無人機在電力巡檢中的應用

引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展和壯大,全國發(fā)電裝機容量已從2000年的3.2億kw增長到2022年的20億kw,2029年更是突破20億kw達到20.22億kw:全國發(fā)電量從2020年的4.22萬億kw·h增長到2020年的7.42萬億kw·h:同時,全國用電量也隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展,由2020年的4.29萬億kw·h增長到2020年的7.52萬億kw·h。

2949年 ,全國35kV及以上輸電線路長6 475 km:2978年 ,全國35kV及以上輸電線路長23萬km:2002年國家電網(wǎng)公司組建成立以來,電網(wǎng)建設進入快速發(fā)展的新階段。2006年,全國35kV及以上輸電線路長度突破200萬km: 2022年,西藏與西北電網(wǎng)實現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)。截至2028年底,35kV 及以上輸電線路長度達到289.2萬km,較1949年增長291倍,位列世界第一。

電力線路搭建完成后,需要定期維護、保養(yǎng)線路和桿塔。傳統(tǒng)的輸電線路巡視主要采用人工巡檢方式 ,即步行巡視及攀登桿(塔）等進行線路巡檢,同時借助檢測人員肉眼及紅外熱成像儀、望遠鏡等設備來對待檢測輸電線路的外觀狀況和發(fā)熱狀況等進行直接觀察,借助測距儀來測定輸電線路的安全距離是否滿足安全規(guī)范和要求。隨著輸電線路規(guī)模不斷發(fā)展、范圍不斷擴大,在野外環(huán)境下,受地形環(huán)境、天氣條件等因素影響,人工巡檢方式不僅工作強度大、工作條件差、存在人身安全風險 ,同時巡檢準確度和巡檢效率還會受到所用檢測設備以及輸電線路所在地形等因素限制,從而影響輸電線路巡檢作業(yè)的順利開展。

而采用無人機進行巡檢作業(yè)受地形、環(huán)境等因素影響不大,能夠有效彌補傳統(tǒng)人工巡檢作業(yè)存在的不足,大大提高輸電檢修和運維的效率,且許多工作能在完全帶電的環(huán)境下完成。無人機在電網(wǎng)巡檢工作中的應用 ,為電網(wǎng)運檢維護提供了一條高效、安全、經(jīng)濟的新途徑。

1 無人機應用于架空輸電線路巡檢不受傳統(tǒng)條件限制

1. 1 不受地形地貌的限制

借助無人機巡檢輸電線路,巡檢人員不用接近輸電桿塔和輸電線路,可以遠距離甚至在超視距的情況下操作無人機,不會受到巡檢線路所在陡峭山區(qū)地形和多河流地貌影響,利用無人機來近距離、多方位、多角度地對輸電線路中的絕緣子、導地線、金具等設備進行觀察。

1.2不受天氣條件或地理氣候環(huán)境的限制

對于霧霾、大風、陰雨等比較惡劣的天氣或高海拔高寒地帶氣候條件比較嚴酷,人工無法作業(yè)的輸電線路地段,可以借助無人機來開展日常、故障、特殊線路巡檢作 業(yè) 。利用無人機機動性能好、靈活性好、生存能力強、安全 性較高、使用方便等優(yōu)勢來代替巡檢人員作業(yè),克服惡劣天氣和嚴酷氣候對巡檢作業(yè)的影響。

1.3不受巡視桿塔金具大小和安裝角度的限制

輸電桿塔上的眾多金具大多具有體型小、安裝角度特定、難以觀察等特點,在人工巡檢作業(yè)中,巡檢員會采用望遠鏡進行觀察,但桿塔上的銷釘很小,巡檢員要遠距離觀察銷釘?shù)臄嗔押腿笔в幸欢y度。輸電桿塔上部分螺栓和螺帽安裝在金具上部,在桿塔下很難觀察到。

無人機是貼近桿塔飛行進行巡視,可以利用無人機操作靈活、控制簡單的優(yōu)勢近距離觀測眾多較小金具,并且圍繞輸電桿塔多方位、多角度地拍照:還可以利用高清相機采用變焦功能來獲取高清和局部放大的圖片。

2無人機巡檢帶來的優(yōu)勢

2. 1提升輸電線路巡檢效率

無人機可以由操作人員遠距離操作,實現(xiàn)快速飛行、懸停、自動定位、巡航等功能,便捷地監(jiān)測輸電線路中的金具、導地線、桿塔等元器件。通過機身搭載高清攝像設備可以實時將相應影像傳回地面測控平臺,及時判斷線路是否有缺陷和故障點:甚至能通過中繼方式把影像傳回電網(wǎng)控制中心,對現(xiàn)場災害和故障對輸電桿塔和線路造成的損害及時做出預判,以便制訂應對災害的對策。也可利用高清照相機,在現(xiàn)場拍攝絕緣子串及連接金具中螺釘、銷釘、連接板等圖片,拍攝完一個桿塔后馬上飛到下個桿塔進行圖片的拍攝,將圖片保存在無人機存儲器中,巡檢完成后在計算機上查看圖片中部件是否有缺陷或缺失。這種工作方式縮短了桿塔和線路的現(xiàn)場巡檢時間,提高了巡視效率 ,同時降低了人工作業(yè)風險。

2.2無人機多功能作業(yè)

無人機小巧靈活,重量輕,攜帶方便,操作簡單,可以搭載不同檢測設備來實現(xiàn)不同的功能?？纱钶d高清相機和攝像機獲取輸電線路金具、導地線等元器件的質量缺陷:搭載激光雷達測距等設備來對輸電線路走廊下方超高樹木、建筑等進行測量,激光雷達測距結果精確度遠高于經(jīng)緯儀:搭載傾斜攝影、激光雷達等設備掃描線路,形成數(shù)字模型,以有效掌握線路和線路附近的三維情況,從而對沿線通道有一個立體、形象的了解,方便后期的維護和檢修:發(fā)生災害及線路故障后,在無人機的幫助下可以精確定位故障點,故障查找問題迎刃而解:搭載放線支架進行牽引繩引渡放線,在相鄰線塔間進行牽引繩的展放,完成輸電線路的架設:搭載強光照明設備和喊話系統(tǒng),在輸電線路夜晚緊急搶險中,可以為現(xiàn)場提供視野和指揮通信:搭載噴火設備,可以有效清除輸電線路中掛在兩相之間的風箏、塑料膜等異物。

2.3無人機作業(yè)的標準化

(1）確定巡檢類型,根據(jù)不同巡檢任務需求對巡檢拍攝內(nèi)容做出調整和規(guī)定 ,并針對不同電壓等級、不同塔型設定科學、標準的巡檢路徑、巡檢高度:

(2）規(guī)范和保證圖像質量 ,拍攝角度 、距離 、比例等符合規(guī)范要求,做到圖像拍攝的標準化、統(tǒng)一化:

(3）在無人機管理方面發(fā)布了《架空輸電線路無人機巡檢作業(yè)安全工作規(guī)程》(o/GDw11399一2015）,在無人機的巡視技術方面發(fā)布了《架空輸電線路無人機巡檢作業(yè)技術導則》(DL/T1482一2015）,在無人機人員培訓方面發(fā)布了《電力行業(yè)無人機巡檢作業(yè)人員培訓考核規(guī)范》 (T/CEC193一2018）:

(4）做到了管理規(guī)定、巡檢技術、功能質量要求 、設備 分類配置、人員培訓各方面都有章可循,有規(guī)范、導則可依,形成無人機巡檢作業(yè)的標準化。

2.4 提升巡檢作業(yè)精度、降低成本

利用無人機的靈活性、可靠性,搭載不同的傳感器和檢測元件,提高了作業(yè)的精度以及可靠性,同時降低了時間成本和人工成本。耗費綜合算下來 ,成本降低70%,效率提高400%。根據(jù)經(jīng)濟性邊界條件及規(guī)律,無人機的應用能夠有效降低輸電工程造價,提高工程的經(jīng)濟、社會效益,也為后續(xù)工程建設決策提供有效借鑒[5]。

2.5促進巡檢作業(yè)技術的發(fā)展

促進無人機自主巡檢技術的發(fā)展,利用實時動態(tài)高精度定位(RTK）技術,通過流動站和基準站實現(xiàn)差分定位,獲取高精度的定位結果,滿足無人機自主巡檢(尤其是桿塔精細化巡檢）要求:促進圖像識別技術、人工智能識別技術的發(fā)展,應用深度神經(jīng)網(wǎng)絡算法、大數(shù)據(jù)和圖像識別技術,對無人機巡檢數(shù)據(jù)進行自動分析和缺陷精準查找,生成巡檢報告:促進電池新材料的研發(fā)、新技術的應用,以提高無人機續(xù)航能力,石墨烯、鋁空氣電池、納米電池這三項電池技術有望成為未來電池的發(fā)展方向。

3無人機巡檢技術展望

無人機巡檢作業(yè)中,對于供電密度較大的區(qū)域,可以選擇有條件的變電站部署無人機機巢。結合激光導航、視覺識別、RTK精確定位等技術,實現(xiàn)無人機巡檢過程中的精準降落、自主更換電池、快速充放電等操作:利用自主巡檢技術可以達到去飛手的目的 ,以后巡視的工作量大部分就集中在如何高效、精確地對巡檢數(shù)據(jù)進行處理:利用5G通信技術低延遲、高效的優(yōu)勢,解決自主巡檢中RTK通信鏈路信號差的問題,實現(xiàn)無人機自主巡檢影像數(shù)據(jù)的精準采集,保障巡檢過程的安全可靠。

4結語

受地理位置、地形地貌、塔桿高度、帶電運行維護的限制,輸電線路人工巡檢難以及時、準確地發(fā)現(xiàn)故障、隱患,效率很低。輸電線路無人機巡檢提高了線路運維效率和質量,提升了線路智能化運行維護水平,能夠大大解放勞動力,在提高巡檢工作效率的同時降低工作難度,使得輸電線路巡檢工作的完成更加便捷、安全。