智能输电线路巡检缺陷记录仪的设计与开发

1、 智能输电线路巡检缺陷记录仪的设计与开发 摘要：输电线路的巡检是核心的日常业务，能够及时发现设备缺陷和线路隐患，保证线路的安全和电力系统的稳定运行。当前在输电线路的缺陷记录基本上靠人工的方法来解决，容易发生描述不清、操作不规范、无照片证据等问题。为此，本文开发了一种用于输电线路巡检使用的手持缺陷记录仪。在巡检时记录线路的缺陷现象、缺陷原因、缺陷地点等信息，能够在发现缺陷的第一时间进行拍照取证，并在线发布电子稿违章整改通知书。同时，能够进行巡检线路的规划和任务下发，实现违章整改情况跟踪，保证了输电线路巡检过程的标准操作。关键词：电力线;缺陷巡检;缺陷记录;智能监控1概述输电线路的运行维护是国家电

2、网公司的核心业务，其中对线路的巡检是重要的日常业务之一。线路巡检目的是通过巡视检查来掌握线路状况和周围环境的变化，1发现设备缺陷和危及线路安全的隐患，提出具体的消缺要求，以便及时消除缺陷，降低故障发生的风险，保证线路的安全和电力系统的稳定运行。从而达到电力系统“安全、稳定、高可靠”的运行目标。根据统计，2017年到2018年期间，国网浙江省奉化供电公司的输电线路由于绝缘子异常等缺陷，发生电网故障110余次。输电线路缺陷不仅给供电线路的维修等造成了重大影响，而且，由于停电所造成的经济损失和社会影响更是难以估计。因此巡线时的及时记录和高效的整改显得越来越重要。2当前在输电线路的缺陷记录基本上靠人工

3、的方法来解决，线路巡视组沿着线路走向巡视线路状况和周围环境，当发现线路缺陷或者隐患的时候，进行手工记录，然后使用数码相机将照片拍下照片，到办公室进行整理，如果遇上周围环境存在安全隐患的现象，还需要向业主填送“违章整改通知书”。3对缺陷和隐患，通过人工的办法进行消缺监督。这些操作方法容易发生人为问题，如故障原因描述不清、巡检程序操作不规范、照片和实物难以一一对应、违章通知书难以跟踪、缺少缺陷的位置信息等。针对上述问题，本文研发了一个用于输电线路巡检使用的手持缺陷记录仪。在巡检时记录线路的缺陷现象、缺陷原因、缺陷地点等信息，能够在发现缺陷的第一时间进行拍照取证，并在线发布电子稿违章整改通知书。同时

4、，能够进行巡检线路的规划和任务下发，实现违章整改情况的跟踪，保证了输电线路巡检过程的标准操作。2设备缺陷识别算法为了对无人机巡检业务数据进行综合管理，并对输电线路故障缺陷进行识别。本文采用了基于深度卷积神经网络的图像识别算法，对输电线路故障进行识别。同时对计算结果进行分析，用于指导电力系统检修工作。输电线路典型设备缺陷识别技术采用了faster-rcnn算法，其基本思路是利用无人机巡检技术获得的照片和视频数据中对电气设备进行标注，然后与数据库中的典型设备缺陷数据进行对比。进而识别出现场设备的缺陷，算法流程如图1所示。无人机巡检系统典型设备缺陷识别的算法流程如下：1）样本制作首先对获得的图像数据

5、进行设备特征标注。然后从中随机抽取总数的90%作为深度学习算法的训练数据集，剩余图片作为测试数据集。2）模型训练利用faster-rcnn对样本数据进行训练，并使用随机梯度法对faster-rcnn算法参数进行实时更新。当数据满足识别误差要求时，停止训练。3）模型测试使用测试数据集对步骤2）得到的深度学习数据模型进行测试，并根据测试结果判断模型是否需要修正。4）目标样本制作针对电力系统中设备的典型缺陷特征制作检测目标分类器样本，并利用faster-rcnn算法对分类器样本进行测试。检测算法能否满足缺陷识别的要求，从而对样本进行修改。5）模型应用利用上述步骤训练得到的基于深度神经网络的faste

6、r-rcnn模型对无人机巡检得到的照片数据进行设备缺陷故障识别，并对故障进行分类标注。6）参数更新在原有图像识别模型的基础上，抽取新采集到的数据图像重新制作faster-rcnn识别样本，从而实现对模型的不断优化，提高模型的识别效率。3智能输电线路巡检缺陷记录巡线仪本文开发了一个智能输电线路巡检缺陷记录仪，实现了输电线路巡检信息的标准操作和缺陷记录，并能在现场实现违章取证和违章整改通知书发放。为此，主要研究了以下几个关键问题：3.1输电线路巡检项目本体建模根据架空送电线路运行规程要求，架空输电线路巡检的主要内容包括七个项目，分为沿线环境、杆塔基础、接地装置、杆塔本体、导线和地线、绝缘子金具及导

7、地线附件线路等部分，并分别记录其线夹测温、接地电阻、导线缺陷、周边环境、绝缘子异常等问题，共计42项检查要求。我国电网企业在设备运维管理过程中，以中文形式记录设备的故障、缺陷、检修、消缺等信息，以手写方式或者电子文本形式保存在信息管理系统中。由于存在手写描述的多义性，或者同一缺陷或者同一个部件的多种描述方法，很难把缺陷信息和具体的对象能够对应起来。因此当选中缺陷部件时，无法自动关联检查要求，使缺陷登记有针对性。更无法从中文文本信息中挖掘出直观的可靠性统计信息。解决这个问题的方案只有对塔杆本体、基础、接地等部件进行本体建模。本文以42项检查要求中的电网缺陷文本为研究对象，建立故障与缺陷基本词库，

8、形成本体字典。经过对大量缺陷文本的分析，我们发现，一个设备可能存在多种缺陷情况，因此建立了电网缺陷文本的语义框架与语义槽，用多个语义槽对一个设备的语义框架进行填充。通过输电线路缺陷的本体字典的建立，由此保证了42项检查要求的规范输入和规范描述。3.2输电线路巡检项目可视化信息建模根据巡检规程，需要对巡检项目拍摄6张照片，进行缺陷记录和现场取证。因此需要将缺陷和现场拍照取证图片对应起來，能够实现缺陷描述和图片一致。为了实现现场办公，同时为了方便日后电网系统对缺陷的管理和统计，本文研究了缺陷图片和文本描述之间的关联。在本文所开发的数据库中，既有缺陷的文本描述信息，又有图像信息，文本与图像之间有着密

9、切的联系。既可通过缺陷的文本描述来检索到相应图片，也可借助图片说明的信息来检索、识别图片。本文实现了基于文本的目标项的相似性匹配检索，基于文本内容项的相似性匹配检索，基于图像目标项的相似性匹配检索，检索过程中在不同阶段结合了模糊匹配和精确匹配。实验证实：动态地综合文本信息和图片信息能最大程度地满足对特定缺陷的检索要求。3.3离线式缺陷数据记录和保存技术研究输电线路的数据，包括线路走向、位置、级别等数据（包括缺陷数据）对电力供应具有重要的意义，需要保证数据的安全性。为了确保数据的完整性和私密性，本系统中采用了离线数据存储的方法，因此需要研究离线的缺陷数据保存和记录办法。包括基础数据交换和巡线、缺

10、陷数据的记录与保存。3.4异种系统间直联状态下的数据交换技术研究由于电力系统数据涉及到供电线路的安全，根据有关规定，国网系统的数据不应该再互联网环境下进行数据传递，为此需要研究移动设备和计算机之间再直联状态下的数据交换技术。本文采用json为数据交换格式，通过usb接口实现数据的通信和校验。交换的内容包括基础数据的同步，缺陷数据的传输等。3.5缺陷记录仪业务实现在实现了基础数据和本体建模和可视化建模后，缺陷记录仪的各类业务可进行实现，具体包括：（1）巡线任务管理：可按日期下发巡线任务，确定执行人员，制订开始日期和结束日期，并按实际完成时间进行跟踪管理。（2）缺点/隐患管理：可通过多种查询方式对

11、不同输电线路的缺陷进行浏览，可看到缺陷种类和描述，具体时间和位置，文字描述和照片描述均可查看，包括巡线线路、缺陷数据、缺陷描述、缺陷照片和环境信息、环境照片等。并可查到是否已经发放整改通知书，以及整改情况反馈。（3）违章整改通知书发布：如果遇上周围环境存在安全隐患的现象，可现场拍照取证，并向业主填送“违章整改通知书”，并进行记录。该系统可跟踪业主是否在规定日程内完成整改，如果多次违规且不整改，可提出警示信息，通知电力部门进行现场执法。3.6缺陷信息查询和分析电网企业每年要进行的设备缺陷分类与分析统计工作，往往依靠人工进行，不仅工作量大，耗时耗力，而且容易出现错误。计算机系统对收集起来的缺陷数据

12、进行保存和整理，以便检查、查询和消缺情况的记录。通过对缺陷记录仪的数据的导出和记录，也便于对缺陷进行管理和各类统计分析，从而提供电力设备故障预测和预防性维修的依据。4输电线路智能巡检技术在输电线路管理工作中，线路巡检管理是十分重要的基础性工作，通过对输电线路进行巡检，有利于掌握输电线路的运行状态，及时发现线路、设备的隐患问题，然后提出相应的检修方案，为电力线路的正常运行提供保障。在传统的输电线路巡检过程中，一般采用人工巡视方式，由工作人员采用进行纸介质手工记录，不仅应用成本高，而且巡检结果容易受到人为因素的影响，同时，随着用电量的逐渐增加以及电力体制改革的加快，电网建设规模不断扩大，输电线路运

13、行复杂程度也越来越高，基于此，如果依然采用传统的输电线路巡检方式，则很难适应当前电力系统信息化管理要求，因此，必须对线路巡检管理进行详细探究。4.1机器人智能巡检技术通过机器人技术在巡查工作中案例来分析，我们总结机器人巡查技术主要有以下特点：（1）由于身体的笨重性在进行巡查作业时行动性比较缓慢，影响整个巡查工作的进度。（2）受环境的影响因素较小，能够在各种复杂的地形条件下进行巡查作业。（3）需要和其他巡查技术进行共同使用方可实现整个巡查工作的效率性。通过近些年发展来看，这项技术在高压输出线路的巡查工作中，已经逐渐走向成熟并得到广泛的使用。通过实际的操作案例分析发现，机器人智能技术在进行高压线路

14、巡查作业时，它的主要功能有以下几个方面：（1）定位、（2）越障、（3）特殊巡视、（4）数据分析处理，机器人技术在进行巡查作业时，对整个线路的巡查工作除了自身具有一定的机动性之外，机器人的躯体还能进行装载摄像机和红外测试仪这些外在设备的配置，有利于整个巡查工作的数据分析并将巡查的数据记录下来并反馈到总部，电力巡查的工作人员便可以根据机器人拍摄的数据对整个线路运行的正常与否进行分析。下面将对机器人智能技术运用的智能进行简要分析。4.2巡检地理信息系统（gis）子系统的要求：基础数据建库。根据业务管理规范和系统技术规范建立电力巡检业务基础数据库。基础数据包括：线路信息、区段信息、杆塔信息等。基础数据

15、建库工作包括：数据建模、数据规范化整理、数据导入、数据校验等。gis图层生成。基于杆塔经纬度坐标和线路、杆塔基础数据，系统自动生成相关gis专业图层（杆塔图层、线路图层）。图层动态加载。系统只针对地图可视化区域加载对应的杆塔和线路图层，可视化区域发生改变时自动重新加载，通过可视化区域的动态加载，以提高地图图层信息显示的速度，优化用户体验效果。4.3在线监测智能技术由于现代工业科学技术的快速发展，整个社会的经济也快速增长，想要实现工业经济的进一步发展，各个行业都需要对以往的工业技术进行改进，才能实现自身飞跃性的发展，从而从中获得更大的经济效益。也正是这一理念推动了整个社会发展的快速进步，在我国的

16、电力系统的管理中也不例外。从我国电力系统的结构分布来看具有广大等特点，在进行高压输出线路巡查时还容易受到不同的地形环境的影响。因此在输电线路巡查工作中除了通过上述两项智能技术进行巡查时，还可以依靠在线监测技术对整个线路的运行情况进行及时监控，这样才能保证我国电力系统的安全性。通过实际案例分析在线稽查技术，例如在2017年1月，某电力单位想通过该项技术对500千伏输电线路整个电力线路的运行情况进行监控。这也是在线稽查技术首次运行到高压电输出线路的巡查工作中，通过最后的巡查结果发现，这项技术在安装运行中，需要通过前端监测分机和监控后台这两方面的组成方可对整个线路进行全面的检查，该装置在能源的获取上

17、主要是太阳能电池来获取能源，并依靠通过gprs+3g/4g双通道通信方式对整个线路的信息情况进行检测。这样才能保证整个线路检测的稳定性。4.4巡检定位子系统的要求立即定位。移动巡检终端和电脑端分别提供实时定位查岗功能，管理人员选择人员可以实时获取其当前位置，支持多人同时定位查岗，定位信息可以在电子地图上显示。对于定位异常时，则要给出相关提示（如：离线状态）。定时定位。移动巡检终端可以定时向服务器上传位置信息，定时定位的规则可以自定义配置。人员位置分布。移动巡检终端和后台系统分别提供当前所有人员的位置分布地图功能，可以在电子地图上显示所有人员的当前位置点。4.5数据安全为了确保线路数据信息的安全

18、，智能巡检系统应用的服务器是智能巡检终端提供的应用支持。缓存服务器主要应用于数据源的交换数据，它主要是用于临时数据的存储，这样不但能够确保数据的源端唯一特征，还能够确保数据信息的安全使用。运维检修人员在现场使用查询操作功能，将智能巡检系统的服务器与数据源作为信息交换的唯一桥梁，通过正向与反向的物理隔离，从生产管理系统与地理信息系统中获取到信息的缓存服务器。缓存服务器将运维检修人员查询的信息发送到智能巡检的终端。电力线路的运维检修人员在将数据上传到数据源系统时，将数据信息通过智能巡检终端的形式上传到缓存的服务器，缓存服务器在将信息同步到数据源的系统中。在完成数据信息交换任务以后，数据从缓存服务器中删除，确保数据信息的安全使用。5结语我国电力系统处在高速发展阶段，過去20年发生过300多次事故，因此在输电线路管理工作中，线路巡检管理是十分重要的基础性工作。本论文开发了一个手持智能输电线路缺陷巡线仪，研制成功并推广应用后，能够解决输电线路巡检中的以下业务问题：（1）规范输电线路巡检的操作规范：包括巡检线路和巡检铁塔记录、巡检内容、巡检位置等信息;（2）能够实现线路巡检信息的标准化：包括根据规范指定的6张照片，巡检中应该记录的接地电阻、线夹温度、周边情况等;（3）实现了对象缺陷的管理和统计：通过对缺陷记录仪的数据的导出和记录，便于对缺陷管理和分析;（4）实现了对违章整