输电线路智能巡检系统的设计研究

输电线路智能巡检系统的设计研究

刘谦

内蒙古电力集团有限责任公司内蒙古超高压供电局 内蒙古 呼和浩特市 010020

摘要:输电线路巡检是保障输电线路安全的关键。输电线路是电力系统的重要组成部分，确保其安全稳定运行是供电企业的一项基本工作。线路运行管理是有效保证输电线路及其设备安全的一项基础工作。随着智能电网技术的发展，传统的输电线路运行管理方法已很难满足电网发展的要求。

关键词：输电线路；巡检系统：设计研究

高压架空输电线路是电力系统的重要组成部分，是电能传输的重要通道。近年来，随着电网建设的快速发展，电网规模日益扩大，输电线路里程也快速增长。大部分输电线路走廊分布在郊区旷野，受恶劣天气、山坡地理条件等客观自然条件的影响较大，其运行可靠性直接影响了电网的稳定运行。因此，有必要适时进行输电线路巡视，及时发现威胁线路安全的线路缺陷，为输电线路的状态检修提供基础支撑。

一、系统构建原则

输电线路智能巡检系统按照如下原则进行设计开发：

1. 可靠性：系统从硬件和软件两个方面考虑系统的可靠性，其中硬件方面包括计算机、ＰＤＡ、网络设备、电源、连接设备等硬件本身运行的稳定性和可靠性以及它们连接在一起构成一个系统时的运行稳定性和可靠性；软件方面包括操作系统的可靠性、数据库系统可靠性及应用软件的安全可靠性。

2. 先进性：系统建设过程中充分考虑现有需求未来应用发展趋势具有较大的先进性．本系统通过ＧＩＳ地图技术使巡检管理与设备管理相统一，对设备运行状况、缺陷情况作充分的了解和评估，使巡检现场作业得到规范化和有效监控，实现了数据的全面信息化传递与处理。

3. 扩展性：为适应未来发展趋势，最大限度降低投资风险，同时满足各种外系统的接入和将来网络发展带宽的需求．在系统的设计和建设过程中，充分考虑与电力部门其他系统的相互协调，预留足够的接口，避免“技术孤岛”、“数字鸿沟”现象，充分发挥系统建设的效益。

4. 兼容性：设计所采用的技术和协议符合国际标准化组织及相关专业制订的标准，从而保证各厂家软硬件设施的互联互通。

2. 关键功能模型

1.野外路径。导航由于输电线路巡检环境比较偏僻,通常郊区和山区较多,目前市面上的地图提供的路径导航功能对象主要是城市内的主干线路,野外输电线路所在区域的路径导航功能还没有完全覆盖。为实现输电线路巡检野外导航功能,基于百度地图二次开发针对性的导航应用,通过获取输电线路区域的线路和杆塔等对象的地理数据信息,将其存入本地数据库中。对起始点定位1 0次以上,取多次定位。以平均值作为第一个点,并以第一个定位点作为基点进行轨迹描绘,如果接下来的定位点与上一次的定位点偏差较大,则不进行轨迹描绘。对每一次的定位进行多次调整和优化,最终把最优路线保存在本地数据库中,以供后续的输电杆塔巡检路径导航使用。

2.图形化巡视。对杆塔进行分类,制成各类杆塔的准确模型图片,将模型图片中杆塔的主要元件设置为热点模块,并建立对应的缺陷库。在巡检过程中根据选定的杆塔类型显示此类杆塔的标准图形,点击主要部件,显示对应的缺陷库。只需点选该部件发生的缺陷状况,而不需要手动输入即可完成相应的巡检。

3.巡检路径规划。传统输电线巡检路径规划多取决于领导意志,由有经验的巡检员制定巡检路径。这种依靠经验的方式存在很强的主观性,缺乏科学性,并且无法预判杆塔受到的风险因素。本系统采用数据挖掘技术和群智能优化算法,以杆塔发生风险概率和巡检时间为目标建立杆塔的风险模型和路径规划模型。通过对输电线巡检路径进行科学规划,大大提高巡检效率。（1）风险模型。输电杆塔风险概率是规划输电线路巡检路径目标函数的参考指标,也是判断杆塔运行状态的一项重要数据。通过数据挖掘技术收集影响杆塔运行状态的因素以及对应数据,并对数据进行预处理,建立杆塔的风险模型并计算影响杆塔运行状态的相应因素的条件概率。对每个能够影响杆塔发生风险的因素用B 1~B 9表示,P为决策属性,表示杆塔的运行状态,初始决策系数表见表1。

表 1 初始决策系数表

通过对表1中的影响因子的风险系数进行量化处理,采用数据挖掘算法对数据进行计算,搭建杆塔发生风险的概率模型。由贝叶斯网络计算杆塔风险运行影响因素之间的信息,生成以I p(B i;B j|B)(i,j=1,2,…,n)为弧的权重加权无向图的网络模型,如图6所示。通过该网络模型计算得出初始决策表中每个属性的条件概率,并通过概率计算得到杆塔的风险运行概率。（2）路径优化。输电线路巡视路径模型是通过设定目标最优值使其达到最科学的巡视路径,通常目标设为巡检时间最短。本文在该基础上考虑到部分杆塔位于山区、河谷,在巡检过程中可能需要长距离绕行,这势必会给巡检员带来大量的体力消耗。为此,结合杆塔之间的空间距离和杆塔巡检平均耗时建立巡检时间目标函数。同时,在巡检时间的基础上加入了杆塔风险概率作为路径优化的考虑因素。设巡检区域中有N个杆塔,由目标函数求出任意两个杆塔之间的巡检时间以及各杆塔的运行风险概率,同时要求每条巡视路径满足:要求区域巡检时间最短;所有杆塔不重复进行巡检;在一定情况下优先巡检风险较高的杆塔。则杆塔的时间目标函数

T i,i+1=t i,i+1×d i,i+1.

式中:T i,i+1为一条巡检路径中两个相邻杆塔之间巡检时间目标值;t i,i+1、d i,i+1分别为第i个杆塔到i+1个杆塔的平均巡检时间和空间距离。输电线路巡检路径优化问题中同时考虑杆塔的巡检时间和杆塔风险概率,综合目标函数

式中:F ij为路径优化目标函数;D为未巡检杆塔数;P i、P i+1分别为杆塔i和i+1的风险概率;α、β为目标权系数。为了迅速有效地完成巡检任务,在优化巡检路径过程中尽量保证优先检查杆塔运行风险可能性较高的输电线路杆塔,同时保证巡检花费时间最少。考虑以上两点,采用群智能优化算法优化两个目标。

2. 系统实现

该系统采用JDK1 0的java开发巡检管理平台和数据通信接口,利用Eclipse平

台搭建Android开发环境开发移动作业平台,系统的运行环境为安卓系统。

1. 工作任务管理模块。工作任务管理模块是对巡检员的巡检作业进行指导和管理的模块。巡检员通过该模块从管理平台下载巡检任务,包括:工作任务、工作地点、工作时间、工作表单、注意事项等。在巡检员执行任务时,打开巡视作业指导书,其中包括基本信息、作业准备、作业风险、作业过程和作业终结5个部分。

2. 路径导航模块应用。定位轨迹算法对杆塔巡检轨迹进行优化并保存在本地地图中,在执行巡检任务时巡检员按照此线路进行野外杆塔巡检作业。将系统中该功能模块在某山区进行模拟应用。优化后的线路轨迹说明该系统功能可以为巡检员提供很好的野外路径导航。

3. 图形化巡视模块。结合图形化操作界面、缺陷智能分析以及状态评估数据,进行智能巡检,利用热点部署算法在图片部件显示对应部件说明、标准缺陷库以及历史缺陷等参考信息,使系统具有一键式巡视功能。当巡检时没有发现异常,点击一下无异常按键就能完成巡视,若有异常,则点击图形对应的缺陷部件和缺陷库对应的缺陷类型即可。应用图形化巡视进行巡检能够减少巡检过程中杆塔信息和缺陷录入所消耗的时间,大大提高了巡检员巡检效率。

4. 缺陷管理模块。建立线路部件对象的缺陷库模型。在巡检时,通过缺陷管理模块对巡检过程中发现的缺陷进行缺陷填报、缺陷上传,并且该系统同时提供查看历史缺陷信息的功能。填报缺陷信息包括:设备名称、发现时间、缺陷类别、缺陷表象描述、严重等级以及缺陷现场照片等。当发现杆塔部件缺陷时,只需要在图形中点击对应缺陷杆塔的部件,根据对应该部件的缺陷库提示进行缺陷信息选择,新增缺陷信息,利用缺陷库选择简化了巡检员填报缺陷时繁琐的操作,也规范了对缺陷信息的描述。

输电线路智能巡检系统的建设秉承立足现在、着眼未来的基本原则，既充分考虑目前线路运行管理的基本需求，又兼顾未来我国建设坚强智能电网的发展趋势．系统建成投运后将能够为输电线路运行管理提供极大的便利，有效满足线路巡检工作电子化、信息化、智能化的要求。

参考文献：

[1]章建.输电线路智能视频监控系统研究[D].南京：南京航空航天大学，2018.

[2]石浩.输电线路巡视与检修管理系统研究[D].南京：南京航空航天大学，2018.