电力线路智能巡检系统研究

戴亮 张澄 张少成 李祥明 何菲 李胜华

1.泰州供电公司姜堰县域检修分公司，江苏省泰州市姜堰区 225500；2.泰州供电公司，江苏省泰州市 225300

输电线路巡视，是指巡视人员沿着工作票上指定的线路，详细地检查线路上的各种设备（如架空线路、杆塔等）运行情况，及时发现电力设备存在的隐患或缺陷并详细记录，作为后续线路检修工作的依据。输电线路巡视工作可分为定期巡视、特殊巡视、夜间巡视、故障巡视以及登杆巡视等[1,2]。

截止2010年，我国110kV及以上输电线路总长约为50万公里，居世界第二位[3]。自然地，对于这样一个覆盖面极广的电力设施来说，它的巡视与检修就会变成一项工作量与工作强度极大的工作，而其中三个主要因素,分别是：1)输电线路因素:地域特征(如跨度大,区域广,所在地域地形错综复杂等)、气候特征(如寒冷、燥热等)、线路繁琐;2)巡检人员因素:人员的身体素质、责任心等;3)巡检任务和技术因素:基础资料繁琐、业务量大、管理比较分散、考察困难、维护人员文化素质偏低等。

目前，为了适应配电网结构日趋复杂的趋势以及提高户外巡检人员工作效率，针对GIS的电力移动巡检技术迅速发展。移动巡检技术基于移动平台，使用PDA和GPS卫星接收器，结合GIS系统，满足工程管理人员现场进行巡检线路查询、计划变更、竣工资料录入；满足巡视检修人员现场进行工作计划查询、设备信息和地理信息的查询，记录配电网设备信息、记录缺陷情况、记录巡检到位情况等[4]。

电力系统中常见的巡检管理系统概括起来有如下五种[5-7]：

1）人工手写工作薄巡检

2）基于条码识别的巡检应用

3）基于 PDA 和 GPS 的巡检应

4）基于机器人的自动化巡检方式

5）基于 RFID 识别技术的巡检应用

除了上述常见的五种巡检方式以外，还有直升机巡检，视频巡检等方式。

1.电力线路智能巡检系统总体设计

1.1 巡检系统的系统目标

本系统在现有电力线路巡检系统的基础上引入无线 GPRS 通信技术、卫星的定位技术以及GIS的路径决策机制，拟使本系统达到以下巡检目标：

①通过采用先进的信息仪器设备提高巡线系统管理水平，用带有 GPRS 无线通信技术并安装有巡线系统客户端的智能移动终端录入并远程无线传送现场巡线信息以代替现有人工记录，人工传送的传统方式。开发后台的巡线管理系统，将智能终端和管理系统的计算机联网，实现现场巡视信息的计算机化管理，使管理人员可以第一时间获取现场巡检信息，并可以根据巡检情况，立即做出分析和处理。并通过GPRS 对终端实时下达处理命令，使设备的一般缺陷及时得到处理，及时消除电力线路存在的危险隐患。通过采用 GPRS 实现巡检数据的无线实时传送，使每一位巡检工作人员都能与一位缺陷管理人员共同巡检。

②能够支持电力线路的附属设备的定义和巡检，设备巡检项目能够自定义。使本系统可以针对不同地区的同类线路、设备根据需要制定不同的巡检项目，使系统更具针对性，甚至对于天气、地形地质等参数也可以随地区需要自行定义。

③系统使用灵活、操作界面友好、维护方便，易学易用。

1.2 巡检系统总体功能模块分析设计

移动巡检系统的功能经过仔细划分，应该包含以下几个方面：

（1）确认用户身份

用户需要输入登录密码来确认身份。

（2）下载用户巡检任务

根据用户登录系统的身份从服务器上下载用户巡检任务及相关资料。

（3）缩放地图与设备

用户可以方便地执行图形的放大、缩小、漫游等功能，也可以执行全屏命令。若定位功能处于开启状态，则会自动显示附近最近的杆塔（或其他线路设备，依情况而定）的基本信息和前次的巡检结果，充分满足用户了解地形的全局轮廓与局部细节等需求。系统根据当前地图显示比例，自动调节显示内容。

（4）分层显示要素

不同地图要素及设备、标注分层显示，用户可以根据需要重点显示个别图层，也可以关闭无关图层提高显示速度，系统通常分为地形地貌，地表建筑，电力设备（不包括线路），输电线路，简易天气等多个图层。

（5）查找定位地点与设备

用户可以输入查找条件，系统自动在地图上定位地点或设备，例如：把查找条件设为地名，如果该地点存在，地图就会把该点移到屏幕中央，并高亮显示。

（6）查询设备属性

除了用户到达设备附近时会提示显示设备的详细信息以外，用户也可以通过查询的方式查看的设备详细属性。

（7）定位巡检任务

定位本次巡检任务的具体位置（包括起始点和具体的前进路线）并居中显示，然后完成设备信息数据采集，另外如有特殊情况而导致实际路线和预定路线不同时，也会如实记录。

（8）GPS 巡视导航功能

随时记录经纬度位置信息与时间信息，另外在某部分巡检任务完成时，在提交的报告中也会显示当时的坐标与时间。在背景地图上显示用户当前所在位置，为巡视人员行车、行走提供指导。

（9）到位监督

利用卫星导航系统，确认用户是否巡视到位，系统会自动完成巡检到位记录；若巡视人员未在规定时间内到达巡视点，则系统会向该巡视人员登陆的客户端发送信息提醒，若多次提醒无效，则自动归为巡检不利。

（10）填写巡视记录与缺陷记录

根据巡视任务的不同，可分别填写巡视记录，包括***kV线路巡视记录表、架空输电线路状态评估评分表、输电线路状态运行周期一览表、***电力局***年度***月输电线路设备状态正常巡视实施计划表等。

当巡视过程中发现缺陷的时候，可填写缺陷记录，缺陷记录会以选择的形式，同时也支持用户自定义缺陷形式；另外也支持通过备注补充的形式详细描述缺陷情况。系统会根据定义的标准对该处设备（通常以某基杆塔为单位）对线路运行情况进行评估评分，并会在下次巡检时显示本次的评分情况；若为一般缺陷，系统会给予基于运行规程的消缺建议（通常由管理人员与有经验的巡视人员给出）。若是重大或紧急缺陷，系统会立刻反馈给检修部门，并及时定制消缺计划，在得到检修部门许可后，及时下达消缺任务。

（11）数据上传

每一基杆塔巡视完毕后，移动设备终端都会将巡视记录、缺陷记录、GPS 坐标信息以及时间上传回服务器数据库。

2 智能巡检系统数据库的设计与功能

2.1 数据库的结构

缺陷数据库主要有四部分组成，包括缺陷的位置、类型、缺陷程度以及缺陷对应的规程部分，为了方便查询，将缺陷分成这样四个部分，虽然每部分都对应于不同的功能，但是目的都是为了能够更快更有效地锁定实际缺陷。

位置：依据运行规程的描述以及线路运行的多年经验，从位置部分分析将缺陷分成两大部分，分别是设备本体和附属设施，以帮助巡检人员做出基础判断。

接下来将设备本体缺陷位置细化，归出常见的六部分，基本涵盖了所有常见的线路缺陷发生位置，另外对附属设施的缺陷位置也进行了分类，依据安装的设施或者周边的情况不同也归成多个类别。

在第二层位置分类的基础上，本数据库还进行了第三第四次细化（视缺陷情况而定），通常依据线路具体具有的设备情况来进行细化。

规程：本数据库的规程部分采用的是DL/T 741-2010架空输电线路运行规程，根据位置的分类将规程的内容一一与之对应，而摆脱原有的记录形式，使得查询对照更加方便有效，能使检修人员可以快速给出基于规程的消除缺陷建议。另外，根据所用地域的不同，适合自定义添加缺陷的规则，能够让该数据库适应更大的使用范围。

类型：同样基于位置对缺陷的可能类型进行分类，通常有异常、破坏、腐蚀等几大类，采用与位置部分相同的原则，从粗到细，先分出各处的基本类型，然后再在缺陷详细中进行细化的分类描述，一期能够快速锁定缺陷，第一时间得出消缺计划，提高巡检和消缺的效率。

缺陷程度：依据原有的线路巡视经验和规程，将缺陷程度分为四大类，分别是一般隐患、一般缺陷、重大缺陷、紧急缺陷，前两类归为巡检人员可在数据库及系统指导下完成消缺的，而后两类则属于无法直接消缺，需要专业的消缺小组完成消缺任务的。

缺陷程度分类基于部分规程以及多年消缺经验，所以在不同区域可能情况会有所不同，在这一地区是正确的分类在别的地区可能就存在问题了，所以本数据库也支持用户自定义数据并上传新的程度分类，以适应各地不同的情况。

2.2 数据库的功能模块

①用户登录

为确保数据库安全，用户在使用数据库查询前，必须先登录数据库。数据库将根据用户的注册信息判断当前用户是否有权限进入，通常分为巡检人员、系统管理人员、数据库管理人员和其他人员，同时也基于用户信息确定该用户权限，提供相应的查询等服务。

智能终端登录时，数据库和系统一样，也会检查用户是否具有携带移动设备外出巡检的权限。

②查询功能模块

作为数据库最重要也是最全面的功能，本数据库支持多种查询模式，用户可以通过手动翻页，缺陷编号查询，缺陷位置查询，缺陷描述查询，缺陷程度查询等多种形式的对在库的缺陷类型进行查询，同时还会对具体的缺陷类型定期进行内容添加，包括该类型缺陷发生的时间，杆塔（或其他设备）号，以及发现人员及对应的处理情况，都会记录在库，帮助事后判断处理结果的好坏以及制定合理有效的预防措施。

③自定义功能模块

鉴于本数据库在建立时考虑的方面不可能做到非常全面，基于的规程等也十分有限，所以非常有必要设计成可以内容可自定义的形式，用户可以根据自身所在环境的情况，对数据库的内容形式进行修改，添加等命令，甚至在规程部分也可以加入自己所处省份的相关线路规程，以使数据库更加贴近实际，更能发挥其作用。

④自填表功能模块

本数据库内可存包括线路状态巡视周期审批、线路状态巡视周期计划、线路状态月巡视实施计划、线路状态评估评分等多种表类型，同样支持自定义修改以及添加新的表格新式。例如，在巡视人员完成巡视任务并提交各个部分线路的报告后，数据库可将其整合成为全表以节省巡视任务的时间。其他情况下，数据库也可以提供很多相应的表格填写功能以供使用。

⑤参数自赋值功能

数据库也能够和卫星定位系统配合使用，在系统提供的地图上标注有数据库提供的线路参数，在巡检人员到达某基杆塔时，系统会通过数据库自动同步杆塔的相关数据，显示在终端的已有的模板中，包括电压等级，线路回数，所在地区气象土壤等条件，这些都可以在数据库中进行预设添加，以作为巡检人员分析线路缺陷情况以及程度等的参考。

⑥线路基础单元评分功能模块

在巡检人员完成某线路基础单元的巡检任务并提交报告后，会根据数据库中已有的评分机制对其进行评分，并记录在案，在完成全部巡检任务后，会由数据库进行汇总，完成线路的总体评分，上传到巡检系统中，并会在下一次的巡检时和巡检任务一起下达，然后巡检人员在执行巡检任务时能够依据上一次的巡检结果，做到有的放矢，重点查看前一次缺陷的部分，从而有效提高巡检效率。

⑦缺陷编号功能模块

数据库会对已有或者添加入库的缺陷类型进行编号（通常依据其所在的位置顺序进行编号），将缺陷类型分为多个大类，通过字母加数字的形式进行编号，方便管理人员在工作时可以依据编号进行快速查询，提高了添加和修改等自定义行为的速度，提高数据库管理人员的工作效率。

⑧缺陷历史查询

数据库存有已有过缺陷的杆塔（已消缺）的记录，尤其是运行年限比较久的，常常出现不止一次地缺陷的情况，所以可以通过缺陷历史查询的方式来了解缺陷情况比较严重的线路运行情况，以制定合理的预防措施；巡检人员在巡检时也可查询巡检线路的缺陷历史（此处指除自动显示的上次巡线的历史之外的部分），以分析缺陷的实际情况或是否又出现等。

⑨缺陷联想功能模块

作为智能终端内数据库的功能，缺陷联想功能会在巡检人员选择缺陷类型的时候出现，通过该基杆塔的缺陷历史（主要是基于前一次的缺陷情况），为巡检人员提供该杆塔原缺陷相关的缺陷类型，缺陷的联想会从原缺陷，原缺陷的附近位置的缺陷，或是类似类型的缺陷等方面提供联想，旨在巡检人员能够快速确定具体的缺陷类型。

⑩巡检结果记录及反馈功能

数据库会将巡检人员的巡检报告分别保存，然后将其整合成完整的巡检报告及时上传给巡检系统。

3 结语

研究表明，本系统能够实现对电力线路的远程无线数据传送和管理，并能够为巡检计划的制订提供计算机辅助决策，通过数据库的各项功能提高了巡检人员的效率，达到了系统设计的目的。通过使用移动设备的GPRS无线据传输方式和逐层分类缺陷数据库，使电力巡检工作由“传统人工”向“移动信息”过渡。可使线路巡检的工作效率有明显的提高，尽可能地降低电力线路的故障率，保证电力系统安全、可靠、优质的连续运行，最终实现电力线路巡检的电子化、智能化和信息化管理。

[1]纪建伟.电力系统分析.中国水利水电出版社,2002.

[2]陈刚.电力线路巡检管理系统的研究.[硕士学位论文].贵州:贵州大学,2006.

[3]章红军.输电线路智能视频监控系统研究.[硕士学位论文].江苏:南京航空航天大学,2011.

[4]于彬.电力移动巡检系统的设计与实现.[硕士学位论文].北京：中国地质大学,2008.

[5]薛旭艳，张鹏，田奕丰等.基于 3S 技术的管道巡检系统.管道技术与设备，2009(1):25～28.

[6]王鲁单,王洪光,房立金等.一种输电线路巡检机器人控制系统的设计与实现.机器人,2007,29(1):7～11.

[7]冯海文,付博文,邵中等.一种基于RFID 的安全巡检模型.沈阳工业大学学报,2009,31(4):462～465.