淺談配網(wǎng)近郊混合線路巡視路徑規(guī)劃

謝依霖

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650011）

0 前言

隨著社會(huì)發(fā)展進(jìn)步，居民生活和工業(yè)生產(chǎn)都對(duì)電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性提出極高的要求，降低平均停電時(shí)間、減少故障次數(shù)是配網(wǎng)工作提高客戶滿意度的重要標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)展巡視工作能及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路存在的潛在安全缺陷隱患，提前處理可能引發(fā)故障威脅因素，將造成線路供電中斷的危險(xiǎn)點(diǎn)排除或標(biāo)識(shí)，對(duì)于配電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性有非常積極的作用。

然而配電線路，特別是城市近郊線路具有復(fù)雜多變的特性，既有電纜線路多環(huán)網(wǎng)柜配電站等點(diǎn)式分布，又有架空線路穿越田地、道路的線式分布，并且隨著線路設(shè)備增多、巡視路徑變長(zhǎng)，巡視環(huán)境越發(fā)復(fù)雜，傳統(tǒng)巡視的方法顯示的不足之處增多，一個(gè)明顯的表現(xiàn)是工作量直線上升，但實(shí)際效果提升不大，很難按照要求完成全部巡視目標(biāo)。因此，提高巡視效率首先需要分析各種可能影響巡視效率的因素。

1 影響巡視效率的因素

1.1 運(yùn)行管理方面

傳統(tǒng)配網(wǎng)線路巡視是以班組作為單位開(kāi)展工作，即每一個(gè)班組管理某一片區(qū)域或某些變電站，在每年的巡視計(jì)劃下發(fā)之后，由班組長(zhǎng)進(jìn)行派工，制定具體的工作安排，將班組成員劃分為多個(gè)工作小組，每一個(gè)小組分配區(qū)域或線路，然而在這一過(guò)程中非常容易出現(xiàn)由于人員的專業(yè)水平經(jīng)驗(yàn)差距等問(wèn)題，造成知識(shí)經(jīng)驗(yàn)豐富、實(shí)踐水平較高的巡視人員能較好的完成任務(wù)，而另外專業(yè)水平不足的巡視人員出現(xiàn)很多紕漏，難以達(dá)到巡視要求的現(xiàn)象。

1.2 人員素質(zhì)方面

巡視作業(yè)派工的科學(xué)性直接影響著線路巡視工作的完成度，一直以來(lái)新老交替都有著“傳幫帶”的傳統(tǒng)，由前輩成員幫帶新人，這其中關(guān)鍵且重要的一項(xiàng)就是熟悉巡視路線，但這存在著錯(cuò)誤傳承的風(fēng)險(xiǎn)，且對(duì)新員工而言，不熟悉的道路、復(fù)雜多變的配網(wǎng)規(guī)劃等種種原因，需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能熟悉，降低工作效率。

1.3 巡視周期方面

近年來(lái)，差異化巡視制度不斷落實(shí)，按照設(shè)備以及線路的重要度、健康度進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)，以缺陷數(shù)、故障率、隱患數(shù)、可靠性要求為要素，設(shè)定巡視周期，巡視過(guò)于頻繁造成嚴(yán)重資源浪費(fèi)，加大員工工作量，巡視不足不能發(fā)揮巡視功能的問(wèn)題已經(jīng)大大改善，如今已能較為及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患和缺陷，并通過(guò)定級(jí)適時(shí)處理。

1.4 線路路徑方面

在大規(guī)劃的要求下，社會(huì)和實(shí)際需要電網(wǎng)規(guī)劃越來(lái)越向著“城市內(nèi)線路入地”的要求改造，越來(lái)越多的架空線改造為電纜，但是在城市近郊仍然存在大量架空線，與市內(nèi)電纜線路組成為線纜混合線路。對(duì)于這部分線路，不僅需要結(jié)合區(qū)域的地形、地貌、環(huán)境、交通，還需要考慮線路位于居民區(qū)、農(nóng)田、工廠內(nèi)等難以進(jìn)入的情況，運(yùn)維人員在巡視時(shí)的線路路徑選擇較為困難，難以同時(shí)保證效率和巡視質(zhì)量。

總體來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)管理與運(yùn)行檢修模式的改變對(duì)巡視的效果和效率提出了更高的要求，若是能使用更為科學(xué)合理的巡視路徑規(guī)劃方法，不僅能減輕工作人員的工作強(qiáng)度，還能改變?nèi)缃裱惨暪ぷ魇卤豆Π氲臓顩r。

2 巡視路徑優(yōu)化

規(guī)劃更加科學(xué)合理的巡檢路徑是提高巡視效率的一大重點(diǎn)，但多年以來(lái)配網(wǎng)進(jìn)行線路設(shè)備日常巡視，其路徑的安排主要還是依靠老員工的經(jīng)驗(yàn)，城市的交通狀況、設(shè)備的位置都是依據(jù)常年工作積累，帶有很強(qiáng)的個(gè)人主觀性，而且對(duì)于新進(jìn)員工難以迅速“上手”，往往不能實(shí)現(xiàn)有成果高效率目標(biāo)，車輛安排、人員配置、時(shí)間消耗都缺乏合理性。特別在城市及近郊，由于城市建設(shè)或地理信息的變化，會(huì)使得巡視計(jì)劃難以準(zhǔn)確實(shí)行。因此，需要通過(guò)對(duì)巡視線路的地理信息進(jìn)行采集處理，使用一些分析方法例，量化整合信息，完成線纜混合線路巡視路途的較優(yōu)選擇，兼顧局部最優(yōu)和整體最優(yōu)，使得巡視更加快速有效。

2.1 市內(nèi)電纜段環(huán)網(wǎng)柜、配電站巡視路徑規(guī)劃

根據(jù)城市內(nèi)配網(wǎng)線路巡視任務(wù)的性質(zhì)和特點(diǎn)，由于電纜線路的隱蔽性，其實(shí)主要對(duì)環(huán)網(wǎng)柜、配電站和箱式變電站進(jìn)行巡視，這些巡視目標(biāo)是呈點(diǎn)式分布在市內(nèi)，巡視時(shí)常常驅(qū)車前往，可將其路徑選擇歸結(jié)于車輛路徑問(wèn)題，簡(jiǎn)單采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法。

此方法由最優(yōu)巡視站點(diǎn)的路徑選擇以及城市內(nèi)交通路況抉擇組成，在所選定的約束條件下探討合理最優(yōu)路徑選擇。若城市道路修理變遷或車輛堵塞在巡視兩站點(diǎn)間的最短路徑上，這時(shí)主要度量為工作人員經(jīng)驗(yàn)因素以及所選用交通工具，將路途總用時(shí)最短作為規(guī)劃方向，建立配電線路動(dòng)態(tài)巡視路線設(shè)計(jì)，化繁為簡(jiǎn)，將一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)運(yùn)籌問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)決策問(wèn)題，遞推求得最優(yōu)。城市內(nèi)交通狀況變化快，利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)于具有此類高時(shí)效性的問(wèn)題來(lái)說(shuō)是非常明智的選擇。

圖1 動(dòng)態(tài)規(guī)劃流程圖

在基礎(chǔ)的單級(jí)決策問(wèn)題中，可將目標(biāo)設(shè)定為從起點(diǎn)站點(diǎn)到目標(biāo)站點(diǎn)距離最短，同時(shí)滿足避離道路中斷和交通堵塞區(qū)域，即障礙區(qū)域。起點(diǎn)站點(diǎn)S，目標(biāo)站點(diǎn)D，之間存在障礙區(qū)域，將障礙區(qū)域設(shè)定為圓形，此決策為尋求從S到D能夠避讓障礙區(qū)域的最短路線。建立直角坐標(biāo)系σηζ，站點(diǎn)S的坐標(biāo)為(ηS，ζS)，站點(diǎn)D坐標(biāo)為(ηD，ζD)，以S為坐標(biāo)系原點(diǎn)生成坐標(biāo)系σx-y，將此坐標(biāo)系設(shè)定為x軸方向m格，y軸方向n格（mn為整數(shù)），如此，坐標(biāo)系形成共計(jì)為m×n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格。

首先初始化各變量，記錄此障礙圓的中心坐標(biāo)及半徑，行駛起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，橫縱坐標(biāo)的網(wǎng)格大小間距，此時(shí)網(wǎng)格間距需遵循一個(gè)原則，即每一格之間的距離越小，求得的最優(yōu)路徑弧度越平滑、長(zhǎng)度變短，但會(huì)造成計(jì)算量增大，時(shí)效性變差。特別是如果圖形中站點(diǎn)D位于障礙區(qū)域內(nèi)，則意味著終點(diǎn)無(wú)法到達(dá)，此次決策無(wú)意義，結(jié)束計(jì)算。若無(wú)，則生成網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算x軸和y軸方向的網(wǎng)格數(shù)量，計(jì)算坐標(biāo)系內(nèi)節(jié)點(diǎn)的值，并將結(jié)果轉(zhuǎn)化為一個(gè)m×n的矩陣，之后采用普通運(yùn)籌學(xué)方法即可。

在下方圖1流程圖中“生成網(wǎng)格”至繪制最短路徑單元之前的最短路徑求解步驟是用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的思想進(jìn)行。在計(jì)算任意兩個(gè)網(wǎng)格之間的距離時(shí)，如果點(diǎn)正好處于障礙區(qū)域內(nèi)，則令其到其他點(diǎn)的距離設(shè)定為無(wú)窮方便計(jì)算。

2.2 郊區(qū)架空線段、不易到達(dá)桿塔巡視路徑規(guī)劃

圖2 算法流程圖

對(duì)于車輛或工作人員徒步較難到達(dá)的山區(qū)桿段一般采用無(wú)人機(jī)巡視。架空線路和桿上設(shè)備一直處于室外環(huán)境，風(fēng)吹日曬雨淋，特別在山區(qū)線路還容易受到雷擊以及因土壤支撐改變引起拉線張力變化導(dǎo)致桿塔歪斜，故無(wú)人機(jī)的巡視過(guò)程中，需要考慮的不僅是樹木遮擋、禁飛區(qū)、橫風(fēng)區(qū)等因素，還需要考慮到巡視時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注的桿塔設(shè)備。

無(wú)人機(jī)巡視的路徑選擇即選擇一定的約束條件，尋找從初始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)飛行路線，即為在多種條件約束下有多個(gè)目標(biāo)的決策問(wèn)題，通常使用的Dijkstra算法、模擬退火算法、人工勢(shì)場(chǎng)法、蟻群算法、遺傳算法等，各個(gè)路徑規(guī)劃方法都有其優(yōu)劣。例如遺傳算法雖然具有進(jìn)行全局搜索的能力，適合此類全局優(yōu)化問(wèn)題，在路徑規(guī)劃問(wèn)題中常被使用，但是運(yùn)用在無(wú)人機(jī)巡視路徑規(guī)劃中會(huì)因?yàn)閷ふ易顑?yōu)精度差的缺點(diǎn)，陷入局部最優(yōu)解的陷阱，不能達(dá)到全局最優(yōu)。所以單純使用某種算法并不易得到最優(yōu)路徑，故使用算法混合的思路，先使用遺傳模擬退火算法進(jìn)行優(yōu)化搜索，再聯(lián)合模擬退火算法和遺傳算法作為子算法，統(tǒng)一鄰域結(jié)構(gòu)搜索計(jì)算。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠以模擬退火算法保留因素的多樣性，可較大程度避免出現(xiàn)早熟。

3 結(jié)束語(yǔ)

配電網(wǎng)日常巡視、特殊巡視，其最終目標(biāo)都是提高供電可靠性，在滿足這一要求的前提下，應(yīng)合理降低成本，優(yōu)化巡視路徑提高工作效率可以提升人機(jī)工效，減輕工作負(fù)擔(dān)，對(duì)于整個(gè)運(yùn)行維護(hù)工作開(kāi)展意義積極。