彭光超

(南方電網(wǎng)深圳供電局有限公司，深圳，518000)

0 引言

目前，我國(guó)變電站巡視工作是由變電運(yùn)行人員完成，主要記錄在變電站巡視記錄本或PDA 等電子設(shè)備中，而巡視路線往往依靠工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定。隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益壯大，按照以往的經(jīng)驗(yàn)制定設(shè)備巡視路線往往會(huì)造成多走回頭路的現(xiàn)象，造成資源浪費(fèi)。因此，對(duì)變電站設(shè)備巡視路線制定進(jìn)行新的研究顯得十分重要。目前我國(guó)變電運(yùn)行巡視工作存在的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：（1）運(yùn)行人員缺少必要的知識(shí)儲(chǔ)備和衡量標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)變電站發(fā)展雖然比較迅速，但是相關(guān)的教育程度還不達(dá)標(biāo)，尤其是早期的變電站工作人員，其知識(shí)水平參差不齊，同時(shí)缺少統(tǒng)一的巡視檢查標(biāo)準(zhǔn)。（2）巡視人員責(zé)任心不同。因?yàn)樽冸娬镜恼嫉孛娣e大，需要巡視的設(shè)備種類(lèi)繁多而且數(shù)量眾多，再加上巡視人員的責(zé)任心不同，因此，實(shí)際工作中常會(huì)出現(xiàn)工作人員沒(méi)有到位、錯(cuò)檢、漏檢等現(xiàn)象。（3）巡視的路徑規(guī)劃方法不科學(xué)。由于近年來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)，供電企業(yè)人員增長(zhǎng)與電力系統(tǒng)的發(fā)展之間的矛盾日益突出；目前變電站巡視人員制定巡視路線都是憑借工作經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有科學(xué)有效的判定依據(jù)，導(dǎo)致有些巡視路線不是最佳巡視路線。（4）巡視周期內(nèi)重復(fù)性缺陷數(shù)量大。在某些地區(qū)，電力設(shè)備更新?lián)Q代較慢。設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后使用壽命大大降低，設(shè)備缺陷率較高，且多為重復(fù)缺陷。

1 路徑規(guī)劃簡(jiǎn)介

路徑規(guī)劃技術(shù)被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。在高科技領(lǐng)域的應(yīng)用是：移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)；無(wú)人機(jī)規(guī)避障礙物飛行；防反彈攻擊等。在日常生活領(lǐng)域的應(yīng)用主要有：以GIS 為指導(dǎo)的道路設(shè)計(jì)；車(chē)載GPS 系統(tǒng)中的路徑選擇；導(dǎo)游軟件中路線選擇；變電站或其他需要巡視作業(yè)的部門(mén)進(jìn)行路徑規(guī)劃等。在管理決策領(lǐng)域的應(yīng)用有：最短路、最大流問(wèn)題，物流管理中的車(chē)輛路徑問(wèn)題(Vehicle Routing Problems)。在通信技術(shù)中的應(yīng)用有信號(hào)塔選址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渎肪€、路由等問(wèn)題。

從環(huán)境信息性質(zhì)不同的角度來(lái)說(shuō)，可以將路徑規(guī)劃分成兩種：一種是全局規(guī)劃，它的基礎(chǔ)是先驗(yàn)完整信息；另一種局部規(guī)劃，它側(cè)重傳感器實(shí)時(shí)感知的信息。動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃一般按照以下三個(gè)步驟進(jìn)行：1)環(huán)境建模。把已知的環(huán)境信息抽象后建立數(shù)學(xué)模型。環(huán)境模型建立好以后，計(jì)算機(jī)才能進(jìn)行路徑規(guī)劃計(jì)算。通俗地說(shuō)，就是將實(shí)際存在的物理空間抽象成數(shù)字信息，以使計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行處理。2)路徑搜索。路徑搜索依據(jù)優(yōu)化條件，應(yīng)用路徑規(guī)劃的算法在所有路徑中尋找并產(chǎn)生一條最優(yōu)路徑。3)路徑平滑。通過(guò)環(huán)境建模、路徑搜索后得到的路徑僅是理論上的可行方案，在應(yīng)用中需要考慮實(shí)際情況，再經(jīng)過(guò)處理、平滑等“深加工”，最后得出可行的路徑。但是在離散域的路徑規(guī)劃問(wèn)題中是可以省略路徑平滑這一步驟的，前提是在環(huán)境建模和路徑搜索前已經(jīng)進(jìn)行了了很好的路徑可行性分析。

路徑規(guī)劃的方法非常的多，不同的方法其優(yōu)缺點(diǎn)也不相同，不同的優(yōu)缺點(diǎn)也決定了各種方法的適用范圍。目前國(guó)際上通用的分類(lèi)方法是從各種算法被發(fā)現(xiàn)的先后順序以及算法的基本原理來(lái)分類(lèi)，按照此原則當(dāng)前常用于各領(lǐng)域的路徑規(guī)劃算法分四種即傳統(tǒng)算法、圖形學(xué)方法、智能仿生學(xué)算法和其他算法。

2 郵遞員問(wèn)題及奇偶點(diǎn)作業(yè)法

變電站巡視路線類(lèi)似于圖論中的郵遞員問(wèn)題，某郵遞員出發(fā)送信，要從郵局出發(fā)，而且至少通過(guò)一次轄區(qū)內(nèi)的每一條街道，最后要回到出發(fā)的郵局，以這些條件為前提，郵遞員要怎樣選擇路線，才能保證走得路線最短？巡視人員工作時(shí)同樣是在一片區(qū)域內(nèi)行走，這就需要在眾多路線中尋找最優(yōu)路線，在保證工作質(zhì)量的同時(shí)尋求耗時(shí)最短的路線。郵遞員問(wèn)題的求解方法是Fleury算法，將行走區(qū)域看成一個(gè)Euler 圖，求其Euler 環(huán)游；若該圖不是Euler 圖，則通過(guò)某些方法使其變換成Euler 圖進(jìn)行求解；下面就應(yīng)用管梅谷教授的奇偶點(diǎn)作業(yè)法簡(jiǎn)要介紹求解過(guò)程。

使用奇偶點(diǎn)作業(yè)法是以下述定理為基礎(chǔ)的。

定理 設(shè)C 是一條經(jīng)過(guò)賦權(quán)連通圖G 的每條邊至少一次的回路，則C 是G 的最優(yōu)回路。當(dāng)且僅當(dāng)C 對(duì)應(yīng)的Euler 圖滿足：

奇偶點(diǎn)作業(yè)法基本步驟：

1)按照一個(gè)方案找到圖中所有奇頂點(diǎn)（必為偶數(shù)個(gè)），然后進(jìn)行兩兩配對(duì)直至得到的新圖中，沒(méi)有了奇頂點(diǎn)。

2)按照1 中的方法重復(fù)計(jì)算，直到得到的圖中重復(fù)邊總長(zhǎng)度變短。

3)根據(jù)定理中的條件（2）反復(fù)執(zhí)行步驟2。

3 實(shí)例驗(yàn)證

3.1 變電站實(shí)例

圖1 某變電站站內(nèi)設(shè)備平面圖

某變電站有500kV、220kV、35kV 三個(gè)電壓等級(jí)，。500kV 變壓器有3 臺(tái)，500kV 輸電線路有4 回， 220kV 輸電線路有10 回，占地面積35000 平方米；其站內(nèi)設(shè)備平面圖如圖1 所示。

3.2 變電站平面圖形

根據(jù)圖論理論，設(shè)每個(gè)區(qū)域內(nèi)RFID 標(biāo)簽為圖G 中的頂點(diǎn)，記為 V (G ) ，其中 v1=主控室定位點(diǎn)，v2=500kV 設(shè)備區(qū)域定位點(diǎn)，v3=#5 主變區(qū)域定位點(diǎn)，v4=35kV5M 區(qū)域定位點(diǎn)，v5=220kV 設(shè)備區(qū)域定位點(diǎn)，v6=#4 主變區(qū)域定位點(diǎn)，v7=#3 主變區(qū)域定位點(diǎn)，v8=35kV3M 區(qū)域定位點(diǎn)，v9=35kV4M 區(qū)域定位點(diǎn)，v10=站用電區(qū)域定位點(diǎn)。各設(shè)備區(qū)域間的道路記為圖G 中的邊，記為 E ( G )，即根據(jù)查閱圖紙資料，確定圖G 的每一條邊的權(quán)數(shù)(單位：米)如下：w12= 9，w23= 11，w34= 8，w45= 26，w59= 17，w69=10,w26=8,w25=19,w35=28,w13=14,w27=18,w7,10=22,w78=10,w89=9,w1,10=7。這樣就將變電站的平面圖抽象為無(wú)向圖G ，如圖2。

圖2

圖3

根據(jù)奇偶點(diǎn)作業(yè)法，首先判斷圖G 是否為Euler 圖。圖G中，頂點(diǎn) v1, v2, v7,v9是奇度點(diǎn)。所以圖G 非歐拉圖。此時(shí)求解歐拉回路需要添加重復(fù)邊。給 v1,v2的一條鏈增加一條重復(fù)邊；給 v7,v9的一條鏈 v7, v8,v9，每條邊增加一條重復(fù)邊，且使得增加的重復(fù)邊權(quán)數(shù)和最小。由此得到圖3，此時(shí)圖3 中無(wú)奇點(diǎn)，圖3已是歐拉圖。

3.3 檢驗(yàn)過(guò)程

對(duì)圖3 進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算已添加重復(fù)邊的每個(gè)圈的權(quán)數(shù)和與每個(gè)圈所含重復(fù)邊的權(quán)數(shù)和。如表1 所示。

表1 圖3 的檢驗(yàn)表

從表1 可以看出，所有含有重復(fù)邊的圈所含重復(fù)邊的權(quán)數(shù)和都沒(méi)有超過(guò)本圈的權(quán)數(shù)和的一半。所以該方案是最優(yōu)方案。

3.4 求解過(guò)程

3.5 對(duì)比分析

通過(guò)上面的分析可以得出新的巡視路線，為了評(píng)價(jià)新制定的巡視路線的優(yōu)劣性，我們進(jìn)行了兩次巡視。一次按照以往制定好的巡視路線Line1 進(jìn)行巡視，一次按照新制定的巡視路線Line2進(jìn)行巡視，將兩次巡視中人員走動(dòng)的距離，消耗時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表2 所示。

表2 結(jié)果對(duì)比表

從表2 中可以看出，按照新的巡視路線Line2 進(jìn)行巡視，可縮短走動(dòng)距離87 米，節(jié)約時(shí)間33 分鐘。按照兩人巡視，一天一次巡視來(lái)計(jì)算，共可節(jié)約時(shí)間60 分鐘；在某些特殊情況下，譬如事故狀態(tài)，特殊保供電等情況下，變電站的巡視次數(shù)會(huì)大為增加，由此帶來(lái)的時(shí)間節(jié)約效果更加明顯。按照此方法制定的巡視路線會(huì)進(jìn)一步提高人員的工作效率，也有利于緩解生產(chǎn)一線人員的工作壓力。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析我國(guó)變電站的巡視工作現(xiàn)狀，總結(jié)其存在的問(wèn)題；簡(jiǎn)要介紹了郵遞員問(wèn)題及奇偶點(diǎn)作業(yè)法。最后以某變電站為實(shí)例，對(duì)其巡視路線進(jìn)行研究，驗(yàn)證了郵遞員問(wèn)題在變電站巡視路線規(guī)劃問(wèn)題中的應(yīng)用，且節(jié)約效果明顯。本文通過(guò)應(yīng)用管理科學(xué)、圖形學(xué)等學(xué)科知識(shí)，尋求變電站巡視最佳路線，希望對(duì)電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)巡視工作的高質(zhì)量和高效率有所幫助。

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