GNSS電力線路巡檢與現場故障診斷系統的設計

【摘要】針對傳統線路巡檢配備的產品安裝復雜，長期暴露在野外，容易遭到損壞，不便于有效的管理等問題，文章設計了GNSS線路巡檢與故障診斷系統。介紹了該系統的特點、設計原則，詳細說明了系統軟件和嵌入式軟件的功能，最后提出開發和利用移動用戶端設備也具有廣闊的發展前景。

【關鍵詞】GNSS；電力；巡檢；系統

1.引言

線路巡檢管理是有效保證輸配（變）電線路及其設備安全的一項基礎工作。通過巡視檢查來掌握線路運行狀況及周圍環境的變化，發現設備缺陷和危機線路安全的隱患，提出具體的檢修內容，以便及時消除缺陷，預防事故發生，或將故障限制在最小范圍，保證輸配（變）電線路的安全和電力系統穩定，達到電力系統“安全、經濟、多供、少損”的運行目標。

傳統線路巡檢普遍采用的是人工巡視、手工紙介質記錄的工作方式，該方式存在著人為因素多、管理成本高、無法監督巡檢人員工作狀態等缺陷。為了保證線路巡檢順利進行，減少不必要的經濟損失，改革傳統落后巡檢方式的呼聲越來越高。為此，利用信息鈕、信息螺栓和條形碼等較為先進的自動識別技術進行計算機管理，盡可能杜絕人為因素的影響，使即時、定性、定量、客觀地考核巡檢人員的工作成為可能。然而，上述產品安裝復雜，而且長期暴露在野外，容易遭到損壞，不便于有效的管理。另外，填寫缺陷票仍舊由巡檢人員現場手工完成，費時、費力且缺陷票填寫內容不規范，使得線路缺陷匯總分析的工作量沒有實質性的減少，從而影響了線路巡檢管理效率的進一步提高。針對上述問題，我們設計了GNSS線路巡檢與故障診斷系統，保證了線路和設備的正?？煽窟\行。

2.系統特點

（1）線路資料信息齊全，操作簡單，使用方便。

（2）可實現米級或亞米級定位，精度高，可真正有效地解決人工尋仙的到位問題。

（3）采用開放式操作系統設計，可與其他系統共享信息資源。

（4）通過用戶及操作權限的管理，確保系統的數據安全。

（5）實時采集巡線到位信息，檢查巡線到位情況。

（6）對線路和桿塔進行規范化的集中管理。

（7）使用方便，不需要額外的安裝和維護費用。

（8）內置導航電子地圖或衛星遙感影像圖以及電力線專題圖，直觀反映線路的狀況，修改、維護非常方便。

（9）良好的擴展升級功能，保持良好的系統兼容性和擴容性。

（10）實現電子化、信息化、智能化線路巡檢，實現數字化管理。

3.系統設計原則

先進性：系統基于先進的硬件架構和軟件平臺，創造性地集成了當今全球衛星導航定位系統、遙感，地理信息系統，計算機，網絡通信和嵌入式技術，最大限度地保證了系統的整體先進性。

可靠性：系統硬件采用IP67和IP45的三防工業級設計，符合認證標準，滿足野外惡劣工作環境下長時間穩定可靠運行的要求；在系統軟件設計中充分考慮信息安全、用戶接口管理等相關技術，保證系統具有超強容錯性和長期穩定性。

開放性：系統基于開放式的系統結構和標準化的設計模式，系統的網絡協議、數據庫操作、產品的集成和開發工具都遵循業界主流標準，確保與現有MIS和其他電力自動化系統的平滑過渡和無縫連接，充分體現系統全面的開放性。

擴展性：系統硬件工作方式多樣，既有以數據采集為主要功能的GNSS/GIS數據采集器，也有以空間信息分析為主的移動GNSS/GIS平臺手持設備，功能配置靈活；模塊化和層次化的軟件模式使系統可方便地進行升級和外部擴展，不斷滿足用戶的個性化需求。

易用性：基于人性化的圖形操作界面，簡潔、友好、直觀，用戶易學易用。

4.系統軟件和嵌入式軟件功能

按照模塊化的軟件設計原則，覆蓋供電生產管理各個方面。可按照其各自支撐業務的類別劃分為幾組，包括AM/FM/GIS基本功能、檢修維護類業務功能、調度運行類業務功能和其他業務功能。

4.1 AM/FM/GIS基本功能

（1）圖形瀏覽功能

該功能包括漫游、放縮、旋轉、移動等；分層管理和顯示不同類別的圖形信息，能夠靈活設置并保存各圖層的顯示控制參數；支持線路名稱、村鎮、導線型號等信息的動態顯示；沿路跟蹤功能，可沿道路、線路路徑自動瀏覽，追查有關信息。

（2）電網編輯建模

提供豐富完備、專用定制的編輯建模工具，可方便地建立變電站、開閉所、配電室、電桿、電纜、高壓用戶、低壓臺區等各種電網設備設施的圖形和拓撲?？焖黉浫敫鞣N設備設施的資料臺賬，并建立屬性資料與圖形拓撲之間的關聯關系。此外，還提供多種自動錄入工具，數據一致性檢查工具及線路變更處理工具等。

（3）電網基本分析

在“數字電網模型”上分析既定運行方式下的通電和停電區域，能夠查找線路的電源起點并計算線路的供電范圍及半徑，能夠對各線路分別采用不同顏色進行著色、清晰觀察各線路的分布及連接情況。

（4）專題圖生成

依據“數字電網模型”中記錄的完整電網信息，自動生成多種關注側重點不同的專題圖：網絡圖、饋線接線圖、電源圖等。支持對各種裝題圖出圖規則的用戶定制，并能夠對生成的專題圖進行自動規整美化。此外，還提供各種專題圖的編輯、調整、修飾工具。

4.2 巡檢維護類業務功能

（1）報修故障定位分析

依據故障報修點所在地理區域，快速查詢為其供電的線路分支，并能夠通過對多個在同一時段內報修并且地理位置臨近的報修點進行綜合供電拓撲分析、推斷引發共同故障的設備或線路段。在推斷過程中，還能夠查詢嫌疑故障設備或線路的歷史故障記錄，為分析決策提供參考。

（2）設備檢修管理

對電網設備設施的大修、小修、臨修進行管理。能夠支持各種檢修計劃的制定、審批及發布，能夠按設定檢修規則篩選需要檢修的設備，還能夠管理各種檢修記錄、查詢設備的歷史檢修情況等，統計設備的完好率、檢修率等。

（3）設備試驗管理

對各種電力設備設施的試驗記錄及報告進行管理，能夠按設備的試驗周期及試驗歷史記錄自動搜索需進行試驗的設備，以輔助試驗計劃的制定。此外，還支持對設備試驗記錄的智能分析，為進一步開展狀態檢修提供支持。

（4）設備評級管理

能夠對設備或線路評級時，快速查詢統計設備的基本參數及其在特定時間段內的檢修、試驗、缺陷等記錄。為評級決策提供全面準確的信息支持、能夠按特定規則對設備或線路進行自動智能初步評級，供評級決策參考。

4.3 調度運行類業務功能

（1）運行模擬

在“數字電網模型”上對線路開關、房內開關燈設備進行開合模擬操作，能夠依據開關開合狀態的變化，迅速自動重構網架，計算設備狀態改變后的電網運行情況，突出顯示受影響的區域。

（2）轉供電方案分析

在需停電檢修或在發生故障停電時，依據“數字電網模型”中記錄的電網拓撲結構以及線路的負荷情況，分析可行的裝供電方案。對于存在多個可行方案的情況，還能夠對各方案操作過程模擬，并對其他線路代供負荷的情況進行分析，協助用戶確定其中的最佳方案。

（3）實時信息管理

接入調度自動化和配網自動化系統采集的實時信息，并由調度人員及時地手工補充設置因自動化系統建設不全或尚未建設而采集不到的開關動作信息，維護一套基于地理背景的電網實時供電狀況。

（4）負荷分析及預測

接入負控系統中的用電負荷數據，在“數字電網模型”上進行負荷的網絡分析、區域負荷分析或線路分析、自動生成相應的負荷總和圖、密度圖等，還能夠依據用電負荷的歷史記錄，按多種數學模型對用電負荷進行短期和長期預測。

4.4 其他業務功能

（1）重要用戶管理

記錄和管理重要電力用戶的基本資料、地理位置及供電方式等信息，能夠依據停電計劃自動分析受到影響的重要用戶并為他們發送短信進行停電通知，并能夠輔助分析重要用戶的用電特征而為營銷決策提供幫助。

（2）用戶報修管理

在接到用戶報修電話后，通過用戶編碼查詢、村鎮查詢、路名查詢、重要建筑物查詢等多種方式迅速確定用戶報修的位置。進而，能夠依據用戶報修位置，結合計劃停電等信息進行停電綜合分析，迅速給出可能的故障點及故障原因，以便安排搶修工作。

5.業務與數據流程圖

6.展望

GNSS線路巡檢與故障診斷系統是利用衛星導航定位技術和地理信息系統技術，對廣域或區域電力線路和設備進行巡邏和檢查，保證了電力巡檢線路和設備的正?？煽窟\行。下一步可以開發移動端，如巡線員采用手持型GNSS設備，通過記錄航點和航跡的方式來保存巡線員的巡邏軌跡，GNSS手持機自動記錄巡檢任務的時間和空間位置，以作為檢驗工作有效性的依據。如果GNSS設備加載嵌入式GIS軟件，還能現場進行故障分析，這樣會大大減輕巡線人員的工作壓力。

參考文獻

[1]李鳳霞.C語言程序設計教程[M].北京理工大學出版社，2001（2）.

[2]譚述森.衛星導航定位工程[M].國防工業出版社，2010 （7）.

[3]許其風.我國成功發射導航定位衛星[J].測繪信息與工程，2001.

[4]葛榜軍，廖春發.衛星應用現狀與發展（上冊）：總裝備部衛星有效載荷及應用技術專業組應用技術分組[M].中國科學技術出版社，2001.

[5]吳志忠.移動通信無線電波傳播[M].人民郵電出版社，2002.

[6]Chakravarthy V，Nunez A S，Stephens J P，et al. TDCS，OFDM，and MC-CDMA：a brief tutorial[J].IEEE Radio Communications，2005，43（9）：11-16.