电力线路巡检系统

电力线路巡检系统（共8篇）

电力线路巡检系统 篇1

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[5,6,7]:

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。

摘要：本文对智能巡检技术在电力公司可实现的应用做了详尽地分析和研究以及实践, 提出了智能巡检系统的概念, 该系统使用移动设备, 结合当今流行的手持GIS技术, 开发出应用于移动设备和PC两部分的专门针对电力部门的移动巡检系统, 并配合全面的缺陷数据库。该系统满足巡检工人携带智能终端等移动设备在户外开展巡检工作。移动设备自带的网络可以同步数据库中含有电力设备和地理背景设备的电子地形图, 通过手机自带的定位功能获取卫星信号来定位设备坐标, 既满足了在恶劣的自然环境下或是恶劣的天气情况下快速定位电力设备的需求, 同时也可以通过定位系统对巡检人员工作的完成情况进行监督考核。

关键词：移动巡检,智能终端,GIS,GPS,缺陷数据库

参考文献

[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.

电力线路巡检系统 篇2

河口线路队于2011年12月开始试用线路巡检系统，共配备巡检手持机23台，在对职工进行使用培训、制定了巡检系统使用管理规定的基础上，在日常巡线工作中全面推行巡检系统。期间我队将发现的问题及时汇总反馈给巡检系统开发人员，经过数次沟通、协商，改进了系统中很多bug和不妥的地方，但仍有很多需要改进的地方。

1、巡检系统在巡线工作中的使用情况

巡检系统功能主要在于对杆塔定位和现场缺陷记录汇总，较易掌握使用，我队职工在巡线工作中能够熟练使用手持机进行杆塔定位和缺陷记录，系统可以生成月巡视情况报表，统计巡视完成情况，后台可对缺陷情况进行追踪更新。巡检系统提升了线路巡检质量，方便缺陷统计，宜于巡线工作开展。

2、我队对巡检系统需要改进的地方的一些意见

（1）杆塔坐标定位不准确，整体向西南方向偏移，由于我公司采集坐标为北京54坐标，在将其转换为WS84坐标后出现了整体偏移情况，造成在杆塔位置手持机不发到位提示，从而使用未到位巡视，系统开发人员将定位误差直接扩大为100米后，带来的问题是同一位置会报多基杆塔的到位提示信息，不利于巡视工作的开展。所以坐标位置的准确是亟需解决的问题。

（2）缺陷管理应用过于简单，缺陷只能在巡视内容里查看，建议开发专门的缺陷管理功能，使缺陷能够按线路、时间、类型等标准区别划分。缺陷字典是按电力管理总公司的《输配电线路设备缺陷分类标准》制作的，条目完全照搬上述标准，在实际应用中难以对缺陷有清晰描述。如3.1.10.5 “导线对路面距离220kV小于7m；110kV小于6m，6kV—35kV小于5m。导线对建筑物距离220kV小于4m；110kV小于3m，6kV—35kV小于2m。导线对树木距离220kV小于2m；110kV小于1m，6kV—35kV小于0.5m。”选择此缺陷内容无法对树木与线路情况准确描述，需要巡线人员手工输入，未能充分利用巡检系统优势，诸如此类的缺陷描述功能建议对树木距离、数量、宽度等内容直接做出提示输入。缺陷标准只是对缺陷进行定性，但真正宜于工作开展的是对缺陷的精确描述，才宜于消缺方案的制定。这需要总公司技术部门对缺陷标准进行定量的划分，完善缺陷字典，提示系统的缺陷管理水平。

（3）所有数据上传到总公司服务器，如无法与服务器连接，信息无法查询，河口与总公司网络通过采油厂连接，网络失效会是巡检系统运行瘫痪。建议成立总公司、分公司、班组三级的管理方式，总公司接收考核个分公司服务器数据，各分公司的数据要在分公司服务器上保留，防止网络问题带来的系统无法使用问题。

（4）手持机摄像头像素低，拍摄的照片很模糊，需要提升像素和闪光灯质量，否则缺陷拍照功能是鸡肋。

电力线路巡检系统 篇3

1 GPS/GIS技术概述

1.1 GPS技术

GPS是Global Positioning System的英文缩写形式, 翻译为全球定位系统。20世纪七十年代初期伴随科学技术的飞速发展, 率先在美国被提出并受到科学技术领域的关注, 经历众多专家学者20余年的的呕心沥血, 1994年全面研制成功, 其为能够实现海、陆、空三位一体的实时卫星导航与定位系统。主要由空间领域的卫星系统、地面的控制管理系统和需求用户的显示设备组成。在实现定位层面具有高速、精准的优势。由于GPS技术打破了时间和空间对定位系统的影响, 受到社会生产生活各个领域的广泛关注和应用, 如今在国防军事、航空航天、地质勘探等领域已经产生了积极的应用反馈。

1.2 GIS技术

GIS技术是Geographic Information System的缩写形式, 翻译为地理信息系统。GIS技术是一项具有综合性性质的科学技术, 能够有效的将地域地理特征和地图信息进行整合, 将系列地理信息统一到相应数据库中供用户随时调用的计算机系统。由于GIS技术具有高效、科学、精准等优势, 如今被广泛应用到环境保护、土地测绘、自然灾害防范等领域, 并已经接收到了良好的反馈结果。

2 GPS/GIS技术应用于电力线路巡检管理的可行性分析

电力线路巡检是一项具有复杂性的电力工作。需要完成以下工作流程:首先由专业技术人员对线路进行检查, 了解和掌握线路的动态信息和线路周边的地理环境特征;然后将掌握的动态信息资源进行分析总结, 整理出线路整体运行过程中可能出现故障的缺陷, 并将此类信息快速的传递给相关管理部门;最后线路部门根据以上信息采取应对策略, 消除线路缺陷, 保证输电配电线路的安全运行, 维持整个电力系统的健康。

2.1 技术层面

将GPS/GIS技术与电力线路巡检管理系统进行整合, 能够形成嵌入式的管理系统, 嵌入式管理能够推进不同的电力线路工作流程分散在其各自需要的处理系统中, 具有快速、准确、内核小的优势。通过GPS技术能够为电力管理部门精准的位置信息, 然后通过GIS技术对出现故障位置进行地理环境的有效分析, 可以使电力线路巡检管理部门对出现故障的结点进行准确的分析, 根据分析结构能够快速的制定因地制宜的科学策略, 在技术层面保证了故障排查的效率性[1]。

2.2 经济效益层面

GPS信号接收机是GPS技术实现的工具基础。GPS信号接收器主要分为两种类型, 即导航指向的接受机和测地形指向的接收机。在电力线路巡查管理系统中能够发挥重要作用的是前者, 而导航型接收机具有质优价廉的特征, 目前市场价格通常为2 000元/台, 即使需要些许配套设备的辅助, 在资金上的投入并不是非常巨大, 能够大量的节省线路巡查管理系统的成本, 符合成本管理精细化、科学化的现代管理模式要求。

2.3 实用性层面

科学的线路巡查管理系统能够有效规范巡查人员的职业行为, 对相关工作人员的巡查工作以及一些维护工作能够进行全面有效的监督和控制, 保证相关工作人员和技术人员的工作效率。同时, 利用GPS/GIS技术能够为电力巡查系统的操作人员实时提供准确的工作环境分析, 使工作人员能够在了解工作环境的基础上采取有效的策略进行操作, 另一层面保障了工作人员的人身安全和工作效率。综上所述, 将GPS/GIS技术与电力线路巡查工作深度整合具有极高的实用价值, 是电力事业发展甚至社会全面发展的内在需求[2]。

3 GPS/GIS技术应用于电力线路巡检管理的系统设计

3.1 原则依据

(1) 根本原则:与时俱进的利用先进科学技术成果, 实事求是的分析当地电力线路巡查管理工作特征, 在系统设计中将具体问题、具体分析和因地制宜贯穿始终。

(2) 技术原则:GPS技术的主要功能是为电力线路巡检管理系统提供动态性的定位信息;GIS技术的主要功能是为电力线路巡检管理系统提供精准的空间分析信息。因此, 在滚利系统设计过程中应该充分将GPS和GIS技术结合, 取其优势全面应用到电力线路巡检管理系统中, 使系统能够针对故障信息做出准确的分析, 提高策略的科学性。

3.2 方案规划

通过GPS/GIS技术与电力线路巡检管理系统的全面整合, 新生的管理系统由信息数据获取和定位、巡检结果分析、数据信息传递三部分组成。笔者现根据上述3各子系统进行分别阐述。

(1) 数据采集与定位。电力线路巡检工作人员利用便携式PDA+GPS技术设备实现在实践线路巡检工作中采集数据与定位信息相关工作。PDA+GPS设备能够有效的对相关工作人员的工作轨迹进项记录, 形成相对应的时间和空间信息资源。工作人员的所有工作记录可以真实显示工作人员的工作范围, 从而提高对工作人员的监督效率。同时, 技术人员可以根据设备上显示的数据信息进行现场巡查, 及时发现和记录线路运行状况和缺陷信息[3]。

(2) 巡视后台管理。通过工作人员与便携式PDA+GPS设备的共同工作, 将在室外巡检活动中产生一定的数据信息, 将设备中的信息资源导入计算机中, 通过计算机的后台管理功能实现对上述信息资源的有效保存, 技术类工作人员将通过对采集到的实时数据信息资源分析, 按照不同诉求, 抽取其中相关信息, 对信息进行分析之后, 及时发现线路的故障发生率、巡查工作活动频率、设备运行中各项指标的变化趋势等。

(3) 数据通信。技术工作人员将经过后台管理系统整理出的信息数据, 制作成报表, 通过内部通信设备及时传递给上级管理部门, 管理系统的决策单位将根据信息报告制定行之有效的措施, 及时弱化或者消除输电、配电线路中的安全隐患。

4 结语

电力线路巡检管理是一项综合性、复杂性、技术性工作。通过GPS/GIS技术将其整合为全新的管理系统的过程中, 需要考虑多方面因素, 必须根据发展实际与技术创新能力完成。对新设备、新技术及时进行引用和借鉴, 以保证科学、高效的电力线路巡检管理系统适时更新。

参考文献

[1]张文峰, 彭向阳, 钟清, 等.基于遥感的电力线路安全巡检技术现状及展望[J].广东电力, 2014, 27 (2) :1-6.

[2]胡春霞, 王素珍, 孙成龙.基于GPS的输电线路巡检[J].计算机技术与发展, 2012 (6) :175-178.

电力线路巡检系统 篇4

根据南方电网公司建设统一开放、技术先进、现代化大电网和“科技兴网”的总体要求,为更好地保证巡视工作人员对线路的巡视质量,监督其工作状态,确保巡视到位和设备缺陷的统一、规范化管理,实现输电线路管理信息化的发展要求,使输电线路的运行管理逐步走上标准化、规范化、科学化的轨道[1]。

建设输电线路巡检系统,可以通过规范现场作业内容和作业人员行为,杜绝巡检工作的盲目性和随意性,使巡检工作简便容易执行的同时提高巡检质量,实现对设备的“可控”和“在控”[2];将安全生产责任制落实到每一个岗位上和每一个作业人员;实现安全生产管理由“事后分析”的被动管理模式向“事前管理”和“过程控制”为中心的主动管理模式的转变。

超高输电公司天生桥局管辖有18条输电架空线路(其中500 k V直流线路2条,500 k V交流线路8条,220 k V线路6条,35 k V直流接地线路2条,极址2座),累计线路长度1 000多公里,2 000多基杆塔,保证所辖线路安全稳定运行对保证南方五省区电力供应有举足轻重的意义。

1 传统的巡检方式及改进方案

开展输电线路日常巡检,是确保输电线路最小故障率的一项基础工作。此前,天生桥局采用人工巡视、手工纸介质记录,为了证实自己的确到过指定的巡检塔位,巡检人员还需要在目的塔位上签名,回到办公室后再由资料管理人员将巡视记录汇总到微机中。这种把信息记录在纸质上的工作方式虽然可靠,不易丢失,但是存在着不能保证巡检人员到位及对缺陷的描述不准确或不规范等问题,而且工作效率低,管理成本也较高[3]。

针对传统的巡检方式存在的问题,天生桥局输电部提出了建设输电线路巡检系统的构想,按照当前最前沿的掌上电脑(PDA)+卫星定位系统(GPS)+无线网络(CDMA或GPRS)+服务器+查询和管理工作站的模式建设。系统中各模块所处的位置如图1所示。

我局之前采取的巡检方式大致上按图2执行。

传统的流程虽然完全符合巡检管理的要求,但是其中存在很多可以进一步优化或改善的地方,天生桥局巡检系统针对以上流程提出了以下方面改进方案:

1)在上报巡检计划的同时上报作业指导书。因巡检计划和巡检作业指导书都归输电部管理,同时进行这两项工作可以为输电部管理层提供更多决策依据,不会给部门领导增添工作负担。

2)班组人员外出巡检过程中,实现每日无线上传巡检记录。采取这一措施有三方面的改进,一方面提高了班组人员和部门领导掌握现场情况的时效性,另一方面避免了因巡检人员对现场情况把握不准而未及时重视一些重大隐患,再一方面就是班组管理人员可以及时对已经产生的巡检记录进行查阅和编辑,在对存在疑问的记录进行询问时,巡检人员可以较清晰地回忆起当时的情况。

3)原始资料录入和数据统计工作由后台数据服务器完成。目前计算机网络技术和数据库管理技术都已经成熟,实现资料录入和数据统计变得唾手可得,这个改进是传统的巡检方式不可比及的。

除以上对巡检过程中的改进之外,对系统还提出了以下功能规划:

1)巡检终端实现基于地图的定位和导航功能。

2)巡检后台实现设备信息管理,缺陷流程管理,检查检测资料管理,简单GIS(三维)。

3)实现对巡检人员的到位监督和巡检质量考核功能。

2 应用效果分析

天生桥局输电线路巡检系统于2006年9月正式立项,2006年9月至2007年4月对系统进行全面开发和对输电部全体人员进行认知培训,2007年5月投入试运行。经过对系统在试运行过程中发现问题进行多次改进后于2008年年初正式投入使用。到目前,系统已经正常运行了近1年时间,总结巡检系统运行至今带来的明显效果主要有以下几方面:

1)增强了巡检工作的计划性

在巡检系统中可以对巡检人员、巡检时间、巡检设备等做详细的计划,如有必要,可以在系统内制定一年甚至更长时间多次的巡检计划。在每次巡检工作时间到来前,系统会有巡检任务提示,大大增强了巡检工作的计划性。

2)缺陷描述标准化、详细化、直观化

在缺陷描述中定义有常用语,发现缺陷后,只需在常用语中加上方位性的(塔号、距离、数量等)语句即可将现场的问题描述清楚,实现缺陷描述的标准化。对于描述不清的缺陷可以通过增加现场照片作为附件的形式填写缺陷,使缺陷描述更为详实,直观。当巡检记录上传后,在后台系统的三维地理信息上,存在缺陷的杆塔会有报警显示(字体颜色和大小的区别),鼠标点击报警杆塔时可以直观地显示缺陷的内容,管理人员可以更直观地掌握线路设备目前的状况。

3)规范了缺陷的管理流程

巡检记录上传后进入巡检系统,只有已授权人员(如班长、专责)有权限对巡检记录进行编辑,确定缺陷类型,确保缺陷定性准确。在缺陷管理中已经定义好一般、重大、紧急缺陷的管理流程,授权人员可以根据缺陷性质决定上报方式,一旦缺陷定性进入流程,则必须按照既定的流程往下走,不会造成漏掉缺陷或误报缺陷的情况。缺陷进入流程后,须经过相关人员的审批才能进行消缺,增强了缺陷处理的规范性。

4)实现了巡检记录及时上报

通过CDMA无线通信网络,巡检终端的巡检记录可以及时传回,确保缺陷的及时处理。

5)提高巡检效率和巡检质量

GPS+PDA+后台服务器,可以记录任一时刻巡检人员的确切位置,能够有效掌握现场人员巡检的进度情况。巡检人员必须进入设定的范围内,才能对设备进行巡视,减少了漏检或错检问题,确保巡检到位。巡检记录上传时,系统会自动上传人员的巡视日志,管理人员可以根据日志检查巡检情况。

6)巡检资料整理简易化

在巡检终端(PDA)直接填写好巡视记录后,通过巡检终端与后台系统之间数据的传输,后台接收数据后可以直接把巡检记录及日志数据归类、汇总、统计,因此节省了人工整理巡检资料的环节,既保证巡检资料的准确性,又节省了大量的整理时间。

7)设备信息更直观、明了

系统的设备信息管理中详细记录了所有线路组成构件的所有信息,可以非常方便地查询各线路所有构件的数量、型号、安装投运日期等信息。同时还设有设备异动管理,在有设备变更时,只需填写设备异动信息,对应的设备信息将自动更新。保证了设备信息的准确。通过三维地图,还可以比较直观地看出线路的走向、跨越、通道等信息。

8)取得了较好的经济效益

按照完成整个巡检流程节省10%时间来算,每条线路每次巡视至少可以节省1个工时。通过无线网络实时传输功能大大缩短了缺陷的处理时间,节省了技术人员赶赴现场判断和分析缺陷的用车、差旅等费用,因此在人力成本上可以取得明显的经济效益。另外在办公用纸,打印设备等方面也可以节省一定的费用。

3 存在的主要不足

1)公共资源无法满足系统的需要

目前提供无线网络传输的GPRS和CDMA网络,速率都非常有限,只能胜任少量数据的传输,对系统规划的上传缺陷附加图片功能,实现起来困难很大,制约了系统的实际效果。另外目前无线网络的使用费用较高,无法大规模使用。

2)目前输电部门缺少能对服务器进行全面维护的人员

由于输电部注重专业化管理,部门员工缺少数据库和网络方面的知识,当服务器或巡检系统出现涉及这方面的问题时,要解决问题存在一定的困难。

3)传统的巡检习惯未完全消除

由于长期在传统巡检模式下工作,部分员工难免已经受到影响。如在线路发生故障时,按目前的要求是携带巡检设备去巡检,而目前更多的是接到故障通知后立即就赶赴了现场。

4)对重复巡视记录的处理没有较好的处理方案

一开始考虑由微机自动识别再做替换处理,但考虑每条巡视记录的发现人和巡视时间的变化,加上有些缺陷危及程度在增加或数量上也有变化,因此未按简单替换处理。针对这个问题我们也提出了新的思路,但由于实施起来困难较大,还没有应用到目前的系统中。

4 结论

虽然目前天生桥局输电线路巡检系统还不是很完善,但该系统的应用解决了很多工作中遇到的棘手问题,顺应了线路巡检及管理标准化、专业化工作的发展方向,是推进输电线路信息化管理过程中一次大的进步。

参考文献

[1]陈勇,周炳凌,英晓勇.基于GPS的输电线路智能巡检系统的应用与展望[J].江苏电机工程,2007,26(6):26-27.CHEN Yong,ZHOU Bing-ling,YING Xiao-yong.Application Prospect of Intelligent Cycle Checking System of the Power Transmission Line Based on GPS[J].Jiangsu Electrical Engineering,2007,26(6):26-27.

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电力线路巡检系统 篇5

针对国内外常规直升机巡检输电线路存在采集设备集成度低、人工观察依赖性大、数据分析手段简单、巡检过程辅助导航能力差、巡检成本偏高等普遍性问题, 近日, 浙江省电力公司成功研制出一整套直升机智能巡检系统, 并通过省部级鉴定, 在国内外首次实现输电线路直升机巡检信息采集和管理数字化、对象捕捉和跟踪自动化、缺陷识别和诊断智能化。该系统多项技术属国内外首创, 整体技术处于国际领先水平, 是输电线路直升机智能巡线技术的一次重大突破, 将大幅提高直升机巡线效率和质量, 降低直升机巡线成本。

该系统经过100多架次和近1 500 km输电线路的实际巡检, 完全满足线路巡检的实际需要, 已节省巡检生产成本250万元, 若在浙江全省推广应用, 将产生每年2 500万元的经济效益, 具有显著的经济、社会效益和推广应用价值。该项目已获专利15项, 其中发明7项, 实用型及软件著作登记等8项。

电力线路巡检系统 篇6

1 现今输配电线路维护中存在的问题

1.1 维护过程不可控。

现在农村还有一些偏远的山村, 输配电线路基本上都是架配在室外, 尤其在偏远的山村, 这些地方山路难走, 对维护输配线路是非常困难的, 再加上出现问题往往是在恶劣的天气下进行的。在让维修工人对线路的检修和维护这个过程是不太容易控制的, 这样就增加了维修的难度。在一般的线路维修过程中, 通常都是包括好几个方面:计划那些线路要维护, 巡查哪些线路是需要维护的, 不定期的对某些线路集成抽查, 然后在完成工作。在这些过程中, 维护过程是不可以控制的。究其原因就是这些过程主要都是在户外进行的, 户外环境是不可以控制的, 这样整个维护过程就不可控。

1.2 维护资源管理困难。

在复杂的维护环境中, 对维护的管理是相当困难的。在维护过程中, 主要包括维护体质, 维护资源管理。在维护体质中, 主要是维护制定维护的工作管理制度, 增强维护管理制度, 在维护体质变化中, 要加强管理制度, 强化人的主人公意识, 这样就能发挥人的爱惜和管理心态。维护资源管理中, 发挥人人监督的作用, 资源进一步的优化配置, 在最大程度上进行集约化管理, 这样就能使的线路传输维护过程中, 能够在最短的时间, 很大的人员投入, 在第一时间将问题解决, 这样就是就能提高资源的使用效率。由于这两个方面的问题存在, 现在的输电配线维护过程中的管理资源困难就会很难的完成。

1.3 输配线路维护过程效率低下。

在现在的输配线路维护过程中, 人是主要的劳动力, 在恶劣的天气情况下, 人是很难尽最大努力来完成维护工作, 这样就有可能出现问题, 如果不能及时的解决, 就会造成很大的灾难。输配线路维护过程效率低下, 还是因为在现在如今的维护过程中, 时间主要浪费在维护人员的检查过程中, 检查人员在第一时间进行一点点的排查, 不能在第一时间进行将问题找到, 解决问题。

2 输配电线路巡检管理系统的设计应该遵循的原则

2.1 输配电线路巡检管理技术先进性原则。

21世纪已经进入信息化时代, 工作效率是最为中重要的, 在输配电线路巡检管理中, 先进技术能够在保证工作效率, 在结合计算机技术, 这样就能使系统更加智能化, 保证属配线电路巡检系统的正常化运行, 这样就能使工作效率最大化。同时也能确保安全生产, 为工作人员的正常工作提供有利条件和技术支持。

2.2 输配电线路巡检系统硬件应该稳定可靠。

在输配电线路往往在一些恶劣的环境下进行工作, 这样就对输配电线路的要求就会增加, 这样只有提高输配电线路系统的硬件要求, 才能维护系统的正常运行。在采购硬件时要选择硬件系统稳定运行, 在恶劣环境下正常工作, 系统的适应性范围要广泛。这样就能避免出现恶劣环境, 系统不能应对, 出现问题。

2.3 输配电线路巡检系统要能保证信息安全行原则。

输配电线路巡检系统应该要保证系统的信息安全, 这就需要对信息进行加密处理, 只有保证系统的信息安全, 这样才能避免信息的泄漏, 防止信息被不法分子窃取, 对国有财产破坏, 造成国有资产的流失。为了保证系统的安全性, 加强内部管理, 建立合适的网络安全管理系统, 加强用户管理和授权管理, 建立安全审计和跟踪体系, 提高整体网络安全意识。

3 输配电线路巡检管理系统的结构及其特点

3.1 输配电线路巡检管理系统的结构。

在农村, 输配电线路巡检系统的工作环境会是多种多样的, 同时为了适应这各种各样的环境, 就会增加农村线路的杆塔比例, 这样就会增加投入, 同时对工作人员的管理工作也是很复杂的。从投资的成本控制, 操作手段的复杂难易程度, 管理维护的简便程度等各种各样的因素来考虑, 设计出一种便于管理的系统。这个系统中主要含有一下部分:信息钮、识读器、掌上电脑和后台PC机。

3.2 输配电线路巡检管理系统的特点。

输配电线路巡检管理系统不仅数据管理, 图表的输出这些基本功能, 同时具有一下新的特点:可以将信息钮采集的信息在最大程度上读取, 防止信息漏检现象的发生, 然后在传到计算机中去, 可以进行信息的有效处理, 这样就能减少信息的漏失。将地理信息系统和计算机管理系统有机的结合, 这样工作人员就可以掌握电线杆 (电线塔) 的具体位置, 能够让工作人员足不出户就可以了解实时情况。自动化实时更新信息, 这样就能能及时准确的将信息传到终端设备中, 在局域网上进行共享, 这样就能使管理人员利用第一手的资料, 进行统计分析, 然后加强巡检的工作强度。

4 输配电线管理系统的应用和举例

4.1 输配电线系统的应用。

应用属配电线管理系统时, 需要各种能够采集信息的设备, 这设备叫做前端信息采集处理系统。在对应每个电线塔或者电线杆上要装上一个对应的信息钮, 这些信息钮是唯一的, 这将和电线杆或者电线塔的编码对应, 唯一固定。然后计算机就能结合地理系统进行准确定位这些电线杆的编码, 就能知道这些位置的具体地点。然后巡视人员就会将这些杆或者塔的信息进行录入, 那么计算机就会记录该电线杆的信息, 同时也包括该电线杆的各种各样的问题, 像是一些缺陷问题也会被记录下来。当这些电线杆或者电线塔一旦出现任何问题, 工作人员就能第一时间知道问题的存在。然后这些信息都会被自动保存在后台运行系统中, 等整个巡视阶段工作结束后, 工作人员就会将各种信息汇总整理工作。

4.2 输配电线系统应用举例。

这个新型的配电线路巡检管理系统已经在华北电网中投入使用。华北电网覆盖的范围特别广泛, 其中包括30多个县市, 跨越的各种各样的环境, 田野, 乡村, 城镇, 集市等, 这样不同的环境, 导致了电线杆和电线塔的分布情况就不能均匀分布, 这将给线路的巡检工作造成各种各样的问题, 巡检工作困难重重。在没有使用这个新型的电路巡检系统的时候, 都是采用人工巡检工作, 由于巡检工作相当麻烦, 这样工作人员的效率是相当的低下, 严重影响着电网的工作。自从应用了这个新型的系统之后, 由于改变了传统的人工巡检模式, 这样就能增加巡检的效率, 投入使用中, 多年来并没有受到环境的影响, 同时系统使用正常, 没有出现问题, 检测指标都是正常的, 符合系统的规范。这样, 系统巡检就是电子化, 同时配合计算机的使用, 就是信息化。在加上有排除问题的功能, 更加智能化。此系统不仅成本低, 同时操作还特别简单, 维护工作简单, 方便维护, 在工作效率上大大增强。这个系统适合在全国范围内投入使用。

结束语

输配电线巡检系统的不断提高和更新, 在不断创新的基础上, 才能避免巡检工作出现问题, 这样就会对推动输电电线巡检系统的建设做出重要作用。在加上新型的电路网络的使用, 能够增强系统的安全性, 为电力设备的正常运行提供优良的工作条件, 这样, 为人们使用电提供优质的服务, 同时还能给用户提供安全保证。

参考文献

[1]黄涛.输配电线路巡检技术的特性比较[J].电信技术, 2001, 1:45-46.

电力线路巡检系统 篇7

高压输电线路和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式。为保证供电可靠性,电力公司需要定期对线路设备巡检。高压输电线路巡检机器人能够代替人工进行电力线路的巡检工作,提高输电线路巡检的效率和精度。因此,高压输电线路巡检机器人的研究成为热点[1]。20世纪80年代末,日本、加拿大、美国等发达国家先后开展了巡检机器人的研究工作,部分实现了机器人的沿架空线路行走、跨越障碍和巡检等功能[2,3]。国内的研究起步较晚,始于20世纪90年代,在国家863计划资助下几家单位先后开展了此项研究,并取得了一定的成果[4]。综合国内外发展现状,巡检机器人仍处于实验室研发阶段,还需进一步的完善以达到实用化要求。控制、机械、损伤探测是影响巡检机器人应用与发展的关键技术,其中智能控制系统的设计对整机功能的实现具有至关重要的作用。为促进巡检器人的发展,我们研究设计了新型的履带式巡检机器人。

本文首先介绍了一种新型的履带式巡检机器人,然后重点阐述了机器人行走和越障的智能控制系统,分析了越障的动作规划过程,最后对机器人越障动作进行了仿真验证。

1 履带式巡检机器人的本体结构

原有110KV输电线路巡检机器人样机能够实现在线行走和自主越障功能,但存在重量大、关节多、机构复杂、运行不稳定等缺点。针对这些缺点,在保持原有样机优点的基础上,重新进行了机械本体结构设计,得到履带式巡检机器人。机器人整体结构如图1所示。

该机器人机械本体主要由3个单体和基座组成。每个手臂就是1个单体,其中前手臂和后手臂上具有驱动轮,并可以实现收缩、升降、旋转运动;中间手臂具有单轮没有驱动力,可以进行升降、旋转动作。机器人本体上具有10个驱动关节。机器人的基座是一个箱体,用于安放控制器、高能量蓄电池。这一设计在能够满足实现机器人在线行走和越障功能要求外,还具有以下特点:

(1)柔性臂采用折叠式结构,既能实现大范围跨越,又能实现整体回缩,使得机器人整体结构紧凑,重心变化平稳。

(2)手掌采用单侧开放式设计,简化结构,减少了驱动电机数目,减少了越障时的动作环节,提高了机器人的运行效率。

(3)采用履带式行走机构,增加了机器人与线路的接触面积,增大了机器人行走时的摩擦力,提高了机器人运行的稳定性。

2 智能控制系统

巡检机器人沿架空电力线路爬行,要跨越防震锤、悬垂绝缘子、线夹、杆塔等障碍,障碍物的类型相对固定。但是线路和障碍物的相对位姿和形态不是固定的,而且在实际环境中还有其他不确定因素。在障碍情况特别复杂,机器人仅靠自身的传感器可能无法完成判断,不能实现自主控制。因此,根据巡检机器人的工作特点,确定巡检机器人应具备主从遥控操作控制和自动控制2种方式[5]。所以本巡检机器人的控制系统由机器人本体控制系统和远程地面控制系统2部分组成。

2.1 基于递阶控制系统的系统结构设计

递阶智能控制是在研究早期学习控制系统的基础上,从工程控制论角度总结人工智能与自适应控制、自学习控制和自组织控制的关系之后逐渐形成的。由萨里递斯提出的基于3个控制层次和IPDI原理的三级递阶智能控制系统是比较常用的一种方法[6]。根据这一理论,结合巡检机器人的特点,设计了专门的三级控制结构,其结构框图如图2所示。机器人本体控制系统采用由组织级和执行级两级控制结构。

组织级的设计以基于PC104-PLUS总线标准的工控计算机系统为核心,其主要组成如下:研华PC104主板及附件、图像采集卡、调试检修控制面板、数据采集卡、超声波测距传感器、CCD高清晰黑白工业摄像机、无线网卡、电源模块。主控计算机连接机器人前后手臂上的摄像机和超声波测距传感器以确定障碍物的类型和位置,同时留出足够的I/O口以备连接更多的线路检测设备。组织级主要负责机器人任务分解和行为的协调。在远程遥控模式下,它接收地面主机发出的控制命令,并解释为各个关节的行为动作,发送给相应的执行级,同时将巡检图像传输给地面主机进行监视。在机器人自主运行模式下,它根据各种传感器的反馈信息和机器人的位姿信息,进行计算规划机器人的行为动作并发送给下位机,控制机器人自主行走和自主越障。组织级与地面控制部分通过无线网络进行通信,与执行级通过RS232进行通信。

执行级是递阶智能控制的最底层,要求具有较高的精度但较低的智能。因而,执行级的核心采用多片高性能、低功耗的STC系列52单片机,外围加上电机驱动器、限位开关、光电编码器,实现对各个关节电机和驱动电机的可靠控制。

远程地面控制部分由监控主机和无线通讯模块组成,可以监视机器人的运行状况,存储机器人拍摄的录像,实施遥控操作,控制机器人行走、越障、停止等。

2.2 基于专家控制系统的动作规划

巡检机器人的行走环境介于结构化和非结构化环境之间。这就要求机器人具有一定的智能,能够根据实际情况进行在线行为动作规划,从而实现自主行走和自主越障功能[7]。对于相对固定的障碍物类型,可以事先规划动作序列。在运行过程中,根据实际情况再对越障动作进行部分的在线规划与事先已规划的动作相结合,生成适用于当前情况的控制行为序列。因此,机器人本体控制系统组织级的主要任务是进行局部的行为动作规划。

组织级代表控制系统的主导思想,并使用人工智能控制技术。在此,采用基于专家系统的组织级机构模型,用于实现组织级对高层信息的处理,实现机器人的机器推理、规划、决策、学习和记忆操作。专家控制系统是应用专家系统概念和技术,模拟人类专家的控制知识与经验而建造的控制系统。它需要获取在线的动态信息,并对系统进行实时控制,几乎所有的专家控制系统都包含知识库、推理机、控制规则集和(或)控制算法等。根据专家控制器的设计原则,结合巡检机器人控制的特点,采用基于规则模型的专家控制器。专家控制器一般模型的基本形式为:

式中:E为控制输入集;K为知识库中的经验数据和事实集;I为推理机构的输出集;G为规则修改指令;U为控制器输出集[5]。

根据上述控制模型,可确定基于产生式规则库的专家控制器结构图,如图3所示。根据图3所示结构图,可以确定机器人动作行为规划的控制过程。当机器人遇到障碍物的时候,首先主控机获取障碍物的图像信息,在特征识别和信息处理环节通过图像处理程序得到障碍物的特征信息,在知识库中进行查询与之匹配的信息,进而确定障碍物类型。然后再通过推理机构结合行为规则知识库,获得动作规划的行为命令和规划的目标,再通过控制规则集把这一宏观上的行为命令解释成具体的动作命令序列。最后发送给执行级,由单片机和驱动器,利用传感器的反馈信息,准确地完成各个关节的协调动作。当一宏观命令执行完毕后,主控机通过传感器获取当前障碍物和机器人位姿,判断是否达到行为规划预期目标。若没有达到预期目标则根据当先信息重新进行动作规划,继续执行。若已达到预期目标则直接执行下一条行为命令。

在整个控制过程中需要不断的接受传感器的反馈信息。3个传感器信息反馈环所对应的传感器不同,反馈的时刻和作用也不同。内环的传感器反馈电机光电编码器信息,用来控制电机转动速度和转动角度。中间环反馈关节动作命令结束条件的信息,如限位开关、光电开关的信息。当满足结束条件时,根据这些信息,来判断决策如何执行关节动作中的命令,它是关节动作序列中的执行取向反馈环。外环是在一条行为规划命令执行结束后,把障碍物和机器人的位姿信息反馈给主控机,根据这些信息和行为规划预期目标库中信息比较判断是否需要重新规划。它是命令执行后实际效果的反馈环节。

巡检机器人按照上述的行为规划过程,利用3个反馈环,就可以自主地进行越障行为规划和越障运动控制,实现自主越障功能。

3 越障动作仿真

对巡检机器人越障的典型任务——跨越悬垂绝缘子串,进行机器人的运动学仿真,验证越障动作是否合理、功能能否实现,并分析在特定动作规划下的运动学特性。本文仅部分列出了跨越悬垂绝缘子串的分解动作,如图4所示。(a)图表示巡检机器人正常行走的姿态。行走过程中,前手臂上的摄像机和超声波传感器用于判断障碍物的类型和距离。(b)图表示前手掌脱线后位姿,基本动作是小臂和肩关节的旋转。在此过程中利用腕部的光电传感器检测手掌是否脱线,通过编码器记录肩关节和肘关节旋转角度。(c)图表示机器人向前移动跨越悬垂绝缘子串(障碍)后的位姿。中间手臂的超声波传感器判断中间轮是否接近障碍。(d)图表示重新挂线后的位姿。它是脱线的逆过程,关键是利用肩关节转动角度的记录和手掌上的多个光电开关,来保证手掌平行处于电线正上方。(e)表示后手臂单体调节至与前手臂对称的位姿和向上移动并外摆脱线后的位姿。中间手臂的上升和摆动是通过光电传感器和限位开关控制。(f)图表示巡检机器人向前移动,越过障碍并重新上线后的位姿。前进距离通过后手臂上超声波传感器控制。(g)图表示后手臂重复前手臂的动作,越过障碍后的位姿。(h)图表示机器人完成越障动作,恢复初始状态。

机器人基本动作是大小臂的升降、手掌的脱线和挂线、肩关节的旋转,其越障是通过这些基本动作的协调配和来实现。通过仿真验证了越障动作的可行性、正确性。自主越障的关键是对障碍物位置和机器人位姿的判断,这需要根据传感器信息融合技术,综合利用多种传感器来实现。

4 结论

履带式巡检机器人是输电线路巡检机器人研究的新尝试。本文主要从控制角度进行研究,把多种智能控制理论应用到巡检机器人的控制上。根据巡检机器人工作特点,提出了基于递阶控制理论的系统整体结构设计和基于规则库模型的专家控制系统用于机器人行为规划,分析了行为规划过程。另外,通过对越障过程的仿真,验证了越障动作的正确性。

摘要：文章介绍了一种新型的履带式高压输电线路巡检机器人,阐述了基于递阶控制理论的分级控制系统结构设计和基于规则库模型的专家控制系统控制策略,仿真验证了机器人越障动作过程的正确性。

关键词：履带式巡检机器人,递阶控制系统,专家控制系统,规则库

参考文献

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[6]蔡自兴.智能控制[M].北京:电子工业出版社,2004,8.

基于无线传感网络电力巡检系统 篇8

电力线巡检是电力安全生产的一项重要基础工作。它保障了电力线与输电设备的安全运行,也可以尽早地发现电力线输电设备运行的风险,为电力部门能够及时采取措施避免损失提供依据。

目前,使用带有GPS模块的PDA以及基于GIS(地理信息系统)的MIS(信息管理系统)组成的巡检系统已经广泛用于电力线巡检当中。其中PDA用于巡线员记录和存储电力巡线信息,GPS模块用于定位巡线员位置及输电设备位置,管理人员通过基于GIS的MIS分析和储存从PDA接收到的信息,并进行相应的管理检查。应用这种技术可以实时的与管理信息系统进行信息交流。

在现有的实时巡线解决方案中,还有许多不足的地方。在电力线巡检过程中,GPS定位的精度是一个重要问题,它很难定位潜在故障的精确位置,这些数据完全来自巡线人员的手工记录,数据的收集和故障的判断完全依靠巡线人员的相关知识与经验,这样就很难做出正确及时应对潜在安全风险的决策,而且巡线数据完全采用手工记录的方式使得系统标准化很难实施。

针对目前电力巡检的不足,文中提出一种新的利用无线传感网络的电力巡检解决方案。它可以很大程度上提高电力线巡检的工作效率和质量。

1 系统组成及其主要功能

无线传感网络巡检系统包括三个部分:杆塔电力线信息采集系统,手持管理设备与中心管理信息系统。杆塔电力线信息采集系统负责收集杆塔,电力线所需检查信息;手持设备记录并储存这些信息,而后将其发回中心站管理信息系统;中心站管理信息系统分析这些信息得出相应处理方案。

1.1 杆塔电力线信息采集系统

杆塔电力线信息采集系统主要由无线传感网络组成。在电力线巡检过程中,工作人员主要收集如下几种信息:

杆塔基本信息:杆塔金属表面完好程度,倾斜情况。

输电线和地线基本信息:输电线是否夹断或着破裂,输电线是否存在腐蚀状况和温度异常,地线是否发生腐蚀。

绝缘子:绝缘子是否出现磨损,或因高温度烧毁。

以上这些方面,杆塔基本信息,绝缘子信息,输电线温度可以通过部署传感器进行采集。将传感器布置在检测所在的地方,这些传感器节点组成一个无线传感网络,每个传感器节点发送信息到数据采集节点,采集系统的拓扑结构如图1所示。

图1中的所有节点通过ZigBee无线传感网络技术组成,主节点收集采集数据节点所采集到的杆塔信息。当主节点接收到来自传感器节点的信息时,它将这些信息打包并等待通过无线网络传输(如WiFi,CDMA等)至手持设备。

1.2 手持管理设备

手持式装置由三部分组成:工作人员手持的掌机PDA,PDA的客户端系统和无线通信模块。无线模块负责连接到数据采集主节点。PDA客户端系统具有下载巡检任务信息的功能:包括开始巡线时从中央管理系统下载的初始杆塔的信息和电力设备信息。当工作人员到达信息采集系统附近时,PDA系统从数据采集节点接收信息,工作人员这时可对两种信息进行比对分析。最后,储存分析结果并记录下定位信息。工作人员同时应该将采集系统无法收集的巡检信息,如设备表面的完好情况,被腐蚀程度等信息采用手动的方式进行记录。

杆塔电力巡线采集系统和手持设备的通信过程运用了无线网络传输。无线网络传输的有效通讯距离大概为100米左右。当手持设备进入无线网络可访问范围时,它可以探测到的数据采集节点的数据。经过验证后,手持设备与数据采集节点之间建立通信信道。手持设备可以从数据采集节点下载信息。手持设备与中心管理站的信息交互方式既可以采用无线方式,也可以采用更加稳定的有线方式。在工作人员检测开始时,所需检测的任务信息这时可以直接通过网络从基于GIS的MIS上下载。手持设备与MIS中心站可采用GPRS网络为基础的通信方式,这样可使巡线检测实时性增强,但是成本也会随之增加。

1.3 MIS中心站(管理信息系统中心站,以后简称中心站)

中心站是电力巡线系统管理和控制的核心。这是一个以GIS为基础的电力巡线MIS,它有如下四个功能:

①输电线及杆塔管理。

②电力巡线任务管理。

③故障管理。

④决策管理。

通过以基于GIS的MIS可以直观显示出塔和输电线分布情况,并可动态安排检查任务。它很容易监督工作人员的状态和杆塔电力线的位置。通过分析杆塔信息,预测潜在安全风险,做出决策。

2 系统通讯模块与主要功能模块介绍

2.1 通讯模块

无线传感网络巡检系统中存在两个主要的通讯模块,分别是:杆塔电力线信息采集系统与手持设备之间的通讯模块,和手持设备与中心站之间的通讯模块。重点介绍的是前者。整体通讯模块如图2所示。

2.2 杆塔电力线信息采集系统数据采集节点

ZigBee是传感器节点之间的协议,数据采集主节点和手持设备的数据传输可以通过无线网络进行传输。主节点从每个数据采集节点收集信息,然后发送该信息到手持设备。所以要在主节点中设计出收集数据与协议转换的功能。如图3所示为一个利用了双协议转换进行数据传输的模型。

ZigBee协议栈先对来自数据采集节点的数据进行处理,然后将其存放于应用层的数据缓冲区。当缓冲区的数据达到一定的数量时,将这些数据通过无线网络协议栈发送出去。

2.3 手持设备主要功能设计

现在在PDA上运行的操作系统主要是以WINCE为基础的操作系统。应用VC++语言进行客户端软件开发,客户端软件主要具备的功能有:从数据采集节点下载信息,储存数据并发送数据到中心管理站系统,任务信息搜索,定位和人工记录其他信息。

2.4 中心站系统主要功能设计

应用C#语言对中心管理站信息系统进行开发。并应用Mapinfo(一种桌面地理信息系统软件)进行可视化电力线结构图开发。相比其他电力巡线管理系统,该系统可以实时地生成和修改巡检任务。电力线巡检过程中发现的故障可直接显示在结构图中,并可将故障以表格形式输出。系统主要功能如图4所示。

3 结束语

因为信息传输网络建立的便捷性,高效性,并可在没有基础设施的支持下,形成自组织和规模化,所以无线网络一直是在电力系统自动化研究的重点。

在电力系统的实际应用中,有线通信是主要通信手段,尤其是在与安全密切相关生产领域。在电力巡检领域,一些检测系统利用无线网络作为他们的通信手段,但运行成本高,是这些系统的主要缺点。随着无线网络的发展,利用电力巡线系统的无线网络的前景是光明的。在目前的无线技术发展中,无线网络在电力巡线应用应遵循规律和克服的困难有:

传感器节点的维护问题。传感器节点由电池供电,电池的使用寿命必须被考虑。如果电池寿命太短,节点维护的频率,和整个系统的维护费用会非常高。如何提高电池寿命的关键点之一。

无线网络的稳定性。环境是无线网络的主要影响因素。如何确保无线传感网络长期稳定运行是非常重要的问题之一。

避免电磁干扰。检测系统主要分布于高压电力线,围绕在大功率器件周围,电磁干扰非常强烈。如何避免电磁干扰进行信息传输是必须考虑的最要问题之一。

通过使用无线传感器网络和无线网络技术,提出了一种新的电力巡检系统,这个系统包括信息采集系统,手持设备和中心站管理信息系统。最后,我们讨论了发展前景和必须克服的困难,为进一步研究基于无线网络的电力巡检系统提供部分经验。

参考文献

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