電力線路智能巡檢系統研究

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 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備（如架空線路、桿塔等）運行情況，及時發現電力設備存在的隱患或缺陷并詳細記錄，作為后續線路檢修工作的依據。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,區域廣,所在地域地形錯綜復雜等)、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、責任心等;3)巡檢任務和技術因素:基礎資料繁瑣、業務量大、管理比較分散、考察困難、維護人員文化素質偏低等。

目前，為了適應配電網結構日趨復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迅速發展。移動巡檢技術基于移動平臺，使用PDA和GPS衛星接收器，結合GIS系統，滿足工程管理人員現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場進行工作計劃查詢、設備信息和地理信息的查詢，記錄配電網設備信息、記錄缺陷情況、記錄巡檢到位情況等[4]。

電力系統中常見的巡檢管理系統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用

3）基于 PDA 和 GPS 的巡檢應

4）基于機器人的自動化巡檢方式

5）基于 RFID 識別技術的巡檢應用

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總體設計

1.1 巡檢系統的系統目標

本系統在現有電力線路巡檢系統的基礎上引入無線 GPRS 通信技術、衛星的定位技術以及GIS的路徑決策機制，擬使本系統達到以下巡檢目標：

①通過采用先進的信息儀器設備提高巡線系統管理水平，用帶有 GPRS 無線通信技術并安裝有巡線系統客戶端的智能移動終端錄入并遠程無線傳送現場巡線信息以代替現有人工記錄，人工傳送的傳統方式。開發后臺的巡線管理系統，將智能終端和管理系統的計算機聯網，實現現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場巡檢信息，并可以根據巡檢情況，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 實現巡檢數據的無線實時傳送，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備的定義和巡檢，設備巡檢項目能夠自定義。使本系統可以針對不同地區的同類線路、設備根據需要制定不同的巡檢項目，使系統更具針對性，甚至對于天氣、地形地質等參數也可以隨地區需要自行定義。

③系統使用靈活、操作界面友好、維護方便，易學易用。

1.2 巡檢系統總體功能模塊分析設計

移動巡檢系統的功能經過仔細劃分，應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

根據用戶登錄系統的身份從服務器上下載用戶巡檢任務及相關資料。

（3）縮放地圖與設備

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

（4）分層顯示要素

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

（5）查找定位地點與設備

用戶可以輸入查找條件，系統自動在地圖上定位地點或設備，例如：把查找條件設為地名，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）查詢設備屬性

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

（7）定位巡檢任務

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

（8）GPS 巡視導航功能

隨時記錄經緯度位置信息與時間信息，另外在某部分巡檢任務完成時，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。

（9）到位監督

利用衛星導航系統，確認用戶是否巡視到位，系統會自動完成巡檢到位記錄；若巡視人員未在規定時間內到達巡視點，則系統會向該巡視人員登陸的客戶端發送信息提醒，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

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

當巡視過程中發現缺陷的時候，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。系統會根據定義的標準對該處設備（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，系統會給予基于運行規程的消缺建議（通常由管理人員與有經驗的巡視人員給出）。若是重大或緊急缺陷，系統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。

（11）數據上傳

每一基桿塔巡視完畢后，移動設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器數據庫。

2 智能巡檢系統數據庫的設計與功能

2.1 數據庫的結構

缺陷數據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的規程部分，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：依據運行規程的描述以及線路運行的多年經驗，從位置部分分析將缺陷分成兩大部分，分別是設備本體和附屬設施，以幫助巡檢人員做出基礎判斷。

接下來將設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生位置，另外對附屬設施的缺陷位置也進行了分類，依據安裝的設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上，本數據庫還進行了第三第四次細化（視缺陷情況而定），通常依據線路具體具有的設備情況來進行細化。

規程：本數據庫的規程部分采用的是DL/T 741-2010架空輸電線路運行規程，根據位置的分類將規程的內容一一與之對應，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程的消除缺陷建議。另外，根據所用地域的不同，適合自定義添加缺陷的規則，能夠讓該數據庫適應更大的使用范圍。

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：依據原有的線路巡視經驗和規程，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據庫及系統指導下完成消缺的，而后兩類則屬于無法直接消缺，需要專業的消缺小組完成消缺任務的。

缺陷程度分類基于部分規程以及多年消缺經驗，所以在不同區域可能情況會有所不同，在這一地區是正確的分類在別的地區可能就存在問題了，所以本數據庫也支持用戶自定義數據并上傳新的程度分類，以適應各地不同的情況。

2.2 數據庫的功能模塊

①用戶登錄

為確保數據庫安全，用戶在使用數據庫查詢前，必須先登錄數據庫。數據庫將根據用戶的注冊信息判斷當前用戶是否有權限進入，通常分為巡檢人員、系統管理人員、數據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限，提供相應的查詢等服務。

智能終端登錄時，數據庫和系統一樣，也會檢查用戶是否具有攜帶移動設備外出巡檢的權限。

②查詢功能模塊

作為數據庫最重要也是最全面的功能，本數據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容添加，包括該類型缺陷發生的時間，桿塔（或其他設備）號，以及發現人員及對應的處理情況，都會記錄在庫，幫助事后判斷處理結果的好壞以及制定合理有效的預防措施。

③自定義功能模塊

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

④自填表功能模塊

本數據庫內可存包括線路狀態巡視周期審批、線路狀態巡視周期計劃、線路狀態月巡視實施計劃、線路狀態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并提交各個部分線路的報告后，數據庫可將其整合成為全表以節省巡視任務的時間。其他情況下，數據庫也可以提供很多相應的表格填寫功能以供使用。

⑤參數自賦值功能

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

⑥線路基礎單元評分功能模塊

在巡檢人員完成某線路基礎單元的巡檢任務并提交報告后，會根據數據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后，會由數據庫進行匯總，完成線路的總體評分，上傳到巡檢系統中，并會在下一次的巡檢時和巡檢任務一起下達，然后巡檢人員在執行巡檢任務時能夠依據上一次的巡檢結果，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

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

⑧缺陷歷史查詢

數據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等。

⑨缺陷聯想功能模塊

作為智能終端內數據庫的功能，缺陷聯想功能會在巡檢人員選擇缺陷類型的時候出現，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的缺陷類型，缺陷的聯想會從原缺陷，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想，旨在巡檢人員能夠快速確定具體的缺陷類型。

⑩巡檢結果記錄及反饋功能

數據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。

3 結語

研究表明，本系統能夠實現對電力線路的遠程無線數據傳送和管理，并能夠為巡檢計劃的制訂提供計算機輔助決策，通過數據庫的各項功能提高了巡檢人員的效率，達到了系統設計的目的。通過使用移動設備的GPRS無線據傳輸方式和逐層分類缺陷數據庫，使電力巡檢工作由“傳統人工”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，保證電力系統安全、可靠、優質的連續運行，最終實現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的研究.[碩士學位論文].貴州:貴州大學,2006.

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

[4]于彬.電力移動巡檢系統的設計與實現.[碩士學位論文].北京：中國地質大學,2008.

[5]薛旭艷，張鵬，田奕豐等.基于 3S 技術的管道巡檢系統.管道技術與設備，2009(1):25～28.

[6]王魯單,王洪光,房立金等.一種輸電線路巡檢機器人控制系統的設計與實現.機器人,2007,29(1):7～11.

[7]馮海文,付博文,邵中等.一種基于RFID 的安全巡檢模型.沈陽工業大學學報,2009,31(4):462～465.