國網(wǎng)甘肅省電力公司酒泉供電公司 王 勇 吳有鵬

隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，電網(wǎng)及鐵路網(wǎng)建設(shè)持續(xù)深入，各項開發(fā)建設(shè)項目頻繁，線路運行環(huán)境日趨復(fù)雜，輸電線路安全運行壓力和運維工作量進一步增大，國網(wǎng)酒泉供電公司旗下主網(wǎng)運維線路已達3400公里之多，且由于地理位置，大多線路走徑都以戈壁荒漠、無人區(qū)為主，線路長、地勢抖、管控難已成為該公司輸電運維頭號難題。

面對當(dāng)前形勢，輸電運檢中心亟需通過技術(shù)手段實現(xiàn)線路運行環(huán)境，特別是跨“高鐵、高速、重要輸電通道”等相關(guān)運行線路的監(jiān)測與分析，提升線路運維檢修精益化管理水平，而且由于國網(wǎng)公司對設(shè)備的精益化管理要求，對重要“三跨”運行通道開展輸電線路通道可視化監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，用于監(jiān)測跨“高鐵、高速、重要輸電通道”運行線路區(qū)域情況，發(fā)揮視頻、圖像在線監(jiān)測對線路外力破壞、施工現(xiàn)場、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、地勢抖、管控難、人員少的首要難題。無人區(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維環(huán)境日益惡劣的情況下，原有運檢模式與快速增長的電網(wǎng)規(guī)模間的矛盾日益突出，運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)合線路實際情況，采用無線專網(wǎng)、點對點以及點對多點等多種通信技術(shù)混合組網(wǎng)，完成終端設(shè)備通信接入，將現(xiàn)場圖像、視頻信息和運檢人員便攜設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)就近接入變電站光網(wǎng)絡(luò)，完成信號匯聚并遠程傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，從而實現(xiàn)對輸電線路的全天候監(jiān)測。論述了“基于華為5G 微波組網(wǎng)無人區(qū)可視化輸電線路運維管理模式”對改善當(dāng)前巡檢工作的合理性和必要性，同時就如何協(xié)同管理，建立高效、合理的工作機制進行論述。

1 公司線路運維面臨形勢

酒泉市面積19.2萬平方公里，約占甘肅省面積的42%，酒泉地區(qū)北接蒙古國、東接張掖、西鄰新疆、南連青海，東西約680公里、南北約550公里。酒泉供電公司運維線路多位于戈壁、荒漠地區(qū)，造成線路運維管理困難。以110千伏馬霍線為例，馬霍線起點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，同時該線路為霍勒扎德蓋口岸提供正常用電，保障國家邊防安全。

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，惡劣的運行環(huán)境和該線路的重要程度則要求運維人員必須不間斷地對該線路進行巡視運維，強化管理，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)實情況，運維人員無法到達進行巡視管理，線路管理存在空窗期，線路運維工作舉步維艱。諸多現(xiàn)實條件促使酒泉供電公司必須變革該線路運維方式，提升該線路運維質(zhì)量和效率，以保障重要客戶和國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)的分布情況及信號的有無以及強弱。雖然目前移動、聯(lián)通和電信等三大通信運營商的無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面已經(jīng)比較廣，但在無人區(qū)或少人區(qū)仍存在無信號或信號不穩(wěn)定等情況。長期以來，由于沒有有效的通信手段，輸電線路運維單位無法及時有效獲取無人區(qū)輸電線路的圖像、視頻、微氣象和覆冰等監(jiān)測信息，實時在線監(jiān)測無人區(qū)輸電線路成為難題。

為消除安全隱患、減輕運維人員勞動強度、提高生產(chǎn)效率、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平同時確保工作人員在無人區(qū)的通信保障，提出了通過先進的技術(shù)和設(shè)備進行實時監(jiān)控圖像、視頻數(shù)據(jù)回傳和保障巡檢人員在無信號區(qū)域的應(yīng)急通信和位置定位，從而滿足無信號區(qū)域內(nèi)輸電線路的運維管理需求，同時為狀態(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，為提升線路運維效率和響應(yīng)《關(guān)于進一步嚴格控制電網(wǎng)投資的通知》國網(wǎng)826號文件精神，通過華為5G 微波建設(shè)無線自有專網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)獨立可控，具備業(yè)務(wù)長期演進能力，減少重復(fù)投資，一次投資長期受益。變革傳統(tǒng)人工到場對無人區(qū)輸電線路巡檢運維管理方式，通過線路可視化管理解決人力、時間和特殊區(qū)域不可巡檢季節(jié)限制等問題，提高輸電全線路隱患發(fā)現(xiàn)及時性，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)測裝置，采用5.8GHz 頻段的自建無線專網(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SDH 光傳輸網(wǎng)絡(luò)將視頻數(shù)據(jù)遠傳至網(wǎng)省公司的視頻監(jiān)控平臺或輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主站[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

無線專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：無線子站節(jié)點設(shè)備、無線終端節(jié)點設(shè)備、主站節(jié)點設(shè)備。無線專網(wǎng)所采用的無線傳輸設(shè)備主要工作在5.8GHz頻段[2]，所有節(jié)點的無線設(shè)備可根據(jù)需要配置一個、兩個或者四個無線模塊，使用2～4個天線；無線基站使用高帶寬、高密集的兼具傳輸覆蓋功能的無線傳輸設(shè)備。在一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，實現(xiàn)無需用戶干預(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現(xiàn)強壯穩(wěn)定的無線傳輸和覆蓋，完全滿足高靈活性的大范圍、高帶寬無縫應(yīng)用。

塔上監(jiān)測設(shè)備通過無線直達或者中繼等方式使監(jiān)測數(shù)據(jù)以無線傳輸方式進入變電站，需要在變電站通訊機房樓頂架設(shè)一臺或者多臺無線接收裝置（也稱主站節(jié)點設(shè)備），在通訊機房增加網(wǎng)路視頻硬盤錄像機(NVR)一臺，用于存儲視頻數(shù)據(jù)。根據(jù)實際需要，可再安裝一臺三層網(wǎng)絡(luò)交換機，后接入具有以太網(wǎng)口的SDH 設(shè)備，進行站端到監(jiān)測主站的遠距離光傳輸。

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

華為5G 微波無人區(qū)通信解決方案具備天地一體化能力，通過雙向鏈路保護、遠程北斗喚醒機制不但解決了無人區(qū)信號覆蓋問題，而且在網(wǎng)絡(luò)可靠性上得到極大保障。華為5G 微波最大帶寬可達到250Mbps，TDMA 機制精準時隙分配，傳輸性能可靠，可適應(yīng)-40～+60°C 的嚴苛環(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。

實現(xiàn)的效果：5G 微波智能云管控平臺智能識別預(yù)警裝置在輸電線路視頻監(jiān)控裝置的基礎(chǔ)上進行了科學(xué)的設(shè)計，將智能視頻分析技術(shù)集成應(yīng)用于該裝置，當(dāng)探測到現(xiàn)場發(fā)生外力破壞、超高物體靠近及異物停留等行為時，立即啟動現(xiàn)場語音告警，并且同時抓拍現(xiàn)場圖片并錄像，將現(xiàn)場報警圖片通過無線專網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心的管理系統(tǒng)自動將報警圖片通過微信公眾號推送方式發(fā)送到相關(guān)工作人員的手機（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

橫向?qū)Ρ龋和ㄟ^輸電線路通道可視化監(jiān)測系統(tǒng)的持續(xù)建設(shè)，達到視頻全覆蓋后，可以實現(xiàn)輸電運檢工作以下三方面的提升：實現(xiàn)“足不出戶”掌握線路運行狀況，在監(jiān)控系統(tǒng)與移動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；實現(xiàn)“不留死角”掌握線路運行動態(tài)，利用輸電智能終端對設(shè)備狀態(tài)量和環(huán)境狀態(tài)量的及時全面獲取，輸電運檢人員快速準確判斷線路健康狀況的手段和能力將有顯著提升；實現(xiàn)“科學(xué)合理”安排狀態(tài)檢修工作，利用更全面、更及時、更準確的狀態(tài)量，實施更有針對性的狀態(tài)檢修，輸電精益運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)覆蓋率的影響會極大的影響到傳輸效率（國家對電信通訊要求的規(guī)范規(guī)定，手機接收電平≥城市取-90dBm、鄉(xiāng)村取-94dBm，當(dāng)數(shù)值小于此值時，也就是說此處無線信號強度不滿足覆蓋要求。），相對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)覆蓋率差的無人區(qū)依舊能夠穩(wěn)定保證傳輸功率，但對4G 通信網(wǎng)絡(luò)來講則將導(dǎo)致設(shè)備無法工作。

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

該無線專網(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 擴展接口)，增強了網(wǎng)絡(luò)連接性，擴大了覆蓋范圍。也可通過增加傳統(tǒng)2.4G/ZIGBEE無線接收模塊，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 微波單純使用無線中繼來加強和轉(zhuǎn)接信號來達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)試后無需再交納任何通信費用，而4G 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則需依賴運營商流量定價費，且收流量容量影響工作效率，當(dāng)流量耗盡時將無法再次工作直至下次繳費。

3 結(jié)語

目前，酒泉公司已建成的5G 微波組網(wǎng)防外破管控平臺對酒泉地區(qū)的外破施工管控起到了積極作用，能及時、準確的對各類施工進行報警，確保線路運維人員對線路運維狀態(tài)及時掌握，為線路安全穩(wěn)定供電提供了強有力支撐。

甘肅地型狹長，無信號區(qū)域比例較高，且是國網(wǎng)西電東輸電力走廊的重要區(qū)段。甘肅電網(wǎng)有6個單位輸電線路通過無人區(qū)和無公網(wǎng)信號區(qū)域，共涉及到155條線路、約4630公里。通過推廣該解決方案可以實現(xiàn)可靠、及時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)防外破管控平臺的應(yīng)用情況來看，該項技術(shù)在全省及全國有極高應(yīng)用及推廣價值。