智能巡检管理系统在输电线路运维中的应用研究

文/ 郭飞能 冉爽 张旭鹏 黄玉辉

本文在运用信息化技术的基础上，引入GPS、4G/5G 通信、无人机、可视化管理等多种先进技术，设计了一种新的智能巡检管理系统架构。该智能巡检管理系统主要包括系统后台和系统前端两个部分，可用于输电线路的智能巡检及管理。当前，该智能巡检管理系统已于某公司220kV 及以下电压等级输电线路中得到应用，其在提高输电线路巡检管理规范化、智能化水平等方面的价值也得到了充分验证。

输电线路具有覆盖范围大、工作环境恶劣等特征，实际运维管理难度较大。因此，如何有效保障输电线路持续稳定运行，成为当前电力行业研究的重点。智能巡检技术是一种新兴的运维管理技术，它可以配合GPS、无人机、无线通信等多种现代化信息技术来实现可视化巡视、外部隐患实时观测等功能，有利于提高输电线路的运维效率及管理成效，降低综合成本并保障相邻输电线路的可靠运行。

一、智能巡检管理系统的总体架构

（一）总体架构设计

本文所述智能巡检管理系统采用的是B/S 架构模式（见图1）。其中，系统后台基于SOA、SGUAP、微服务等平台，运用.NET、C#、JavaScript 等编程语言进行开发设计；系统前端基于HTML5（PC端）和Android（智能设备）等平台，运用Java 语言进行开发设计。

（二）网络架构设计

该智能巡检管理系统的网络架构主要分为4G/5G 无线网络、专用内网、专用外网三个部分。数据服务器、客户端程序以及平台服务器均部署在专用外网中；数据采集主要由无人机智能操作系统、人机移动作业终端系统提供支持；相关数据均通过4G/5G 网络与接口服务器来完成数据交互。

二、智能巡检管理系统业务流程

本文所述智能巡检系统可以根据输电线路的构件及业务差异将整个业务流程分为前端和后台两大部分（见图2）。其中，前端以搭载前端App 和软件的智能移动终端为工作平台，主要用户为现场运维管理人员，用于实现现场登录、任务查看、数据记录、位置记录等现场工作[1]；后台以系统数据库和服务器为工作平台，通过计划编制、计划生成等多种方式来实现PC 端的可视化分析成果输出与输电线路缺陷的闭环管理。

三、智能巡检管理系统后台设计解析

（一）系统平台及服务平台搭建

（1）平台服务器：采用1台机架服务器用于部署GIS 应用、平台应用和接口应用。服务器处理器采用2 颗Xeon-E5 CPU（64G 内存），硬盘由3 块7200 转以上且支持热拔插的4T机械硬盘组成。（2）数据库服务器：采用2 台机架服务器。服务器处理器采用4颗8 核以上Xeon-E5 CPU（64G 内存），硬盘由3 块7200 转以上且支持热拔插的4T机械硬盘组成。（3）接口服务器：采用Windows Server 2012，且平台服务器、数据库服务器与接口服务器具有相同的配置。（4）通信服务器：采用Cortex-A15 CPU（16G 内 存、120T 存储空间），操作系统为Linux RedHat5。（5）缺陷工作站：采用Core i7 7820K CPU，主板型号为X299A，显卡为GTX1080Ti，硬盘由256G 固态+4T企业级机械硬盘组成，操作系统为Windows10。

（二）系统后台功能模块设计

（1）决策分析平台模块：通过图表或视频等形式展示无人机、智能移动终端实时采集的设备运行信息、当月机巡作业信息、当月人巡作业信息等，为管理人员决策提供数据支持。[2]（2）三维可视化模块：基于GIS 地图数据，通过二维、三维图像来展示电网位置、线路走向、人员巡视轨迹等关键信息。同时，用户可在三维可视化模块中点选和详细查看地图信息，并结合无人机设备进行飞行监控和人巡监控。（3）计划任务管理模块：根据不同区段输电线路的实际情况制订差异化线路巡检计划。具体巡检任务包括周期性任务、检测性任务以及特殊运行方式巡检任务等。（4）机巡成果管理模块：基于无人机采集的现场数据生成线路通道树障缺陷、精细化管理缺陷等信息，并将分析结果与采集数据通过三维可视化模块和决策分析平台模块来进行展示。[3]（5）人巡成果管理模块：根据现场巡检人员采集的各类数据信息生成现场人巡数据统计结果，以便运维管理人员实时查看现场数据的变化以及巡检人员的工作开展情况。（6）缺陷管理模块：基于机巡成果、人巡成果以及输电线路电力设备历史巡检数据生成线路缺陷记录，并对各类设备设施的缺陷进行定级评估，针对不同缺陷采用不同的应对措施。（7）电网资源管理模块：统计和管理输电线路现有的电网资源，如杆塔、交叉跨越台账等。相关信息均会根据人巡成果和机巡成果进行实时动态更新。（8）设备管理模块：管理现有无人机、智能移动终端等设备，具体的管理内容涉及设备型号、购置时间、使用人员、设备定位、维修记录等。（9）统计管理模块：为系统数据及图表提供定向筛选、模糊筛选等功能，以便管理人员查阅和统计分析实时数据、历史数据等信息。（10）权限及系统管理模块：用于配置所有用户的操作和管理权限，并确保用户只能在有限权限内开展操作或管理作业。

四、智能巡检管理系统前端设计解析

（一）智能移动终端的选择

本文所述智能巡检管理系统采用的是具备三防功能且支持亚米级定位的智能移动终端。该终端采用安卓系统，内置4G 以上运行内存和64G以上存储空间。另外，为保障智能移动终端的使用安全，智能移动终端还配置了唯一安装通道、强制开机密码管理、App 防泄露破解加密、安全程序加密等一系列安全防护功能。

（二）系统前端功能模块设计

（1）巡视页面：现场巡检人员的工作界面主要涉及地图显示、杆塔GIS 信息、设备定位及线路导航等功能。（2）计划任务：用户可通过计划任务模块提前设置巡检路线。待用户完成设置后，巡视页面中会自动显示计划路线，以便用户同时巡检多个杆塔，从而提高巡检效率。（3）工单任务：用户可实时接收工单任务，并通过工单任务界面来查看当前任务，避免出现任务遗漏等失误。[4]（4）外破管理：所有外破隐患的管理入口均可实现外破台站信息、外破巡视记录、外破施工单位记录等信息的查看管理功能。（5）工程项目：该模块主要包括大修项目清单、技改项目清单、运维项目清单，用户可查询相关项目的全过程记录信息。（6）输电手册：该模块集成了输电人员日常工作所需要的各类工作规程、技术参数、技术手册等内容，有助于工作人员在现场快速查询并解决隐患问题。（7）系统设置：该模块可为用户提供地图、定位、版本升级、用户管理等基本功能。

五、智能巡检管理系统在输电线路运维中的具体应用

当前，本文所述智能巡检管理系统已于某公司220kV 及以下电压等级输电线路中得到应用。在实际应用中，输电线路的日常巡检工作方式被划分为状态巡检、特殊巡检、故障巡检三大类。另外，根据巡检区域、巡检重要性的差异，用户可自主选择以无人机巡视为主或以人巡为主的巡检方式。

在经过两年的持续应用与优化调整后，如今，某公司内部现场巡检人员以及运维管理人员对该智能巡检管理系统的应用率已达到100%，该智能巡检管理系统也逐渐成为输电线路运维管理的重要技术组成部分。值得一提的是，在智能巡检管理系统全面应用前，该公司年均缺陷发现量仅为600 条；在全面应用后，该公司年均缺陷发现量增长至17500条，故障停运率下降了90%，2022年该公司110kV 及以上输电线路仅停运1 次。由此可见，本文所述智能巡检管理系统可以有效提高输电信息故障排除效果，以保障线路的持续稳定运行。