基于华为5G微波组网无人区可视化输电线路运维管理模式的变革

国网甘肃省电力公司酒泉供电公司 王 勇 吴有鹏

随着经济社会快速发展，电网及铁路网建设持续深入，各项开发建设项目频繁，线路运行环境日趋复杂，输电线路安全运行压力和运维工作量进一步增大，国网酒泉供电公司旗下主网运维线路已达3400公里之多，且由于地理位置，大多线路走径都以戈壁荒漠、无人区为主，线路长、地势抖、管控难已成为该公司输电运维头号难题。

面对当前形势，输电运检中心亟需通过技术手段实现线路运行环境，特别是跨“高铁、高速、重要输电通道”等相关运行线路的监测与分析，提升线路运维检修精益化管理水平，而且由于国网公司对设备的精益化管理要求，对重要“三跨”运行通道开展输电线路通道可视化监测系统建设，用于监测跨“高铁、高速、重要输电通道”运行线路区域情况，发挥视频、图像在线监测对线路外力破坏、施工现场、树木超高、违章建筑、鸟害等情况的综合监控作用，解决当前线路长、地势抖、管控难、人员少的首要难题。无人区输电线路巡检往往需要投入大量人力资源集中开展运维、检修等工作，目前电网迅速发展，专业人力资源日趋紧张以及外部运维环境日益恶劣的情况下，原有运检模式与快速增长的电网规模间的矛盾日益突出，运维成效亟需大幅提升。

本文提出了通道微波组网可视化系统框架，结合线路实际情况，采用无线专网、点对点以及点对多点等多种通信技术混合组网，完成终端设备通信接入，将现场图像、视频信息和运检人员便携设备通过无线网络就近接入变电站光网络，完成信号汇聚并远程传输到监控中心，从而实现对输电线路的全天候监测。论述了“基于华为5G 微波组网无人区可视化输电线路运维管理模式”对改善当前巡检工作的合理性和必要性，同时就如何协同管理，建立高效、合理的工作机制进行论述。

1 公司线路运维面临形势

酒泉市面积19.2万平方公里，约占甘肃省面积的42%，酒泉地区北接蒙古国、东接张掖、西邻新疆、南连青海，东西约680公里、南北约550公里。酒泉供电公司运维线路多位于戈壁、荒漠地区，造成线路运维管理困难。以110千伏马霍线为例，马霍线起点110千伏马鬃山变电站、西至110千伏霍勒扎德盖变电站，该线路辐射区域涉及众多大型厂矿，为客户重要供电线路，同时该线路为霍勒扎德盖口岸提供正常用电，保障国家边防安全。

该线路地形以山区为主，常年经历大风、暴雪等恶劣天气，恶劣的运行环境和该线路的重要程度则要求运维人员必须不间断地对该线路进行巡视运维，强化管理，但每年11月至次年4月因大雪等恶劣天气造成封山等现实情况，运维人员无法到达进行巡视管理，线路管理存在空窗期，线路运维工作举步维艰。诸多现实条件促使酒泉供电公司必须变革该线路运维方式，提升该线路运维质量和效率，以保障重要客户和国家重要部门的用电安全。

2 5G 微波组网

2.1 5G 微波组网的效益

目前应用在输电线路在线监测方面的前通信技术丰富多样，但都受制于通信网络的分布情况及信号的有无以及强弱。虽然目前移动、联通和电信等三大通信运营商的无线网络的覆盖面已经比较广，但在无人区或少人区仍存在无信号或信号不稳定等情况。长期以来，由于没有有效的通信手段，输电线路运维单位无法及时有效获取无人区输电线路的图像、视频、微气象和覆冰等监测信息，实时在线监测无人区输电线路成为难题。

为消除安全隐患、减轻运维人员劳动强度、提高生产效率、提高电网安全稳定运行水平同时确保工作人员在无人区的通信保障，提出了通过先进的技术和设备进行实时监控图像、视频数据回传和保障巡检人员在无信号区域的应急通信和位置定位，从而满足无信号区域内输电线路的运维管理需求，同时为状态检修的深化应用提供基础参考依据。

当前酒泉供电公司所辖输电线路中同马霍线情况类似的线路较多，为提升线路运维效率和响应《关于进一步严格控制电网投资的通知》国网826号文件精神，通过华为5G 微波建设无线自有专网，网络独立可控，具备业务长期演进能力，减少重复投资，一次投资长期受益。变革传统人工到场对无人区输电线路巡检运维管理方式，通过线路可视化管理解决人力、时间和特殊区域不可巡检季节限制等问题，提高输电全线路隐患发现及时性，巡检线路全年可覆盖和巡视效率，最终提高供电可靠性。

2.2 5G 组网原理介绍

输电线路可视化装置利用安装在输电线路杆塔上的视频在线监测装置，采用5.8GHz 频段的自建无线专网通信方案将采集到的数据传输至就近的变电站，并在变电站内通过SDH 光传输网络将视频数据远传至网省公司的视频监控平台或输变电设备状态监测主站[1]，具体接入方式如图1。

图1 系统数据传输总体架构图

无线专网的网络结构主要由三部分组成：无线子站节点设备、无线终端节点设备、主站节点设备。无线专网所采用的无线传输设备主要工作在5.8GHz频段[2]，所有节点的无线设备可根据需要配置一个、两个或者四个无线模块，使用2～4个天线；无线基站使用高带宽、高密集的兼具传输覆盖功能的无线传输设备。在一个网络内，实现无需用户干预的自建路由、自组网、自愈合功能。配合多样化的天线可以实现强壮稳定的无线传输和覆盖，完全满足高灵活性的大范围、高带宽无缝应用。

塔上监测设备通过无线直达或者中继等方式使监测数据以无线传输方式进入变电站，需要在变电站通讯机房楼顶架设一台或者多台无线接收装置（也称主站节点设备），在通讯机房增加网路视频硬盘录像机(NVR)一台，用于存储视频数据。根据实际需要，可再安装一台三层网络交换机，后接入具有以太网口的SDH 设备，进行站端到监测主站的远距离光传输。

通过华为5G 微波在无人区输电线路间建设无线专网，以智能监拍终端为核心对线路通道及绝缘子、销钉等进行定时监拍，并扩展多个接口实现对微气象、温度、杆塔倾斜的监测，从而实现对无人区输电线路通道环境和杆塔本体的全面、全年监测，在无人区、无信号区构建可视化输电线路巡检无线专网通信通道，变革无人区输电线路传统人工到站巡检运维的管理模式，提高无人区输电线路巡检效率和有效覆盖率。

华为5G 微波无人区通信解决方案具备天地一体化能力，通过双向链路保护、远程北斗唤醒机制不但解决了无人区信号覆盖问题，而且在网络可靠性上得到极大保障。华为5G 微波最大带宽可达到250Mbps，TDMA 机制精准时隙分配，传输性能可靠，可适应-40～+60°C 的严苛环境，防尘防盐腐防雷、低功耗等特性可保障可视化输电线路回传的通信稳定。

实现的效果：5G 微波智能云管控平台智能识别预警装置在输电线路视频监控装置的基础上进行了科学的设计，将智能视频分析技术集成应用于该装置，当探测到现场发生外力破坏、超高物体靠近及异物停留等行为时，立即启动现场语音告警，并且同时抓拍现场图片并录像，将现场报警图片通过无线专网传输到监控中心，监控中心的管理系统自动将报警图片通过微信公众号推送方式发送到相关工作人员的手机（微信客户端）。工作人员可根据图片分析采取相应措施，阻止破坏性行为的继续发生，减小甚至杜绝由于外力破坏造成的事故的影响。

2.3 5G 组网优势

横向对比：通过输电线路通道可视化监测系统的持续建设，达到视频全覆盖后，可以实现输电运检工作以下三方面的提升：实现“足不出户”掌握线路运行状况，在监控系统与移动终端前完成线路通道巡视工作，与传统的低效率人工通道巡视相比，巡视效率和效果都将有显著提升；实现“不留死角”掌握线路运行动态，利用输电智能终端对设备状态量和环境状态量的及时全面获取，输电运检人员快速准确判断线路健康状况的手段和能力将有显著提升；实现“科学合理”安排状态检修工作，利用更全面、更及时、更准确的状态量，实施更有针对性的状态检修，输电精益运检的水平将有显著提升。

纵向对比：其一，4G 通信网络受地形即网络覆盖率的影响会极大的影响到传输效率（国家对电信通讯要求的规范规定，手机接收电平≥城市取-90dBm、乡村取-94dBm，当数值小于此值时，也就是说此处无线信号强度不满足覆盖要求。），相对4G 通信网络5G 微波不依赖通信网络的覆盖，在荒漠戈壁通信网络覆盖率差的无人区依旧能够稳定保证传输功率，但对4G 通信网络来讲则将导致设备无法工作。

其二，5G 微波无线专网网络是采用支持无线Mesh 功能也称为“多跳”网络设备组建起来的，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。它不依赖于预设的基础设施，具有可临时组网、可自恢复、快速展开、无控制中心、抗毁性强等特点[3]。由于铁路运行线路同输电路线一样，同属于链状网络。基于无线Mesh 网络技术建立的无线专网，相当于在传统点到点的无线专网网络基础上增加了一条网络保护链路，而不需要增加额外的网络设备。该无线Mesh 网络设备可根据实际需要切换5.8G 为2.4G 频段，供用户终端可以是手提电脑、手机、PDA 等装有无线网卡、天线的设备接入，用户在塔下就可以实时查看现场其他点位的运行状况。

该无线专网可提供与其他一些网络结构的连接接口(一路POE 扩展接口)，增强了网络连接性，扩大了覆盖范围。也可通过增加传统2.4G/ZIGBEE无线接收模块，与现有的基于2.4G 射频或zigbee网络的设备相融合。从图2可以看出，5G 微波单纯使用无线中继来加强和转接信号来达到最终让中断接受的目的，而4G 通信则依赖基站网络建设。

图2 无线中继传输示意图

其三，5G 微波设备在完成架设调试后无需再交纳任何通信费用，而4G 通信网络设备则需依赖运营商流量定价费，且收流量容量影响工作效率，当流量耗尽时将无法再次工作直至下次缴费。

3 结语

目前，酒泉公司已建成的5G 微波组网防外破管控平台对酒泉地区的外破施工管控起到了积极作用，能及时、准确的对各类施工进行报警，确保线路运维人员对线路运维状态及时掌握，为线路安全稳定供电提供了强有力支撑。

甘肃地型狭长，无信号区域比例较高，且是国网西电东输电力走廊的重要区段。甘肃电网有6个单位输电线路通过无人区和无公网信号区域，共涉及到155条线路、约4630公里。通过推广该解决方案可以实现可靠、及时地获取这些输电线路的图像、微气象、覆冰和塔体状态等运行状况，保障好输电路线安全和电力供给。以酒泉公司已建成的5G 微波组网防外破管控平台的应用情况来看，该项技术在全省及全国有极高应用及推广价值。