输电线路防外力破坏智能化管控系统的探究

输电线路防外力破坏智能化管控系统的探究

马建波 陈柳宁 庄严 向峰 薛宇 张汶卓

国网南阳供电公司

摘要：统计显示，每四次输电线路跳闸故障就有一次是由外力破坏导致，已经成为除雷害外的输电线路安全运行最大隐患。现阶段普遍采用的主要防外力破坏措施包括工作人员定期巡线，对输电线路周边进行巡查、围划保护区范围、悬挂安全警告标示牌等；在输电线路周边架设红外、激光或磁场等传感器，在异常进入该区域时触发报警设备；在保护区域架设网络摄像头，通过3G网络等手段将视频数据定时传回数据中心等。上述模式都存在不同问题，如通过网络摄像头对输电线路保护区域实施监控存在着规模和时间上的限制，想要对大范围的输电线路实施监控，需要大量工作人员长时间盯着多个监控窗口，对研究输电线路防外力破坏智能化管控系统迫在眉睫。

关键词：输电线路；防外力破坏；智能化管控系统

随着电力设备的改进升级，由风偏、覆冰等因素造成的输电线路故障逐渐减少，雷击、鸟害等造成的输电线路故障多为瞬时性接地故障，而外力破坏造成的接地故障多数无法通过重合闸进行修复，即为永久性接地故障，因此造成的停运率较高。而输电线路防外力破坏智能化管控系统能够对自动检测和判别区域内出现的异常状况，智能判断监控区域是否出现输电线路受到外力破坏及外力破坏的类型，真正实现24小时不间断智能安全监控预警，将输电线路故障从“事后管理”向“事前、事中预防”转变，有效防止其由外力因素而遭受的破坏。

1. 输电线路防外力破坏智能化管控系统的总体架构

1.1 系统的技术架构

图1 输电线路防外力破坏智能化管控系统的技术架构

系统采用App端+后台WEB端的总体架构，App端与后端数据交互采用公网，后端服务器部署于工区机房内（如图1所示），其中APP 前端的主要功能是完成界面呈现以及对大修改数据、输电线路数据、外力破坏隐患数据的渲染和展示等功能，后端的主要功能是优化轨迹记录和数据操作访问等业务逻辑。

整个系统分为如下四个层次：（1）数据层。数据层是整个平台分析与展示的基础，源数据主要通过 SOA 服务平台，以Web service、文件、定制规约等方式，按照统一的电网信息模型和接入标准，完成各类数据的接入；（2）网络层。网络层主要是系统进行通讯与数据交互的物理基础，包括电力专网、光纤、以太网等；（3）平台层。平台层通过智能化的数据分析技术，对外力破坏信息进行实时管控，通过并将源数据与分析结果以可视化方式进行展示，实现各业务部门的信息共享、协同管理和资源优化；（4）用户层。用户层是用户通过PC电脑浏览器、手机APP等客户端，访问系统进行信息浏览、查询、管理等操作。

1.2 系统的信息安全设计

为了服务器和终端之间数据在传输过程中的安全，还要对其加密设计，加解密设计如下:

一方面，数据加密。系统采用一个MD5哈希值校验位Sign，以校验位判断传输过程中的数据是否被篡改。先把传输数据的格式转换成JSON，再用MD5算法加密JSON数据以得到哈希值，再把哈希值赋给 Sign 属性，然后DES加密JSON数据，最后传输。

另一方面，数据解密。 接收到数据后，先DES解密得到JSON数据，然后MD5加密得到哈希值，这个哈希值与Sign哈希值对比结果若一致，表示数据完整未被篡改。此外为了提高系统用户密码安全，密码采用MD5加密后存储。

1.3 系统的数据库设计

数据库为一种用来管理各种数据资源的系统，数据库中会存储线路外力破坏隐患信息管控APP涉及到的各类数据。性能糟糕的数据库常常存在扩展困难、信息冗余大等缺陷，因此在设计数据库表时要遵循以下原则:

第一，慎用游标。游标的功能是逐行遍历数据库中的数据，根据条件来读取数据，但是对大数据定义的游标由于其容易陷入死循环，进而有损系统性能。

第二，规范命名。数据库中的表、约束和存储过程等的命名要遵循相应的命名规则。对象的名称一般长度在 30个字符以内，常常使用实际名称或其前缀。在本系统中规定采用实体对象的英文全称或简写来命名。

第三，数据应具有良好的完整性和一致性。在表与表之间建立关联可以有效降低数据冗余度，但由于表关系会增加系统开销，所以在数据操作时会存在适当的冗余。此外还要采用相应的约束和规则来防止数据出错。

综合考虑，本系统选择MySql作为APP的数据库，MySql数据库具有成本低、速度快、体积小以及开放源码等特点，所以很多中小型网站都采用了MySql。服务器可以在服务器、客户端联网时单独运行，也可以嵌入到别的独立程序中，这类程序既可以在网络环境中运行，也可以单独使用。

2. 输电线路防外力破坏智能化管控系统的功能设计

第一，数据接口。GIS维护负责各业务应用的图层(含属性)的建立和维护。二维GIS控件及WebGIS组件使用GIS维护系统建立的空间数据资源和地图资源，提供内部接口并可嵌入各业务系统，以满足各业务系统的地理应用功能，GIS系统同时可通过标准组件空间信息(坐标、属性)和地图。

第二，外力破坏管控系统相关数据接入及管理。通过研究电网外力破坏分布现状，接入地理信息、线路气象、线路基础、线路故障、现场监测、日常巡线、外力破坏隐患等多维度数据，然后对数据进行整理和清洗，使其能够适应外力破坏管控工作的开展，并对数据进行统计分析和展示，让数据能发挥直观的作用，辅助专业人员进行输电通道的外力破坏隐患管控工作。

第三，隐患数据上报。在已有的杆塔缺陷隐患数据追加包含文字和图片的巡视记录，追加的记录可同步上传到服务器中，还能给杆塔新增隐患数据，并能对数据按照不同的危害程度而分类，以达到集中管控线路缺陷隐患的目标。

第四，记录、查看巡线轨迹。 通过开发外力破坏隐患巡检APP应用工具，利用智能移动终端的GPS模块，自动采集巡线人员作业时间的位置信息，并上传至巡线管控平台。基于GIS地理信息系统管理软件实现巡线人员的巡视路径的呈现与查询，Web端还可查询单个用户 和全班组的巡视路径信息。

第五，天气查询。进入天气查询界面，默认显示当前设备所在地的天气，显示当天各个时段的天气和最近天的气象预报，也可选择其它地方显示该位置的天气信息。巡线员可在任务通知下面添加工作汇报，并且可以添加当前位置、当前时间的天气数据进行辅助说明。

第六，外力破坏点分布图。 接入外力破坏隐患数据，包括外力破坏隐患类型信息、现状描述信息、GPS坐标信息、隐患点联络人信息、隐患点监控人信息等。数据实时刷新，直观的呈现外力破坏风险点的数量、定位、级别等。

第七，外力破坏隐患数据管控。Web端平台获取服务器中的缺陷数据，数据可对工作人员展示，可以查询缺陷隐患信息涉及的线路杆塔、缺陷隐患详情，缺陷隐患图片、缺陷隐患等级、巡视时间、巡视人员等相关信息。通过移动端和Web端两个平台，实现线路缺陷隐患巡视工作管控。当领导把巡线任务分派到指定巡线人员，可以通过Web端平台管控巡线人员是否按照既定计划完成了线路缺陷隐患的巡视工作。

第八，统计分析。将各个供电公司的外力破坏隐患数据按照时间、地点等方式进行统计分析。

第九，数据管理。数据管理实现输电线路信息的查询、修改、删除以及导入等功能。

第十，系统管理。系统光缆实现系统用户的增加、删除、修改、查找等功能，也可实现对当前登录账户密码的修改、查看登录日志

3. 结语

输电线路分布区域广、传输距离长、地形条件复杂，超高车辆线下通行或超高机具线旁作业等外力破坏引发线路断裂、短路，造成设备跳闸、停电等事故时有发生，既给用电企业造成了经济损失，也对电网安全运行构成了严重威胁。由于这些外力破坏事件的发生具有经常性、隐蔽性、突发性，致使供电部门日常巡视难以达到理想的管控效果。为了保护输电线路的安全，预防输电线路外力破坏 隐患，本文设计和开发了一套输电线路防外力破坏智能化管控系统，旨在有效减少或消除外力破坏事故，提高输电线路安全运行和智能化管理水平。

参考文献：

[1]马大燕. 基于自动聚类模型的输电线路外力破坏预警预测[J]. 电信科学, 2019, 35(03):135-139.

[2]张骥, 余娟, 汪金礼,等. 基于深度学习的输电线路外破图像识别技术[J]. 计算机系统应用, 2018.

[3]盛利秋. 浅析输电线路防外力破坏的原因及防范措施[J]. 百科论坛电子杂志, 2019, 000(002):338.

[4]韩卿. 新形势下输电线路防外破管理模式探索[J]. 通信电源技术, 2020.

作者简介：

马建波（1974.01.09-），男，本科，河南南阳人，副高，研究方向为输电运检.