智能巡檢管理系統在輸電線路運維中的應用研究

文/ 郭飛能 冉爽 張旭鵬 黃玉輝

本文在運用信息化技術的基礎上，引入GPS、4G/5G 通信、無人機、可視化管理等多種先進技術，設計了一種新的智能巡檢管理系統架構。該智能巡檢管理系統主要包括系統后臺和系統前端兩個部分，可用于輸電線路的智能巡檢及管理。當前，該智能巡檢管理系統已于某公司220kV 及以下電壓等級輸電線路中得到應用，其在提高輸電線路巡檢管理規范化、智能化水平等方面的價值也得到了充分驗證。

輸電線路具有覆蓋范圍大、工作環境惡劣等特征，實際運維管理難度較大。因此，如何有效保障輸電線路持續穩定運行，成為當前電力行業研究的重點。智能巡檢技術是一種新興的運維管理技術，它可以配合GPS、無人機、無線通信等多種現代化信息技術來實現可視化巡視、外部隱患實時觀測等功能，有利于提高輸電線路的運維效率及管理成效，降低綜合成本并保障相鄰輸電線路的可靠運行。

一、智能巡檢管理系統的總體架構

（一）總體架構設計

本文所述智能巡檢管理系統采用的是B/S 架構模式（見圖1）。其中，系統后臺基于SOA、SGUAP、微服務等平臺，運用.NET、C#、JavaScript 等編程語言進行開發設計；系統前端基于HTML5（PC端）和Android（智能設備）等平臺，運用Java 語言進行開發設計。

（二）網絡架構設計

該智能巡檢管理系統的網絡架構主要分為4G/5G 無線網絡、專用內網、專用外網三個部分。數據服務器、客戶端程序以及平臺服務器均部署在專用外網中；數據采集主要由無人機智能操作系統、人機移動作業終端系統提供支持；相關數據均通過4G/5G 網絡與接口服務器來完成數據交互。

二、智能巡檢管理系統業務流程

本文所述智能巡檢系統可以根據輸電線路的構件及業務差異將整個業務流程分為前端和后臺兩大部分（見圖2）。其中，前端以搭載前端App 和軟件的智能移動終端為工作平臺，主要用戶為現場運維管理人員，用于實現現場登錄、任務查看、數據記錄、位置記錄等現場工作[1]；后臺以系統數據庫和服務器為工作平臺，通過計劃編制、計劃生成等多種方式來實現PC 端的可視化分析成果輸出與輸電線路缺陷的閉環管理。

三、智能巡檢管理系統后臺設計解析

（一）系統平臺及服務平臺搭建

（1）平臺服務器：采用1臺機架服務器用于部署GIS 應用、平臺應用和接口應用。服務器處理器采用2 顆Xeon-E5 CPU（64G 內存），硬盤由3 塊7200 轉以上且支持熱拔插的4T機械硬盤組成。（2）數據庫服務器：采用2 臺機架服務器。服務器處理器采用4顆8 核以上Xeon-E5 CPU（64G 內存），硬盤由3 塊7200 轉以上且支持熱拔插的4T機械硬盤組成。（3）接口服務器：采用Windows Server 2012，且平臺服務器、數據庫服務器與接口服務器具有相同的配置。（4）通信服務器：采用Cortex-A15 CPU（16G 內 存、120T 存儲空間），操作系統為Linux RedHat5。（5）缺陷工作站：采用Core i7 7820K CPU，主板型號為X299A，顯卡為GTX1080Ti，硬盤由256G 固態+4T企業級機械硬盤組成，操作系統為Windows10。

（二）系統后臺功能模塊設計

（1）決策分析平臺模塊：通過圖表或視頻等形式展示無人機、智能移動終端實時采集的設備運行信息、當月機巡作業信息、當月人巡作業信息等，為管理人員決策提供數據支持。[2]（2）三維可視化模塊：基于GIS 地圖數據，通過二維、三維圖像來展示電網位置、線路走向、人員巡視軌跡等關鍵信息。同時，用戶可在三維可視化模塊中點選和詳細查看地圖信息，并結合無人機設備進行飛行監控和人巡監控。（3）計劃任務管理模塊：根據不同區段輸電線路的實際情況制訂差異化線路巡檢計劃。具體巡檢任務包括周期性任務、檢測性任務以及特殊運行方式巡檢任務等。（4）機巡成果管理模塊：基于無人機采集的現場數據生成線路通道樹障缺陷、精細化管理缺陷等信息，并將分析結果與采集數據通過三維可視化模塊和決策分析平臺模塊來進行展示。[3]（5）人巡成果管理模塊：根據現場巡檢人員采集的各類數據信息生成現場人巡數據統計結果，以便運維管理人員實時查看現場數據的變化以及巡檢人員的工作開展情況。（6）缺陷管理模塊：基于機巡成果、人巡成果以及輸電線路電力設備歷史巡檢數據生成線路缺陷記錄，并對各類設備設施的缺陷進行定級評估，針對不同缺陷采用不同的應對措施。（7）電網資源管理模塊：統計和管理輸電線路現有的電網資源，如桿塔、交叉跨越臺賬等。相關信息均會根據人巡成果和機巡成果進行實時動態更新。（8）設備管理模塊：管理現有無人機、智能移動終端等設備，具體的管理內容涉及設備型號、購置時間、使用人員、設備定位、維修記錄等。（9）統計管理模塊：為系統數據及圖表提供定向篩選、模糊篩選等功能，以便管理人員查閱和統計分析實時數據、歷史數據等信息。（10）權限及系統管理模塊：用于配置所有用戶的操作和管理權限，并確保用戶只能在有限權限內開展操作或管理作業。

四、智能巡檢管理系統前端設計解析

（一）智能移動終端的選擇

本文所述智能巡檢管理系統采用的是具備三防功能且支持亞米級定位的智能移動終端。該終端采用安卓系統，內置4G 以上運行內存和64G以上存儲空間。另外，為保障智能移動終端的使用安全，智能移動終端還配置了唯一安裝通道、強制開機密碼管理、App 防泄露破解加密、安全程序加密等一系列安全防護功能。

（二）系統前端功能模塊設計

（1）巡視頁面：現場巡檢人員的工作界面主要涉及地圖顯示、桿塔GIS 信息、設備定位及線路導航等功能。（2）計劃任務：用戶可通過計劃任務模塊提前設置巡檢路線。待用戶完成設置后，巡視頁面中會自動顯示計劃路線，以便用戶同時巡檢多個桿塔，從而提高巡檢效率。（3）工單任務：用戶可實時接收工單任務，并通過工單任務界面來查看當前任務，避免出現任務遺漏等失誤。[4]（4）外破管理：所有外破隱患的管理入口均可實現外破臺站信息、外破巡視記錄、外破施工單位記錄等信息的查看管理功能。（5）工程項目：該模塊主要包括大修項目清單、技改項目清單、運維項目清單，用戶可查詢相關項目的全過程記錄信息。（6）輸電手冊：該模塊集成了輸電人員日常工作所需要的各類工作規程、技術參數、技術手冊等內容，有助于工作人員在現場快速查詢并解決隱患問題。（7）系統設置：該模塊可為用戶提供地圖、定位、版本升級、用戶管理等基本功能。

五、智能巡檢管理系統在輸電線路運維中的具體應用

當前，本文所述智能巡檢管理系統已于某公司220kV 及以下電壓等級輸電線路中得到應用。在實際應用中，輸電線路的日常巡檢工作方式被劃分為狀態巡檢、特殊巡檢、故障巡檢三大類。另外，根據巡檢區域、巡檢重要性的差異，用戶可自主選擇以無人機巡視為主或以人巡為主的巡檢方式。

在經過兩年的持續應用與優化調整后，如今，某公司內部現場巡檢人員以及運維管理人員對該智能巡檢管理系統的應用率已達到100%，該智能巡檢管理系統也逐漸成為輸電線路運維管理的重要技術組成部分。值得一提的是，在智能巡檢管理系統全面應用前，該公司年均缺陷發現量僅為600 條；在全面應用后，該公司年均缺陷發現量增長至17500條，故障停運率下降了90%，2022年該公司110kV 及以上輸電線路僅停運1 次。由此可見，本文所述智能巡檢管理系統可以有效提高輸電信息故障排除效果，以保障線路的持續穩定運行。