO9001国际质量管理体系认证。主要产品通过公安部安全与警用电子产品质量检测中心检测。目前拥有员工120余人，其中科研人员占60％。秉承“信任、尊重、共同发展；创新、拼搏、追求卓越。”的企业核心文化，致力于技术创新、产品创新和服务创新，为用户提供最优质的产品和最完善的解决方案。我们期望与用户共同推进图像视频监控数字化、智能化和网络化进程，共同创造未来。3.2企业文化核心文化：信任、尊重、共同发展创新、拼搏、追求卓越发展目标：成为图像信息领域最具竞争力的公司发展战略：永不停息创新产品与服务，树立国际知名品牌与形象3.3组织结构图3.4成功案例宝鸡XX公司炸药库智能视频监控系统XX大厦智能视频监控系统XX剧院智能视频监控系统XXXX钢铁智能视频监控系统XX地区森林防火智能视频监控系统330kV油纸电容式套管电磁计算与结构设计专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：

设计条件与任务设计条件额定电压UA=330kV，IN=315A，最大工作电压Um=363kV，1min工频耐压试验电压为570kV干闪络实验电压为670kV，温闪络试验电压为510kV，1.2/50全波冲击试验电压为1050kV设计任务确定电容芯子电气参数绝缘层最小厚度绝缘层数极板上下台阶长度各层级尺寸温升热击穿电压选出上下瓷套并进行电气强度枝枝绝缘画出极板布置图，E-r分布图以及装配图撰写课程设计报告设计原理所谓套管就是用来把电流引入或引出变压器，断路器或其他设备的金属外壳，也用于导体或母线穿过建筑物或墙壁，其中最常用的是电容式套管，其一般为油纸绝缘和胶纸绝缘套管，而瓷套是外绝缘，一般认为是辅助绝缘电容式套管具有内绝缘与外绝缘，其内绝缘是主绝缘，外绝缘是瓷套，如外胶纸式变压器套管无下瓷套胶纸套管的电容芯子是由厚0.05~0,07毫不透油单面胶纸和具有一定尺寸的电容极板卷制而成的圆柱电容芯子，一般高压电容式套管的绝缘层最小厚度为1~1.2mm工频常温下胶纸绝缘的≤0.007油纸电容式套管的电容芯子由电缆纸多层铝箔极板卷制而成的圆柱电容芯子，工频常温下，油纸绝缘的≤0.003胶纸套管与油纸套管的比较机械强度高，法兰可直接固定在电容芯子上，结构坚固结实，可作45°或水平安装胶纸套管充油量少，密封较容易在变压器中采用时，下部不用下磁套，可以减小尺寸胶纸的耐电晕性强于油纸设计内容确定电容芯子电气参数绝缘层最小厚度还代超高压电容套管，一般取得很薄，约在1~1.2m左右，其目的在于提高套管的局部放电性能和选取较高的最大工作场强设胶纸套管的绝缘厚度为=1.2mm，油纸套管的绝缘厚度为1.2mm按最大工作电压下不发生有害局部放电这一原则而决定，当最小绝缘厚度确定即可计算,，由式可得局部放电起始场强其中k1取4.3（胶纸）10.6（油纸）取4（胶纸）13.5（油纸）D同取1.2mmMV/m（胶纸）MV/m（油纸）对于胶纸套管而言，的可取值，取=2.1mv/m，对于油纸套管，因局部放电有能发展的特点要求应不低于（1.5-2），以保证局部放电性能。取=2.8mv/m当dmm和决定后，绝缘层数n即可按下式求取层数：胶纸：油纸：滑闪起始，任何极板在空气或油中Kh=13.5时厚度最小绝缘层的滑闪电压胶纸：与干试电压相比，安全裕度均满足校核（3）极板上下台阶长度可根据经验确定上瓷套长度LB，取Ls=272cm干放电平均场强约为0.3mv/m，则干闪络电压Uf=816kV与干试电压相比较，安全裕度为816/6701.22进行湿试电压校核L=Lb=272cm裙数n取20裙间距离13.6cm裙宽度=0.5l=6.8cm裙倾角20°对于高压套管常用下列经验公式式中L—套管的瓷套的有效高度a—裙宽，0000；L—裙距，均以厘米来计U3=3.56×2.720.77+2.5×20×13.60.8=871.5kV大于湿试电压510kV裕度=1.7冲击电压查图可知，以上均有足够裕度，1.2/50全波US=50+5.06a=50+5.06×272=1426kV安全裕度：1426/1050=1.36>1.0合格内外绝缘的配合，除了内绝缘的耐电强度应高于外绝缘以外，还应考虑内绝缘对外绝缘的电场调节作用，即电场的屏蔽作用，为了屏蔽，电容芯子的接地极板应比法兰高出约为上瓷套放点距离L1的8.5-10%而芯子的最内层极板赢低于上瓷套的上端盖约为20-25%的上瓷套放电距离L1，这样可以减小法兰和上端盖附近的电场集中，使上瓷套表面电压分布较为均匀，以提高闪络性能。因此，电容极板的上部台阶长度与瓷套的放电距离有如下关系：=(8.5~10)%L1+(20~25)%L1=L1≈65%L1式中L1——上瓷套的放电距离——极板上台阶的总和，在实际设计中，各台阶长度相等，n为层数选择内绝缘对上瓷套的屏蔽长度，上端为20%LB，下端为10%LB，则电容芯子的上端绝缘长度=0.7Lb胶纸：油纸：令下台阶为上台阶的60％胶纸：=1.4cm油纸：=1.9cm胶纸：=3.7cm油纸：=5cm（4）各层极板尺寸（胶纸）（油纸）Ws上为在干试下端轴向场强小于平均放电场强0.65mv/m由于法兰长度L未作规定，可选择最有利条件则（胶纸）（油纸）法兰长度Lf=Ln-(0.1Lb+9)=99-(27+9)=63cm其中9cm为选取对下瓷套的屏蔽长度法兰长度Lf=64cm（油纸）下瓷套长度胶纸：Lh=（8.3X1.4+9）/0.9=139.1cm取139cmL0=99+83X3.7=406.1cm取406cm实际上油纸=（62×1.9+9）/0.9=141cm=100+6.2×5=410cm实际上：补：冲击电压校验1.2/50金波Us=50+5.066=50+5.06×272=1426kv安全裕度：1426/1050=1.36＞1.0合格下瓷套闪絡电压，可以放电平均场强0.65mv/m来校正胶纸：Us=1390×0.65=903.5kv＞670kv油纸：Us=1410×0.15=916.5kv＞670kv而入层的极极长度在等电容的情况下，任何一层的电容为式中：Lo—最内层（零序）极的半径与长度—最外层（接地）极板的半径与长度—相对介电常数，油纸绝缘3.5，胶纸3.8-4.5—真空的电容率，8.854×00F/m电容式根据合比定理式中，在一般情况下可取，只有当时，则取；当时，，在工作电压下最内层和最外层绝缘工作场强均为设最内层绝缘中工作场强为时则由式可得解出零序极极半径接地极极半径由上式可得解出极极半径取胶纸=4.4cm油纸（5）温升温升计算的目的是，校核套管在额定工作条件下最大发热温度不超过材料的耐热性要求，一般油纸为105℃，胶纸为120式中—芯子浸油部分最大外半径—导杆外半径-芯子在油中的表面散热系数，一般可取500—单位长度的导杆发热量（w/m），.，其中I为额定电流，R为导杆单位长度有效电阻—套管单位长度的介质发热量（w/m）；.其中v为额定电压，c为套管电容；ω=2f=314,00为在工作状态下的介质损耗L—电容芯子绝缘部分总长度对于胶纸套管rn=18.04cmro=4.4cm=0.22ρ—导体电阻率对于铜ρ=0.018[1+0.004（-20）]为导体的计算温度选取额定电流的密度为2A/mm2=2A=I/2=250有效横截面积为250，取横截面积400，r=11.29m，R=ρ×l/Aρ=0.018[H0.004(120-20)]=0.0252L=lo=4.06m=0.01,胶纸0.03-0.01=0.0252×1/400=15.75（w/m）ω=2f=314对于油纸：rn=13.5cmr0=3.3cm=0.25=3.5ρ=0.018[1+0.004(105-20)]=0.024Ωmm2/m因为额定电流在2-25A/mm2，选取额定电流密度为2A/mm21/A=2 A=500/2=250mm2有效的横截面积为250，取横截面积300mm2，半径r=9.77mmL=l0=410cm=4.1mtgδ=0.005，tgδ油纸0.002-0.007，λ=0.25P1=I2R=5002×0.025×(1/300)=20W/mω=2f=314（6）热击穿电压热击穿电压可以按单向冷却圆柱体结构的情况计算，由于忽略了轴向散热，计算值常偏低，一般可利用福克热击穿公式做计算，在交流电压下其式为式中tgδ0——电容芯子在周围环境温度下的介质损耗值 a——介质损耗的温度系数 λ1εr1f——符号同前 φ(c)——与结构尺寸和导散热量有关的系数，根据我国实践经验，一般套管取φ(c)=0.63因此可得套管的热击穿电压胶纸：λ=0.22 a=0.04/℃ f=50 εr=3.8 tgδ0=0.01油纸：λ=0.25 a=0.07/℃ f=50 εr=3.5 tgδ0=0.005

表1 胶纸层Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)层Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)04064.402142250.611.1313.41402.34.5220.843246.911.3213.42398.64.6420.344247.511.7113.43394.94.7719.945239.511.713.44396.24.919.646235.811.8913.45387.55.0319.247232.112.0813.46383.85.1618.948228.412.2613.47380.15.318.649224.712.4513.48376.45.4318.45022112.6413.49372.75.5718.151217.312.8312.5103695.7117.852213.613.0213.511165.35.8517.653209.913.2013.512361.66.0017.654206.213.3913.613357.96.1517.055202.513.5713.714354.26.316.856198.813.7613.715350.56.4518.657195.113.9413.816346.86.616.458191.414.1313.917343.16.7616.259187.714.3114.018339.46.7116.06018414.4914.119335.77.0715.861180.314.6714.2203327.2315.662176.614.8614.321328.37.2315.662176.614.8414.322324.67.5915.364169.215.1914.623320.97.7215.165165.515.3714.724317.27.8915.066161.815.5414.925313.58.0614.867158.115.7015.126309.88.2314.768154.415.8715.327306.18.4114.669150.716.0315.528302.48.5814.57014716.2015.829298.78.7514.471143.316.3516.0302958.9314.272139.616.5116.331291.39.1114.173135.916.6616.632287.69.2914.074132.216.8216.933283.99.4714.075128.516.9617.234280.29.6513.976124.817.1117.635276.59.8313.877121.117.2518.036272.810.0213.778117.