淺談無人機在10kV配網(wǎng)架空線路的應(yīng)用前景

國網(wǎng)福建省電力有限公司漳州供電公司 黃心怡

自2011年起國家電網(wǎng)公司已開始研究無人機與人工協(xié)同巡檢的模式，并陸續(xù)在系統(tǒng)內(nèi)各地市進行試點，近年來系統(tǒng)內(nèi)正大力推進開展無人機的推廣使用。發(fā)達國家在無人機巡線技術(shù)領(lǐng)域位于領(lǐng)先水平，已開始著手后續(xù)的圖像、數(shù)據(jù)處理方面的研究；相比之下近年來國內(nèi)無人機仍主要位于硬件的開發(fā)層面，但技術(shù)發(fā)展趨勢不容小覷，針對無人機在電力行業(yè)應(yīng)用的研究也在不斷開展。

隨著電力市場不斷改革，面向用戶側(cè)的配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜；由于網(wǎng)架構(gòu)建需要、專用工程接入和銷戶、新建工程用電需求等多方面因素的影響，配網(wǎng)設(shè)備異動較為頻繁，且由于電壓等級較低，配網(wǎng)線路設(shè)備間距較小，增加了配網(wǎng)巡視運維難度。傳統(tǒng)配網(wǎng)作業(yè)模式較為單一，大多依賴人工自主作業(yè)，自動化、智能化程度有待提升。在主網(wǎng)輸電線路巡檢工作中，搭載可見光、紅外傳感器等模塊的無人機巡檢系統(tǒng)已成為日常巡檢的主要手段，而當(dāng)前無人機在配網(wǎng)架空線路中的應(yīng)用并不廣泛。隨著無人機新技術(shù)的發(fā)展和配網(wǎng)智能化進程的推進，將不斷改良的無人機應(yīng)用于配網(wǎng)架空線路作業(yè)中能夠有效提升工作效率，彌補當(dāng)前工作模式中存在的不足。

1 配網(wǎng)架空線路無人機的選型方法

1.1 無人機分類及特點

按照不同平臺構(gòu)型來分類，常見無人機類型可分為固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機三大平臺。在無人機應(yīng)用于電網(wǎng)巡線的早期階段，綜合對比無人直升機和固定翼機的功能特點，考慮到無人直升機具備原地垂直起降和定點懸停的功能，在電力線路巡線中更傾向于采用無人直升機開展作業(yè)[1]。隨著多旋翼無人機不斷發(fā)展，逐步成為主流無人機平臺之一。固定翼無人機、無人直升機、多旋翼無人機性能特點分別為：購置成本。較低、較高、較低；飛行動力。油動、油動、電動；續(xù)航時間（h）。3～4、4、0.5；抗風(fēng)能力（級）。<5、<5、3～4；飛行速度。較快、較慢、較慢；飛行距離。較遠、中等、較近；成像精度。較低、較高、較高。固定翼無人機適用于快速巡檢，對線路走廊、樹障及違章建筑隱患進行大范圍排查；無人直升機具備懸停拍照功能，靈活性高，適合對桿塔、絕緣子、導(dǎo)線、金具等部位開展精細巡檢；多旋翼無人機與無人直升機各方面參數(shù)較為接近，但相比之下無人直升機操作較為復(fù)雜、成本較高，機型不如多旋翼無人機小巧便攜。綜合考慮各類型無人機特點及在配網(wǎng)作業(yè)中的應(yīng)用，多旋翼無人機具有一定的優(yōu)勢。

1.2 配網(wǎng)無人機選型基本要求

配網(wǎng)線路桿塔間跨越長度較短，多架設(shè)于人口密集區(qū)或郊區(qū)道路旁，部分配網(wǎng)線路位于山區(qū)或跨江架設(shè)；在配網(wǎng)架空線路中還安裝有刀閘、柱上開關(guān)、配電變壓器等設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型眾多。因此對應(yīng)用于配網(wǎng)架空線路的無人機提出幾點基本要求：可靠性高。機身小，墜機風(fēng)險低；便攜性強。裝拆、攜帶方便，對起降場地要求低，可迅速開展作業(yè)；功能多樣。可搭載多種檢測模塊，便于開展故障巡視和發(fā)現(xiàn)不同類型的設(shè)備隱患。為滿足巡檢方式多樣性，無人機應(yīng)能夠搭載高速圖像模塊、紅外、紫外成像傳感模塊、特高頻、超聲波局放傳感模塊等模塊，并滿足相應(yīng)技術(shù)參數(shù)配置要求[2]。各模塊針對配網(wǎng)線路檢測的主要故障類型為：可見光圖像。導(dǎo)線斷股、絕緣子斷裂脫落、引流元件間隙過大、絕緣層破損、異物纏繞、桿號牌缺失等；紅外成像。刀閘、電纜終端、線夾、導(dǎo)線接頭等部位的發(fā)熱故障；紫外成像。設(shè)備電暈放電情況；局放測試。配電變壓器、電纜終端內(nèi)部局部放電現(xiàn)象。

2 無人機在配網(wǎng)架空線路中的應(yīng)用前景

2.1 在線路巡視中的應(yīng)用前景

受到地形制約、視角限制等因素影響，人工對配網(wǎng)架空線路開展巡視存在工作強度高、效率低下、環(huán)境險惡、覆蓋面不足等缺點，巡視質(zhì)量較差。利用無人機平臺則無需考慮這些因素，可針對不同巡視需求對配網(wǎng)架空線路開展高效、安全的巡視工作。

對于設(shè)備運維的定期巡視，無人機可通過云臺操控機身搭載的高清成像設(shè)備對桿塔及設(shè)備進行高分辨率、全方位多角度拍攝，更加直觀地掌握線路走廊情況。對于故障巡視，無人機可搭載檢測模塊實現(xiàn)對線路故障和缺陷的快速精準(zhǔn)查找，并運用無線通信模塊將圖像實時回傳給圖像處理系統(tǒng)，利用圖像識別技術(shù)和相應(yīng)算法對缺陷進行檢測[3]；在基于LTE230電力專網(wǎng)的配網(wǎng)智能檢測系統(tǒng)中，無人機還可作為信息中轉(zhuǎn)站，通過無線通道接收配網(wǎng)智能終端及其他無線傳感發(fā)出的無線信號及數(shù)據(jù)，并將收集到的信息暫時儲存，巡檢結(jié)束后返回基站由技術(shù)人員處理收集到的信息[4]。對于災(zāi)后應(yīng)急搶險巡視，無人機可對道路阻塞、環(huán)境惡劣區(qū)域的設(shè)備進行巡視，運用航拍技術(shù)輔助運維人員迅速掌握配網(wǎng)線路及設(shè)備受損情況，降低人身傷害風(fēng)險，提高搶修效率。

2.2 在現(xiàn)場勘察中的應(yīng)用前景

將無人機與VR 技術(shù)結(jié)合能使飛行更加安全高效便捷，在電網(wǎng)應(yīng)用中發(fā)揮更大優(yōu)勢[5]。VR 技術(shù)可為操作人員提供身臨其境的沉浸感，通過VR 眼鏡實時觀看巡檢過程中的影像，有助于提高操作人員對無人機周邊環(huán)境和障礙物的感知能力，能夠進一步改善避障效果，降低操作難度。近年來無人機公司正在不斷研究改進無人機和VR 的結(jié)合技術(shù)。在穿越機/競速無人機領(lǐng)域就搭載了FPV（第一人稱視角）設(shè)備，使飛手和賽事現(xiàn)場的觀眾能夠通過無人機鏡頭實時觀看飛行過程，體驗坐在駕駛艙內(nèi)的感覺。

配網(wǎng)架空線路開展綜合檢修、業(yè)擴工程、新建工程等工作需提前進行現(xiàn)場勘察，了解設(shè)備周邊環(huán)境，審查安全措施是否符合現(xiàn)場實際條件。對于穿梭在農(nóng)村建筑、山區(qū)池塘等復(fù)雜地形的配電線路，依靠人工沿線一根根桿塔進行勘察往往將耗費大量時間和精力。搭載VR 設(shè)備的小型無人機具備靈活輕便、噪音干擾小、危險系數(shù)低的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精準(zhǔn)便捷的飛行，可應(yīng)用于輔助工作負責(zé)人和工作票簽發(fā)人開展現(xiàn)場勘察工作。既能快速收集現(xiàn)場信息，掌握線路交叉跨越、T 接點、臨近帶電部位等情況，又能夠減少無人機飛行噪音、意外墜機風(fēng)險對周邊居民造成的影響。目前公司系統(tǒng)內(nèi)，變電運維人員已開始學(xué)習(xí)使用VR 型無人機對GIS 變電站開展設(shè)備巡視，此項技術(shù)具備可行性。

2.3 在現(xiàn)場管控中的應(yīng)用前景

無人機自身搭載的高清廣角攝像頭可進行俯仰-90°到30°旋轉(zhuǎn)，具有高空視角優(yōu)勢，在配網(wǎng)開展架空線路作業(yè)中可輔助進行安全管控。對于配網(wǎng)線路帶電作業(yè)現(xiàn)場，如周邊有較多樹木、交叉跨越或鄰近導(dǎo)線等復(fù)雜環(huán)境，運用無人機可為工作負責(zé)人和專責(zé)監(jiān)護人提供更多方位視角，保障作業(yè)安全；后期隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和電力無線專網(wǎng)進一步構(gòu)建完善，還可實現(xiàn)遠程視頻傳輸對作業(yè)現(xiàn)場進行可靠管控。對于違章施工對電力設(shè)備產(chǎn)生威脅甚至造成破壞的事件，可采用無人機進行喊話提醒和調(diào)查取證，便于配電部門進行后續(xù)的維權(quán)工作。

近年來在應(yīng)用于配網(wǎng)架空線路的無人機技術(shù)領(lǐng)域涌現(xiàn)出許多新成果，作為搭載平臺其具備的功能正向多元化發(fā)展，從而更好地適應(yīng)各種配網(wǎng)工作需求。利用無人機可在智能配網(wǎng)架空線路領(lǐng)域輔助開展多項業(yè)務(wù)，能夠有效減輕人員負擔(dān)，降低作業(yè)風(fēng)險，提高工作效率和質(zhì)量，有利于提高配網(wǎng)供電可靠性，具有十分可觀的應(yīng)用前景。