浅谈配网近郊混合线路巡视路径规划

谢依霖

（云南电网有限责任公司昆明供电局，昆明 650011）

0 前言

随着社会发展进步，居民生活和工业生产都对电力供应的稳定性和可靠性提出极高的要求，降低平均停电时间、减少故障次数是配网工作提高客户满意度的重要标准。开展巡视工作能及时发现线路存在的潜在安全缺陷隐患，提前处理可能引发故障威胁因素，将造成线路供电中断的危险点排除或标识，对于配电网的安全性、稳定性和可靠性有非常积极的作用。

然而配电线路，特别是城市近郊线路具有复杂多变的特性，既有电缆线路多环网柜配电站等点式分布，又有架空线路穿越田地、道路的线式分布，并且随着线路设备增多、巡视路径变长，巡视环境越发复杂，传统巡视的方法显示的不足之处增多，一个明显的表现是工作量直线上升，但实际效果提升不大，很难按照要求完成全部巡视目标。因此，提高巡视效率首先需要分析各种可能影响巡视效率的因素。

1 影响巡视效率的因素

1.1 运行管理方面

传统配网线路巡视是以班组作为单位开展工作，即每一个班组管理某一片区域或某些变电站，在每年的巡视计划下发之后，由班组长进行派工，制定具体的工作安排，将班组成员划分为多个工作小组，每一个小组分配区域或线路，然而在这一过程中非常容易出现由于人员的专业水平经验差距等问题，造成知识经验丰富、实践水平较高的巡视人员能较好的完成任务，而另外专业水平不足的巡视人员出现很多纰漏，难以达到巡视要求的现象。

1.2 人员素质方面

巡视作业派工的科学性直接影响着线路巡视工作的完成度，一直以来新老交替都有着“传帮带”的传统，由前辈成员帮带新人，这其中关键且重要的一项就是熟悉巡视路线，但这存在着错误传承的风险，且对新员工而言，不熟悉的道路、复杂多变的配网规划等种种原因，需要较长的时间才能熟悉，降低工作效率。

1.3 巡视周期方面

近年来，差异化巡视制度不断落实，按照设备以及线路的重要度、健康度进行状态评价，以缺陷数、故障率、隐患数、可靠性要求为要素，设定巡视周期，巡视过于频繁造成严重资源浪费，加大员工工作量，巡视不足不能发挥巡视功能的问题已经大大改善，如今已能较为及时发现安全隐患和缺陷，并通过定级适时处理。

1.4 线路路径方面

在大规划的要求下，社会和实际需要电网规划越来越向着“城市内线路入地”的要求改造，越来越多的架空线改造为电缆，但是在城市近郊仍然存在大量架空线，与市内电缆线路组成为线缆混合线路。对于这部分线路，不仅需要结合区域的地形、地貌、环境、交通，还需要考虑线路位于居民区、农田、工厂内等难以进入的情况，运维人员在巡视时的线路路径选择较为困难，难以同时保证效率和巡视质量。

总体来说，生产管理与运行检修模式的改变对巡视的效果和效率提出了更高的要求，若是能使用更为科学合理的巡视路径规划方法，不仅能减轻工作人员的工作强度，还能改变如今巡视工作事倍功半的状况。

2 巡视路径优化

规划更加科学合理的巡检路径是提高巡视效率的一大重点，但多年以来配网进行线路设备日常巡视，其路径的安排主要还是依靠老员工的经验，城市的交通状况、设备的位置都是依据常年工作积累，带有很强的个人主观性，而且对于新进员工难以迅速“上手”，往往不能实现有成果高效率目标，车辆安排、人员配置、时间消耗都缺乏合理性。特别在城市及近郊，由于城市建设或地理信息的变化，会使得巡视计划难以准确实行。因此，需要通过对巡视线路的地理信息进行采集处理，使用一些分析方法例，量化整合信息，完成线缆混合线路巡视路途的较优选择，兼顾局部最优和整体最优，使得巡视更加快速有效。

2.1 市内电缆段环网柜、配电站巡视路径规划

根据城市内配网线路巡视任务的性质和特点，由于电缆线路的隐蔽性，其实主要对环网柜、配电站和箱式变电站进行巡视，这些巡视目标是呈点式分布在市内，巡视时常常驱车前往，可将其路径选择归结于车辆路径问题，简单采用动态规划的方法。

此方法由最优巡视站点的路径选择以及城市内交通路况抉择组成，在所选定的约束条件下探讨合理最优路径选择。若城市道路修理变迁或车辆堵塞在巡视两站点间的最短路径上，这时主要度量为工作人员经验因素以及所选用交通工具，将路途总用时最短作为规划方向，建立配电线路动态巡视路线设计，化繁为简，将一个复杂的多目标运筹问题转化为多个简单的单级决策问题，递推求得最优。城市内交通状况变化快，利用动态规划算法对于具有此类高时效性的问题来说是非常明智的选择。

图1 动态规划流程图

在基础的单级决策问题中，可将目标设定为从起点站点到目标站点距离最短，同时满足避离道路中断和交通堵塞区域，即障碍区域。起点站点S，目标站点D，之间存在障碍区域，将障碍区域设定为圆形，此决策为寻求从S到D能够避让障碍区域的最短路线。建立直角坐标系σηζ，站点S的坐标为(ηS，ζS)，站点D坐标为(ηD，ζD)，以S为坐标系原点生成坐标系σx-y，将此坐标系设定为x轴方向m格，y轴方向n格（mn为整数），如此，坐标系形成共计为m×n个节点的网格。

首先初始化各变量，记录此障碍圆的中心坐标及半径，行驶起点和终点坐标，横纵坐标的网格大小间距，此时网格间距需遵循一个原则，即每一格之间的距离越小，求得的最优路径弧度越平滑、长度变短，但会造成计算量增大，时效性变差。特别是如果图形中站点D位于障碍区域内，则意味着终点无法到达，此次决策无意义，结束计算。若无，则生成网络。计算x轴和y轴方向的网格数量，计算坐标系内节点的值，并将结果转化为一个m×n的矩阵，之后采用普通运筹学方法即可。

在下方图1流程图中“生成网格”至绘制最短路径单元之前的最短路径求解步骤是用动态规划的思想进行。在计算任意两个网格之间的距离时，如果点正好处于障碍区域内，则令其到其他点的距离设定为无穷方便计算。

2.2 郊区架空线段、不易到达杆塔巡视路径规划

图2 算法流程图

对于车辆或工作人员徒步较难到达的山区杆段一般采用无人机巡视。架空线路和杆上设备一直处于室外环境，风吹日晒雨淋，特别在山区线路还容易受到雷击以及因土壤支撑改变引起拉线张力变化导致杆塔歪斜，故无人机的巡视过程中，需要考虑的不仅是树木遮挡、禁飞区、横风区等因素，还需要考虑到巡视时需要重点关注的杆塔设备。

无人机巡视的路径选择即选择一定的约束条件，寻找从初始点到目标点的最优飞行路线，即为在多种条件约束下有多个目标的决策问题，通常使用的Dijkstra算法、模拟退火算法、人工势场法、蚁群算法、遗传算法等，各个路径规划方法都有其优劣。例如遗传算法虽然具有进行全局搜索的能力，适合此类全局优化问题，在路径规划问题中常被使用，但是运用在无人机巡视路径规划中会因为寻找最优精度差的缺点，陷入局部最优解的陷阱，不能达到全局最优。所以单纯使用某种算法并不易得到最优路径，故使用算法混合的思路，先使用遗传模拟退火算法进行优化搜索，再联合模拟退火算法和遗传算法作为子算法，统一邻域结构搜索计算。这种方法的优点是能够以模拟退火算法保留因素的多样性，可较大程度避免出现早熟。

3 结束语

配电网日常巡视、特殊巡视，其最终目标都是提高供电可靠性，在满足这一要求的前提下，应合理降低成本，优化巡视路径提高工作效率可以提升人机工效，减轻工作负担，对于整个运行维护工作开展意义积极。