一种输电线路智能巡检系统设计与实现

江全才 魏飞翔

（三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌 443002）

输电线路是电网的重要构成元件，其自身可靠性是电网安全运行的基础保证，输电线路智能监测与评估管理是智能电网建设的重要组成部分；随着我国智能电网建设工作的开展，电网公司正逐步实现输电线路的可视化运行维护管理.然而作为对输电线路提供基础信息的输电线路巡检终端虽在电力行业已有初步应用，但从反馈信息来看，普遍存在操作繁琐、缺乏自主采集信息的手段、稳定性不高、未与业务流程相结合等缺陷，未能很好地支撑输电线路的可视化运行维护管理系统，实现输电线路运行维护管理的可视化、集约化、互动化，提高输电线路运行维护管理水平、节约运维经费、提高电网安全运行可靠性.

输电线路智能巡检系统的建设目标是实现流程化和规范化的输电线路巡线管理，填补智能巡检设备专业化研究的空白，显著提升输电线路运行管理的精益化和智能化水平.对智能巡检手持终端、系统软件进行重点研发，打造集便携性、可靠性、集成性、实时性于一体的带电检测智能巡检设备，实现智能移动终端与电力业务的无缝连接；突破传统粗放式的运行维护与设备管理模式，完善线路巡视检测、评估诊断与辅助决策的技术手段与模型，为输电线路可视化运行管理奠定基础，促进输电线路的在线监测、运行维护、带电检测等技术共同发展；支撑线路运行状态监测与状态检修工作，强化智能电网建设的输电运行维护技术环节［1－4］.

1 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［5］，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 系统结构

2.1 系统组成

输电线路智能巡检系统由手持端（PDA）和服务器端组成.图1为系统结构拓扑图.手持机通过本地或GPRS移动通信网络实现数据同步.服务器端通过卫星定位系统对手持端进行定位.并将定位结果实时显示在综合管理系统中.

图1 输电线路智能巡检系统拓扑图

手持端选用目前已得到广泛应用的手持式GPS设备，Getac PS236C－Android，该手持端采用Android平台，与选用的开源导航组件Navit所支持的系统平台一致.

2.2 系统总体架构图

输电线路智能系统使用的数据库分为两部分：服务器端使用MySQL数据库；手持端使用的是SQLite数据库.

图2 输电线路智能巡检系统总体架构图

MySQL是一个开放源码的关联式数据库管理系统.关联数据库将数据保存在不同的表中，而不是将所有数据放在一个大仓库内，这样就增加了速度并提高了灵活性.MySQL 采用了GPL（GNU 通用公共许可证），由于其体积小、速度快、总体拥有成本低，是作为降低开发成本的良好选择［6］.

SQLite是一款轻型的数据库，是遵守ACID 的关联式数据库管理系统，它的设计目标是嵌入式的，而且目前已经在很多嵌入式产品中使用了它，它占用资源非常低，在嵌入式设备中，可能只需要几百kB的内存就够了.能支持Windows／Linux／Unix等主流的操作系统，同时能够与很多程序语言相结合，诸如Tcl、C＃、PHP、Java等，除此之外还有ODBC 接口，同样比起Mysql、PostgreSQL 这两款世界著名的开源数据库管理系统来讲，它的处理速度也是占优的.

本系统设计在服务器端与手持端之间提供了两种数据同步的方式：有线方式和无线方式.

3 系统功能

输电线路智能巡检系统由后台管理系统和前端掌上巡检系统两个子系统构成，其中后台管理系统安装于服务器端，前端掌上巡检系统安装于手持端.

系统功能流程图如图3所示.

图3 系统功能流程图

3.1 后台管理系统

1）设备台帐管理.包括线路设备管理和光缆信息管理，主要用于对线路杆塔、导地线、绝缘子、金具、光缆及附属材料设备台账信息实施统一管理，支持设备台账信息的检索、查询、更改、添加等，并可打印或导出到Excel.

图4 后台管理系统功能图

2）任务管理.对输电线路管理部门的三大任务即巡视任务、检修任务和测量任务进行统一管理.管理人员可通过输电线路巡检管理平台方便地查询到任务的执行情况、外业人员的具体位置及作业轨迹，并可实现对作业人员的考核.针对巡视任务，管理人员可以按线路和杆塔对指定时间段内的巡视任务完成度进行统计，计算任务完成率与漏检率，统计巡视人员的塔下停留时间等.另外，系统提供巡视日志管理功能，巡视任务完成后系统自动生成规范的巡视日志.支持打印和导出到Excel，减少巡视人员填写巡视日志的工作量.

鉴于输电线路运行部门大都将测量任务与巡视任务一同执行.系统提供任务关联功能.系统根据杆塔号将同一条线路的测量任务与巡视任务进行关联，在巡视人员持PDA 装置执行巡视任务时，当巡视到测量任务中指定的需要测量的位置时，系统自动提示作业人员进行测量，并自动跳转至测量任务单，测量结束后返回巡视任务单，继续执行巡视任务.

3）缺陷信息管理.系统对线路中的每个缺陷从发现到消除进行全程跟踪管理.准确记录每条缺陷信息，及缺陷处理情况.系统对每条缺陷信息设置消除时间点，系统通过倒计时对接近时间点的未消除缺陷信息给出预警提示，支持按时间轴或者线路的缺陷记录信息、缺陷信息、消缺记录的列表、检索查询、排序、编辑、导入、导出、打印.

4）地图信息管理.系统支持以矢量地图和卫星影像显示（可切换和叠加）输电线路本体及其环境.实现输电线路的三维仿真.管理员可通过管理平台对地物信息实施管理，方便对图层及用户自采集地物数据进行管理，支持按时间轴在地图上显示线路状态，以图标标记的方式显示同线路和杆塔相关联的缺陷信息和用户自主添加信息，如交叉跨越﹑树障﹑违建﹑跳闸异常等，具体内容通过点击图标在表单子窗口中显示.

5）基本信息管理.系统根据使用人员部门及职责的不同提供不同的使用权限.基本信息管理用于实现对用户角色、权限进行管理.

3.2 前端掌上巡检系统

1）数据同步.数据同步功能主要用于实现手持端与服务器端数据的同步，包括地图数据、台账信息、任务信息、缺陷信息、巡检路径等.本系统在服务器端与手持端之间提供了两种数据同步的方式：有线方式和无线方式.

2）信息查询.用于作业人员在执行外业任务时查询输电线路上相关设备的台账信息.巡检过程中系统全程支持快捷方式跳转台账信息查询界面，进行模糊检索查询，检索时以本机信息查询优先，如缺少则提示是否连接服务器端实现在线查询.如网络不可用则显示警告信息.对于检索查询台帐支持定位功能，实现在手持端导航地图上快速定位.

3）缺陷记录.实现巡检过程中的缺陷信息的登记、录入，并将相关缺陷信息与故障原件进行关联.

4）导航系统.导航系统为作业人员提供最优的轨迹导航.系统对作业人员每次巡检所走的路线都会自动记录、保存成为轨迹数据，并与巡检中心服务器里的历史轨迹进行比对，如果发现本次外业人员所走路线优于历史轨迹，系统将自动更新为当前最新的轨迹数据.同时，系统可单独对某段线路的导航路线进行优化.例如线路某段旁新建道路等，巡视人员可持PDA 装置沿新建道路巡视，系统自动记录该轨迹并对该部分巡视轨迹做特殊标记，数据同步后服务器对该部分导航轨迹进行更新.

5）数据采集.数据采集提供坐标采集和图形数据采集功能.图形数据采集功能用于兴趣点数据的采集，包括新增道路、违建、危险地段等感兴趣的地物对象，分点、线、面3类数据类型采集.手持端记录对象坐标和属性编码，在服务器端设定图标库，数据导入后在服务器端自动成图.

图5 前端掌上巡检系统功能图

4 系统特点

1）导航轨迹优化.系统依托强大的后台服务功能，对历史巡视轨迹进行对比分析，实现巡视轨迹优化，并可根据气候、季节的变化，提供最佳的导航路径.

2）线路状态动态管理.系统可实现对线路状态实行动态管理，根据线路历史状态及当前季节等条件自动预测线路潜在的危害，并提供当前所需采取的措施.如可根据树种、季节等条件自动预测出树木的生长是否会对线路造成危害.

3）事故判别.在执行事故巡视时，系统针对不同的事故提示作业人员重点巡视部位、注意事项以及事故判别依据.

4）作业指导.当作业人员进行检修或测量时，系统根据作业内容提示相应的操作步骤及注意事项，并有作业指导书查看功能.

5）历史缺陷提醒.巡视过程中通过GPS定位，当作业人员到达输电线路上的历史缺陷发生处，手持移动终端可以提醒作业人员（以震动、蜂鸣的方式），同时对此处发生的历史缺陷进行回顾，利于巡视有针对性进行.

6）安全管理.系统中贯穿安全管理概念.在巡视、检修和测量过程中给予安全提示，提高作业人员的安全意识.

5 结 论

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.

［1］ GBJ233－90.110～500kV 架空电力线路施工及验收规范［S］.

［2］ DL／T 741－2001.架空送电线路运行规程［S］.

［3］ 张海军，赵雪松.基于GPS的输电线路巡检管理系统的设计与实现电网技术［J］.2005，29（7）：78－80.

［4］ 郭永基.电力系统可靠性原理和应用［M］.北京：清华大学出版社，1986.

［5］ 孙月琴，卢金滇.电网故障信息管理系统的开发［J］.电网技术，2002，26（1）：67－69.

［6］ 苗世洪，王少荣，刘 沛，等.基于GPS的电网状态监测系统的设计与实现［J］.电力系统自动化，2000，24（12）：52－54.