基于華為5G微波組網(wǎng)無(wú)人區(qū)可視化輸電線路運(yùn)維管理模式的變革

國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司酒泉供電公司 王 勇 吳有鵬

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，電網(wǎng)及鐵路網(wǎng)建設(shè)持續(xù)深入，各項(xiàng)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目頻繁，線路運(yùn)行環(huán)境日趨復(fù)雜，輸電線路安全運(yùn)行壓力和運(yùn)維工作量進(jìn)一步增大，國(guó)網(wǎng)酒泉供電公司旗下主網(wǎng)運(yùn)維線路已達(dá)3400公里之多，且由于地理位置，大多線路走徑都以戈壁荒漠、無(wú)人區(qū)為主，線路長(zhǎng)、地勢(shì)抖、管控難已成為該公司輸電運(yùn)維頭號(hào)難題。

面對(duì)當(dāng)前形勢(shì)，輸電運(yùn)檢中心亟需通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)線路運(yùn)行環(huán)境，特別是跨“高鐵、高速、重要輸電通道”等相關(guān)運(yùn)行線路的監(jiān)測(cè)與分析，提升線路運(yùn)維檢修精益化管理水平，而且由于國(guó)網(wǎng)公司對(duì)設(shè)備的精益化管理要求，對(duì)重要“三跨”運(yùn)行通道開展輸電線路通道可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，用于監(jiān)測(cè)跨“高鐵、高速、重要輸電通道”運(yùn)行線路區(qū)域情況，發(fā)揮視頻、圖像在線監(jiān)測(cè)對(duì)線路外力破壞、施工現(xiàn)場(chǎng)、樹木超高、違章建筑、鳥害等情況的綜合監(jiān)控作用，解決當(dāng)前線路長(zhǎng)、地勢(shì)抖、管控難、人員少的首要難題。無(wú)人區(qū)輸電線路巡檢往往需要投入大量人力資源集中開展運(yùn)維、檢修等工作，目前電網(wǎng)迅速發(fā)展，專業(yè)人力資源日趨緊張以及外部運(yùn)維環(huán)境日益惡劣的情況下，原有運(yùn)檢模式與快速增長(zhǎng)的電網(wǎng)規(guī)模間的矛盾日益突出，運(yùn)維成效亟需大幅提升。

本文提出了通道微波組網(wǎng)可視化系統(tǒng)框架，結(jié)合線路實(shí)際情況，采用無(wú)線專網(wǎng)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等多種通信技術(shù)混合組網(wǎng)，完成終端設(shè)備通信接入，將現(xiàn)場(chǎng)圖像、視頻信息和運(yùn)檢人員便攜設(shè)備通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就近接入變電站光網(wǎng)絡(luò)，完成信號(hào)匯聚并遠(yuǎn)程傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的全天候監(jiān)測(cè)。論述了“基于華為5G 微波組網(wǎng)無(wú)人區(qū)可視化輸電線路運(yùn)維管理模式”對(duì)改善當(dāng)前巡檢工作的合理性和必要性，同時(shí)就如何協(xié)同管理，建立高效、合理的工作機(jī)制進(jìn)行論述。

1 公司線路運(yùn)維面臨形勢(shì)

酒泉市面積19.2萬(wàn)平方公里，約占甘肅省面積的42%，酒泉地區(qū)北接蒙古國(guó)、東接張掖、西鄰新疆、南連青海，東西約680公里、南北約550公里。酒泉供電公司運(yùn)維線路多位于戈壁、荒漠地區(qū)，造成線路運(yùn)維管理困難。以110千伏馬霍線為例，馬霍線起點(diǎn)110千伏馬鬃山變電站、西至110千伏霍勒扎德蓋變電站，該線路輻射區(qū)域涉及眾多大型廠礦，為客戶重要供電線路，同時(shí)該線路為霍勒扎德蓋口岸提供正常用電，保障國(guó)家邊防安全。

該線路地形以山區(qū)為主，常年經(jīng)歷大風(fēng)、暴雪等惡劣天氣，惡劣的運(yùn)行環(huán)境和該線路的重要程度則要求運(yùn)維人員必須不間斷地對(duì)該線路進(jìn)行巡視運(yùn)維，強(qiáng)化管理，但每年11月至次年4月因大雪等惡劣天氣造成封山等現(xiàn)實(shí)情況，運(yùn)維人員無(wú)法到達(dá)進(jìn)行巡視管理，線路管理存在空窗期，線路運(yùn)維工作舉步維艱。諸多現(xiàn)實(shí)條件促使酒泉供電公司必須變革該線路運(yùn)維方式，提升該線路運(yùn)維質(zhì)量和效率，以保障重要客戶和國(guó)家重要部門的用電安全。

2 5G 微波組網(wǎng)

2.1 5G 微波組網(wǎng)的效益

目前應(yīng)用在輸電線路在線監(jiān)測(cè)方面的前通信技術(shù)豐富多樣，但都受制于通信網(wǎng)絡(luò)的分布情況及信號(hào)的有無(wú)以及強(qiáng)弱。雖然目前移動(dòng)、聯(lián)通和電信等三大通信運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面已經(jīng)比較廣，但在無(wú)人區(qū)或少人區(qū)仍存在無(wú)信號(hào)或信號(hào)不穩(wěn)定等情況。長(zhǎng)期以來(lái)，由于沒有有效的通信手段，輸電線路運(yùn)維單位無(wú)法及時(shí)有效獲取無(wú)人區(qū)輸電線路的圖像、視頻、微氣象和覆冰等監(jiān)測(cè)信息，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)無(wú)人區(qū)輸電線路成為難題。

為消除安全隱患、減輕運(yùn)維人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平同時(shí)確保工作人員在無(wú)人區(qū)的通信保障，提出了通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像、視頻數(shù)據(jù)回傳和保障巡檢人員在無(wú)信號(hào)區(qū)域的應(yīng)急通信和位置定位，從而滿足無(wú)信號(hào)區(qū)域內(nèi)輸電線路的運(yùn)維管理需求，同時(shí)為狀態(tài)檢修的深化應(yīng)用提供基礎(chǔ)參考依據(jù)。

當(dāng)前酒泉供電公司所轄輸電線路中同馬霍線情況類似的線路較多，為提升線路運(yùn)維效率和響應(yīng)《關(guān)于進(jìn)一步嚴(yán)格控制電網(wǎng)投資的通知》國(guó)網(wǎng)826號(hào)文件精神，通過(guò)華為5G 微波建設(shè)無(wú)線自有專網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立可控，具備業(yè)務(wù)長(zhǎng)期演進(jìn)能力，減少重復(fù)投資，一次投資長(zhǎng)期受益。變革傳統(tǒng)人工到場(chǎng)對(duì)無(wú)人區(qū)輸電線路巡檢運(yùn)維管理方式，通過(guò)線路可視化管理解決人力、時(shí)間和特殊區(qū)域不可巡檢季節(jié)限制等問(wèn)題，提高輸電全線路隱患發(fā)現(xiàn)及時(shí)性，巡檢線路全年可覆蓋和巡視效率，最終提高供電可靠性。

2.2 5G 組網(wǎng)原理介紹

輸電線路可視化裝置利用安裝在輸電線路桿塔上的視頻在線監(jiān)測(cè)裝置，采用5.8GHz 頻段的自建無(wú)線專網(wǎng)通信方案將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至就近的變電站，并在變電站內(nèi)通過(guò)SDH 光傳輸網(wǎng)絡(luò)將視頻數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至網(wǎng)省公司的視頻監(jiān)控平臺(tái)或輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)主站[1]，具體接入方式如圖1。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸總體架構(gòu)圖

無(wú)線專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：無(wú)線子站節(jié)點(diǎn)設(shè)備、無(wú)線終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備、主站節(jié)點(diǎn)設(shè)備。無(wú)線專網(wǎng)所采用的無(wú)線傳輸設(shè)備主要工作在5.8GHz頻段[2]，所有節(jié)點(diǎn)的無(wú)線設(shè)備可根據(jù)需要配置一個(gè)、兩個(gè)或者四個(gè)無(wú)線模塊，使用2～4個(gè)天線；無(wú)線基站使用高帶寬、高密集的兼具傳輸覆蓋功能的無(wú)線傳輸設(shè)備。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無(wú)需用戶干預(yù)的自建路由、自組網(wǎng)、自愈合功能。配合多樣化的天線可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)壯穩(wěn)定的無(wú)線傳輸和覆蓋，完全滿足高靈活性的大范圍、高帶寬無(wú)縫應(yīng)用。

塔上監(jiān)測(cè)設(shè)備通過(guò)無(wú)線直達(dá)或者中繼等方式使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以無(wú)線傳輸方式進(jìn)入變電站，需要在變電站通訊機(jī)房樓頂架設(shè)一臺(tái)或者多臺(tái)無(wú)線接收裝置（也稱主站節(jié)點(diǎn)設(shè)備），在通訊機(jī)房增加網(wǎng)路視頻硬盤錄像機(jī)(NVR)一臺(tái)，用于存儲(chǔ)視頻數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)際需要，可再安裝一臺(tái)三層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，后接入具有以太網(wǎng)口的SDH 設(shè)備，進(jìn)行站端到監(jiān)測(cè)主站的遠(yuǎn)距離光傳輸。

通過(guò)華為5G 微波在無(wú)人區(qū)輸電線路間建設(shè)無(wú)線專網(wǎng)，以智能監(jiān)拍終端為核心對(duì)線路通道及絕緣子、銷釘?shù)冗M(jìn)行定時(shí)監(jiān)拍，并擴(kuò)展多個(gè)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)微氣象、溫度、桿塔傾斜的監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人區(qū)輸電線路通道環(huán)境和桿塔本體的全面、全年監(jiān)測(cè)，在無(wú)人區(qū)、無(wú)信號(hào)區(qū)構(gòu)建可視化輸電線路巡檢無(wú)線專網(wǎng)通信通道，變革無(wú)人區(qū)輸電線路傳統(tǒng)人工到站巡檢運(yùn)維的管理模式，提高無(wú)人區(qū)輸電線路巡檢效率和有效覆蓋率。

華為5G 微波無(wú)人區(qū)通信解決方案具備天地一體化能力，通過(guò)雙向鏈路保護(hù)、遠(yuǎn)程北斗喚醒機(jī)制不但解決了無(wú)人區(qū)信號(hào)覆蓋問(wèn)題，而且在網(wǎng)絡(luò)可靠性上得到極大保障。華為5G 微波最大帶寬可達(dá)到250Mbps，TDMA 機(jī)制精準(zhǔn)時(shí)隙分配，傳輸性能可靠，可適應(yīng)-40～+60°C 的嚴(yán)苛環(huán)境，防塵防鹽腐防雷、低功耗等特性可保障可視化輸電線路回傳的通信穩(wěn)定。

實(shí)現(xiàn)的效果：5G 微波智能云管控平臺(tái)智能識(shí)別預(yù)警裝置在輸電線路視頻監(jiān)控裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了科學(xué)的設(shè)計(jì)，將智能視頻分析技術(shù)集成應(yīng)用于該裝置，當(dāng)探測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生外力破壞、超高物體靠近及異物停留等行為時(shí)，立即啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音告警，并且同時(shí)抓拍現(xiàn)場(chǎng)圖片并錄像，將現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警圖片通過(guò)無(wú)線專網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心的管理系統(tǒng)自動(dòng)將報(bào)警圖片通過(guò)微信公眾號(hào)推送方式發(fā)送到相關(guān)工作人員的手機(jī)（微信客戶端）。工作人員可根據(jù)圖片分析采取相應(yīng)措施，阻止破壞性行為的繼續(xù)發(fā)生，減小甚至杜絕由于外力破壞造成的事故的影響。

2.3 5G 組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)

橫向?qū)Ρ龋和ㄟ^(guò)輸電線路通道可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的持續(xù)建設(shè)，達(dá)到視頻全覆蓋后，可以實(shí)現(xiàn)輸電運(yùn)檢工作以下三方面的提升：實(shí)現(xiàn)“足不出戶”掌握線路運(yùn)行狀況，在監(jiān)控系統(tǒng)與移動(dòng)終端前完成線路通道巡視工作，與傳統(tǒng)的低效率人工通道巡視相比，巡視效率和效果都將有顯著提升；實(shí)現(xiàn)“不留死角”掌握線路運(yùn)行動(dòng)態(tài)，利用輸電智能終端對(duì)設(shè)備狀態(tài)量和環(huán)境狀態(tài)量的及時(shí)全面獲取，輸電運(yùn)檢人員快速準(zhǔn)確判斷線路健康狀況的手段和能力將有顯著提升；實(shí)現(xiàn)“科學(xué)合理”安排狀態(tài)檢修工作，利用更全面、更及時(shí)、更準(zhǔn)確的狀態(tài)量，實(shí)施更有針對(duì)性的狀態(tài)檢修，輸電精益運(yùn)檢的水平將有顯著提升。

縱向?qū)Ρ龋浩湟唬?G 通信網(wǎng)絡(luò)受地形即網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的影響會(huì)極大的影響到傳輸效率（國(guó)家對(duì)電信通訊要求的規(guī)范規(guī)定，手機(jī)接收電平≥城市取-90dBm、鄉(xiāng)村取-94dBm，當(dāng)數(shù)值小于此值時(shí)，也就是說(shuō)此處無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度不滿足覆蓋要求。），相對(duì)4G 通信網(wǎng)絡(luò)5G 微波不依賴通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，在荒漠戈壁通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋率差的無(wú)人區(qū)依舊能夠穩(wěn)定保證傳輸功率，但對(duì)4G 通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)講則將導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法工作。

其二，5G 微波無(wú)線專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是采用支持無(wú)線Mesh 功能也稱為“多跳”網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組建起來(lái)的，它是一種與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它不依賴于預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，具有可臨時(shí)組網(wǎng)、可自恢復(fù)、快速展開、無(wú)控制中心、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)[3]。由于鐵路運(yùn)行線路同輸電路線一樣，同屬于鏈狀網(wǎng)絡(luò)。基于無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立的無(wú)線專網(wǎng)，相當(dāng)于在傳統(tǒng)點(diǎn)到點(diǎn)的無(wú)線專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上增加了一條網(wǎng)絡(luò)保護(hù)鏈路，而不需要增加額外的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。該無(wú)線Mesh 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可根據(jù)實(shí)際需要切換5.8G 為2.4G 頻段，供用戶終端可以是手提電腦、手機(jī)、PDA 等裝有無(wú)線網(wǎng)卡、天線的設(shè)備接入，用戶在塔下就可以實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)其他點(diǎn)位的運(yùn)行狀況。

該無(wú)線專網(wǎng)可提供與其他一些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接接口(一路POE 擴(kuò)展接口)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)連接性，擴(kuò)大了覆蓋范圍。也可通過(guò)增加傳統(tǒng)2.4G/ZIGBEE無(wú)線接收模塊，與現(xiàn)有的基于2.4G 射頻或zigbee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備相融合。從圖2可以看出，5G 微波單純使用無(wú)線中繼來(lái)加強(qiáng)和轉(zhuǎn)接信號(hào)來(lái)達(dá)到最終讓中斷接受的目的，而4G 通信則依賴基站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

圖2 無(wú)線中繼傳輸示意圖

其三，5G 微波設(shè)備在完成架設(shè)調(diào)試后無(wú)需再交納任何通信費(fèi)用，而4G 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則需依賴運(yùn)營(yíng)商流量定價(jià)費(fèi)，且收流量容量影響工作效率，當(dāng)流量耗盡時(shí)將無(wú)法再次工作直至下次繳費(fèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，酒泉公司已建成的5G 微波組網(wǎng)防外破管控平臺(tái)對(duì)酒泉地區(qū)的外破施工管控起到了積極作用，能及時(shí)、準(zhǔn)確的對(duì)各類施工進(jìn)行報(bào)警，確保線路運(yùn)維人員對(duì)線路運(yùn)維狀態(tài)及時(shí)掌握，為線路安全穩(wěn)定供電提供了強(qiáng)有力支撐。

甘肅地型狹長(zhǎng)，無(wú)信號(hào)區(qū)域比例較高，且是國(guó)網(wǎng)西電東輸電力走廊的重要區(qū)段。甘肅電網(wǎng)有6個(gè)單位輸電線路通過(guò)無(wú)人區(qū)和無(wú)公網(wǎng)信號(hào)區(qū)域，共涉及到155條線路、約4630公里。通過(guò)推廣該解決方案可以實(shí)現(xiàn)可靠、及時(shí)地獲取這些輸電線路的圖像、微氣象、覆冰和塔體狀態(tài)等運(yùn)行狀況，保障好輸電路線安全和電力供給。以酒泉公司已建成的5G 微波組網(wǎng)防外破管控平臺(tái)的應(yīng)用情況來(lái)看，該項(xiàng)技術(shù)在全省及全國(guó)有極高應(yīng)用及推廣價(jià)值。