電力線路智能巡檢系統(tǒng)研究

戴亮 張澄 張少成 李祥明 何菲 李勝華

1.泰州供電公司姜堰縣域檢修分公司，江蘇省泰州市姜堰區(qū) 225500；2.泰州供電公司，江蘇省泰州市 225300

輸電線路巡視，是指巡視人員沿著工作票上指定的線路，詳細地檢查線路上的各種設(shè)備（如架空線路、桿塔等）運行情況，及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備存在的隱患或缺陷并詳細記錄，作為后續(xù)線路檢修工作的依據(jù)。輸電線路巡視工作可分為定期巡視、特殊巡視、夜間巡視、故障巡視以及登桿巡視等[1,2]。

截止2010年，我國110kV及以上輸電線路總長約為50萬公里，居世界第二位[3]。自然地，對于這樣一個覆蓋面極廣的電力設(shè)施來說，它的巡視與檢修就會變成一項工作量與工作強度極大的工作，而其中三個主要因素,分別是：1)輸電線路因素:地域特征(如跨度大,區(qū)域廣,所在地域地形錯綜復(fù)雜等)、氣候特征(如寒冷、燥熱等)、線路繁瑣;2)巡檢人員因素:人員的身體素質(zhì)、責(zé)任心等;3)巡檢任務(wù)和技術(shù)因素:基礎(chǔ)資料繁瑣、業(yè)務(wù)量大、管理比較分散、考察困難、維護人員文化素質(zhì)偏低等。

目前，為了適應(yīng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜的趨勢以及提高戶外巡檢人員工作效率，針對GIS的電力移動巡檢技術(shù)迅速發(fā)展。移動巡檢技術(shù)基于移動平臺，使用PDA和GPS衛(wèi)星接收器，結(jié)合GIS系統(tǒng)，滿足工程管理人員現(xiàn)場進行巡檢線路查詢、計劃變更、竣工資料錄入；滿足巡視檢修人員現(xiàn)場進行工作計劃查詢、設(shè)備信息和地理信息的查詢，記錄配電網(wǎng)設(shè)備信息、記錄缺陷情況、記錄巡檢到位情況等[4]。

電力系統(tǒng)中常見的巡檢管理系統(tǒng)概括起來有如下五種[5-7]：

1）人工手寫工作薄巡檢

2）基于條碼識別的巡檢應(yīng)用

3）基于 PDA 和 GPS 的巡檢應(yīng)

4）基于機器人的自動化巡檢方式

5）基于 RFID 識別技術(shù)的巡檢應(yīng)用

除了上述常見的五種巡檢方式以外，還有直升機巡檢，視頻巡檢等方式。

1.電力線路智能巡檢系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 巡檢系統(tǒng)的系統(tǒng)目標

本系統(tǒng)在現(xiàn)有電力線路巡檢系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入無線 GPRS 通信技術(shù)、衛(wèi)星的定位技術(shù)以及GIS的路徑?jīng)Q策機制，擬使本系統(tǒng)達到以下巡檢目標：

①通過采用先進的信息儀器設(shè)備提高巡線系統(tǒng)管理水平，用帶有 GPRS 無線通信技術(shù)并安裝有巡線系統(tǒng)客戶端的智能移動終端錄入并遠程無線傳送現(xiàn)場巡線信息以代替現(xiàn)有人工記錄，人工傳送的傳統(tǒng)方式。開發(fā)后臺的巡線管理系統(tǒng)，將智能終端和管理系統(tǒng)的計算機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)現(xiàn)場巡視信息的計算機化管理，使管理人員可以第一時間獲取現(xiàn)場巡檢信息，并可以根據(jù)巡檢情況，立即做出分析和處理。并通過GPRS 對終端實時下達處理命令，使設(shè)備的一般缺陷及時得到處理，及時消除電力線路存在的危險隱患。通過采用 GPRS 實現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)的無線實時傳送，使每一位巡檢工作人員都能與一位缺陷管理人員共同巡檢。

②能夠支持電力線路的附屬設(shè)備的定義和巡檢，設(shè)備巡檢項目能夠自定義。使本系統(tǒng)可以針對不同地區(qū)的同類線路、設(shè)備根據(jù)需要制定不同的巡檢項目，使系統(tǒng)更具針對性，甚至對于天氣、地形地質(zhì)等參數(shù)也可以隨地區(qū)需要自行定義。

③系統(tǒng)使用靈活、操作界面友好、維護方便，易學(xué)易用。

1.2 巡檢系統(tǒng)總體功能模塊分析設(shè)計

移動巡檢系統(tǒng)的功能經(jīng)過仔細劃分，應(yīng)該包含以下幾個方面：

（1）確認用戶身份

用戶需要輸入登錄密碼來確認身份。

（2）下載用戶巡檢任務(wù)

根據(jù)用戶登錄系統(tǒng)的身份從服務(wù)器上下載用戶巡檢任務(wù)及相關(guān)資料。

（3）縮放地圖與設(shè)備

用戶可以方便地執(zhí)行圖形的放大、縮小、漫游等功能，也可以執(zhí)行全屏命令。若定位功能處于開啟狀態(tài)，則會自動顯示附近最近的桿塔（或其他線路設(shè)備，依情況而定）的基本信息和前次的巡檢結(jié)果，充分滿足用戶了解地形的全局輪廓與局部細節(jié)等需求。系統(tǒng)根據(jù)當前地圖顯示比例，自動調(diào)節(jié)顯示內(nèi)容。

（4）分層顯示要素

不同地圖要素及設(shè)備、標注分層顯示，用戶可以根據(jù)需要重點顯示個別圖層，也可以關(guān)閉無關(guān)圖層提高顯示速度，系統(tǒng)通常分為地形地貌，地表建筑，電力設(shè)備（不包括線路），輸電線路，簡易天氣等多個圖層。

（5）查找定位地點與設(shè)備

用戶可以輸入查找條件，系統(tǒng)自動在地圖上定位地點或設(shè)備，例如：把查找條件設(shè)為地名，如果該地點存在，地圖就會把該點移到屏幕中央，并高亮顯示。

（6）查詢設(shè)備屬性

除了用戶到達設(shè)備附近時會提示顯示設(shè)備的詳細信息以外，用戶也可以通過查詢的方式查看的設(shè)備詳細屬性。

（7）定位巡檢任務(wù)

定位本次巡檢任務(wù)的具體位置（包括起始點和具體的前進路線）并居中顯示，然后完成設(shè)備信息數(shù)據(jù)采集，另外如有特殊情況而導(dǎo)致實際路線和預(yù)定路線不同時，也會如實記錄。

（8）GPS 巡視導(dǎo)航功能

隨時記錄經(jīng)緯度位置信息與時間信息，另外在某部分巡檢任務(wù)完成時，在提交的報告中也會顯示當時的坐標與時間。在背景地圖上顯示用戶當前所在位置，為巡視人員行車、行走提供指導(dǎo)。

（9）到位監(jiān)督

利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，確認用戶是否巡視到位，系統(tǒng)會自動完成巡檢到位記錄；若巡視人員未在規(guī)定時間內(nèi)到達巡視點，則系統(tǒng)會向該巡視人員登陸的客戶端發(fā)送信息提醒，若多次提醒無效，則自動歸為巡檢不利。

（10）填寫巡視記錄與缺陷記錄

根據(jù)巡視任務(wù)的不同，可分別填寫巡視記錄，包括***kV線路巡視記錄表、架空輸電線路狀態(tài)評估評分表、輸電線路狀態(tài)運行周期一覽表、***電力局***年度***月輸電線路設(shè)備狀態(tài)正常巡視實施計劃表等。

當巡視過程中發(fā)現(xiàn)缺陷的時候，可填寫缺陷記錄，缺陷記錄會以選擇的形式，同時也支持用戶自定義缺陷形式；另外也支持通過備注補充的形式詳細描述缺陷情況。系統(tǒng)會根據(jù)定義的標準對該處設(shè)備（通常以某基桿塔為單位）對線路運行情況進行評估評分，并會在下次巡檢時顯示本次的評分情況；若為一般缺陷，系統(tǒng)會給予基于運行規(guī)程的消缺建議（通常由管理人員與有經(jīng)驗的巡視人員給出）。若是重大或緊急缺陷，系統(tǒng)會立刻反饋給檢修部門，并及時定制消缺計劃，在得到檢修部門許可后，及時下達消缺任務(wù)。

（11）數(shù)據(jù)上傳

每一基桿塔巡視完畢后，移動設(shè)備終端都會將巡視記錄、缺陷記錄、GPS 坐標信息以及時間上傳回服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。

2 智能巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與功能

2.1 數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)

缺陷數(shù)據(jù)庫主要有四部分組成，包括缺陷的位置、類型、缺陷程度以及缺陷對應(yīng)的規(guī)程部分，為了方便查詢，將缺陷分成這樣四個部分，雖然每部分都對應(yīng)于不同的功能，但是目的都是為了能夠更快更有效地鎖定實際缺陷。

位置：依據(jù)運行規(guī)程的描述以及線路運行的多年經(jīng)驗，從位置部分分析將缺陷分成兩大部分，分別是設(shè)備本體和附屬設(shè)施，以幫助巡檢人員做出基礎(chǔ)判斷。

接下來將設(shè)備本體缺陷位置細化，歸出常見的六部分，基本涵蓋了所有常見的線路缺陷發(fā)生位置，另外對附屬設(shè)施的缺陷位置也進行了分類，依據(jù)安裝的設(shè)施或者周邊的情況不同也歸成多個類別。

在第二層位置分類的基礎(chǔ)上，本數(shù)據(jù)庫還進行了第三第四次細化（視缺陷情況而定），通常依據(jù)線路具體具有的設(shè)備情況來進行細化。

規(guī)程：本數(shù)據(jù)庫的規(guī)程部分采用的是DL/T 741-2010架空輸電線路運行規(guī)程，根據(jù)位置的分類將規(guī)程的內(nèi)容一一與之對應(yīng)，而擺脫原有的記錄形式，使得查詢對照更加方便有效，能使檢修人員可以快速給出基于規(guī)程的消除缺陷建議。另外，根據(jù)所用地域的不同，適合自定義添加缺陷的規(guī)則，能夠讓該數(shù)據(jù)庫適應(yīng)更大的使用范圍。

類型：同樣基于位置對缺陷的可能類型進行分類，通常有異常、破壞、腐蝕等幾大類，采用與位置部分相同的原則，從粗到細，先分出各處的基本類型，然后再在缺陷詳細中進行細化的分類描述，一期能夠快速鎖定缺陷，第一時間得出消缺計劃，提高巡檢和消缺的效率。

缺陷程度：依據(jù)原有的線路巡視經(jīng)驗和規(guī)程，將缺陷程度分為四大類，分別是一般隱患、一般缺陷、重大缺陷、緊急缺陷，前兩類歸為巡檢人員可在數(shù)據(jù)庫及系統(tǒng)指導(dǎo)下完成消缺的，而后兩類則屬于無法直接消缺，需要專業(yè)的消缺小組完成消缺任務(wù)的。

缺陷程度分類基于部分規(guī)程以及多年消缺經(jīng)驗，所以在不同區(qū)域可能情況會有所不同，在這一地區(qū)是正確的分類在別的地區(qū)可能就存在問題了，所以本數(shù)據(jù)庫也支持用戶自定義數(shù)據(jù)并上傳新的程度分類，以適應(yīng)各地不同的情況。

2.2 數(shù)據(jù)庫的功能模塊

①用戶登錄

為確保數(shù)據(jù)庫安全，用戶在使用數(shù)據(jù)庫查詢前，必須先登錄數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫將根據(jù)用戶的注冊信息判斷當前用戶是否有權(quán)限進入，通常分為巡檢人員、系統(tǒng)管理人員、數(shù)據(jù)庫管理人員和其他人員，同時也基于用戶信息確定該用戶權(quán)限，提供相應(yīng)的查詢等服務(wù)。

智能終端登錄時，數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)一樣，也會檢查用戶是否具有攜帶移動設(shè)備外出巡檢的權(quán)限。

②查詢功能模塊

作為數(shù)據(jù)庫最重要也是最全面的功能，本數(shù)據(jù)庫支持多種查詢模式，用戶可以通過手動翻頁，缺陷編號查詢，缺陷位置查詢，缺陷描述查詢，缺陷程度查詢等多種形式的對在庫的缺陷類型進行查詢，同時還會對具體的缺陷類型定期進行內(nèi)容添加，包括該類型缺陷發(fā)生的時間，桿塔（或其他設(shè)備）號，以及發(fā)現(xiàn)人員及對應(yīng)的處理情況，都會記錄在庫，幫助事后判斷處理結(jié)果的好壞以及制定合理有效的預(yù)防措施。

③自定義功能模塊

鑒于本數(shù)據(jù)庫在建立時考慮的方面不可能做到非常全面，基于的規(guī)程等也十分有限，所以非常有必要設(shè)計成可以內(nèi)容可自定義的形式，用戶可以根據(jù)自身所在環(huán)境的情況，對數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容形式進行修改，添加等命令，甚至在規(guī)程部分也可以加入自己所處省份的相關(guān)線路規(guī)程，以使數(shù)據(jù)庫更加貼近實際，更能發(fā)揮其作用。

④自填表功能模塊

本數(shù)據(jù)庫內(nèi)可存包括線路狀態(tài)巡視周期審批、線路狀態(tài)巡視周期計劃、線路狀態(tài)月巡視實施計劃、線路狀態(tài)評估評分等多種表類型，同樣支持自定義修改以及添加新的表格新式。例如，在巡視人員完成巡視任務(wù)并提交各個部分線路的報告后，數(shù)據(jù)庫可將其整合成為全表以節(jié)省巡視任務(wù)的時間。其他情況下，數(shù)據(jù)庫也可以提供很多相應(yīng)的表格填寫功能以供使用。

⑤參數(shù)自賦值功能

數(shù)據(jù)庫也能夠和衛(wèi)星定位系統(tǒng)配合使用，在系統(tǒng)提供的地圖上標注有數(shù)據(jù)庫提供的線路參數(shù)，在巡檢人員到達某基桿塔時，系統(tǒng)會通過數(shù)據(jù)庫自動同步桿塔的相關(guān)數(shù)據(jù)，顯示在終端的已有的模板中，包括電壓等級，線路回數(shù)，所在地區(qū)氣象土壤等條件，這些都可以在數(shù)據(jù)庫中進行預(yù)設(shè)添加，以作為巡檢人員分析線路缺陷情況以及程度等的參考。

⑥線路基礎(chǔ)單元評分功能模塊

在巡檢人員完成某線路基礎(chǔ)單元的巡檢任務(wù)并提交報告后，會根據(jù)數(shù)據(jù)庫中已有的評分機制對其進行評分，并記錄在案，在完成全部巡檢任務(wù)后，會由數(shù)據(jù)庫進行匯總，完成線路的總體評分，上傳到巡檢系統(tǒng)中，并會在下一次的巡檢時和巡檢任務(wù)一起下達，然后巡檢人員在執(zhí)行巡檢任務(wù)時能夠依據(jù)上一次的巡檢結(jié)果，做到有的放矢，重點查看前一次缺陷的部分，從而有效提高巡檢效率。

⑦缺陷編號功能模塊

數(shù)據(jù)庫會對已有或者添加入庫的缺陷類型進行編號（通常依據(jù)其所在的位置順序進行編號），將缺陷類型分為多個大類，通過字母加數(shù)字的形式進行編號，方便管理人員在工作時可以依據(jù)編號進行快速查詢，提高了添加和修改等自定義行為的速度，提高數(shù)據(jù)庫管理人員的工作效率。

⑧缺陷歷史查詢

數(shù)據(jù)庫存有已有過缺陷的桿塔（已消缺）的記錄，尤其是運行年限比較久的，常常出現(xiàn)不止一次地缺陷的情況，所以可以通過缺陷歷史查詢的方式來了解缺陷情況比較嚴重的線路運行情況，以制定合理的預(yù)防措施；巡檢人員在巡檢時也可查詢巡檢線路的缺陷歷史（此處指除自動顯示的上次巡線的歷史之外的部分），以分析缺陷的實際情況或是否又出現(xiàn)等。

⑨缺陷聯(lián)想功能模塊

作為智能終端內(nèi)數(shù)據(jù)庫的功能，缺陷聯(lián)想功能會在巡檢人員選擇缺陷類型的時候出現(xiàn)，通過該基桿塔的缺陷歷史（主要是基于前一次的缺陷情況），為巡檢人員提供該桿塔原缺陷相關(guān)的缺陷類型，缺陷的聯(lián)想會從原缺陷，原缺陷的附近位置的缺陷，或是類似類型的缺陷等方面提供聯(lián)想，旨在巡檢人員能夠快速確定具體的缺陷類型。

⑩巡檢結(jié)果記錄及反饋功能

數(shù)據(jù)庫會將巡檢人員的巡檢報告分別保存，然后將其整合成完整的巡檢報告及時上傳給巡檢系統(tǒng)。

3 結(jié)語

研究表明，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對電力線路的遠程無線數(shù)據(jù)傳送和管理，并能夠為巡檢計劃的制訂提供計算機輔助決策，通過數(shù)據(jù)庫的各項功能提高了巡檢人員的效率，達到了系統(tǒng)設(shè)計的目的。通過使用移動設(shè)備的GPRS無線據(jù)傳輸方式和逐層分類缺陷數(shù)據(jù)庫，使電力巡檢工作由“傳統(tǒng)人工”向“移動信息”過渡。可使線路巡檢的工作效率有明顯的提高，盡可能地降低電力線路的故障率，保證電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)的連續(xù)運行，最終實現(xiàn)電力線路巡檢的電子化、智能化和信息化管理。

[1]紀建偉.電力系統(tǒng)分析.中國水利水電出版社,2002.

[2]陳剛.電力線路巡檢管理系統(tǒng)的研究.[碩士學(xué)位論文].貴州:貴州大學(xué),2006.

[3]章紅軍.輸電線路智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究.[碩士學(xué)位論文].江蘇:南京航空航天大學(xué),2011.

[4]于彬.電力移動巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).[碩士學(xué)位論文].北京：中國地質(zhì)大學(xué),2008.

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