架空輸電線路無(wú)人機(jī)運(yùn)維巡檢技術(shù)研究

丁 楠

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司鹽城供電分公司，江蘇 鹽城 224000）

引言

人們的日常生活和社會(huì)活動(dòng)已經(jīng)離不開電力的支撐，供電企業(yè)為了保證電力的供應(yīng)數(shù)量和供應(yīng)質(zhì)量，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)不斷地進(jìn)行改造和構(gòu)建。輸電線路作為電網(wǎng)系統(tǒng)中關(guān)鍵的電力設(shè)施，承擔(dān)著電力穩(wěn)定輸送的作用，其安全性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到了電力的輸送質(zhì)量。由于輸電線路的特殊性，范圍廣、區(qū)域地形復(fù)雜，電力企業(yè)的工作人員對(duì)輸電線路的運(yùn)維和檢修，尤其是對(duì)架空輸電線路，做不到全部檢查，傳統(tǒng)的運(yùn)維檢修已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段架空輸電線路的要求。隨著科技的發(fā)展，無(wú)人機(jī)出現(xiàn)并運(yùn)用到輸電線路的運(yùn)維和檢修中，極大地減輕了電力企業(yè)工作人員對(duì)架空輸電線路運(yùn)維檢修的工作量，運(yùn)維檢修工作效率有了很大提升，降低了架空輸電線路的故障率，有助于促進(jìn)電網(wǎng)系統(tǒng)朝著智能化、自動(dòng)化的方向進(jìn)一步發(fā)展[1-2]。

1 架空輸電線路無(wú)人機(jī)運(yùn)檢關(guān)鍵技術(shù)

1.1 自主巡檢技術(shù)

早期的無(wú)人機(jī)應(yīng)用在架空輸電線路的運(yùn)維和檢修方面時(shí)，是依靠電力企業(yè)的地面運(yùn)檢工作人員對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控的。但是不同的運(yùn)維操作人員對(duì)無(wú)人機(jī)操控的熟練度以及技能方面存在著不確定性，對(duì)操作人員的專業(yè)技能要求也比較高。即便是同一操作人員在不同的時(shí)間段操作無(wú)人機(jī)獲得的架空輸電線路檢修效果也是不穩(wěn)定的。因此，無(wú)人機(jī)對(duì)架空輸電線路進(jìn)行巡檢，必須采用自主巡檢技術(shù)。自主巡檢技術(shù)的發(fā)展目前在電力企業(yè)的使用有兩種，即：激光雷達(dá)（LiDAR）技術(shù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高精度定位（RTK）技術(shù)，這兩種技術(shù)目前使用比較廣泛。激光雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)架空輸電線路信息的快速獲取，采用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)飛行線路進(jìn)行規(guī)劃，綜合無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)參數(shù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)本身搭載的激光雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)自主巡航和運(yùn)維檢修。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高精度定位技術(shù)采用的是流動(dòng)站和基準(zhǔn)站的方式進(jìn)行差分定位，采用這種技術(shù)的無(wú)人機(jī)在進(jìn)行架空輸電線路的運(yùn)維檢修時(shí)受限于基站之間的距離和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膯栴}。因此，需要建立多個(gè)基站來(lái)保證信號(hào)傳遞的安全性和穩(wěn)定性，滿足無(wú)人機(jī)的自主巡檢。

1.2 作業(yè)安全管控

電力企業(yè)使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行架空輸電線路的運(yùn)維檢修時(shí)，為了防止無(wú)人機(jī)在飛行過程中出現(xiàn)“黑飛“的現(xiàn)象，在無(wú)人機(jī)上安裝飛行數(shù)據(jù)記錄器。飛行數(shù)據(jù)記錄器能夠獨(dú)立于無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行數(shù)據(jù)的記錄，且無(wú)法被人為更改。飛行數(shù)據(jù)主要包括飛行時(shí)間、地點(diǎn)以及路徑等。通過GPS或者是北斗衛(wèi)星對(duì)其路徑進(jìn)行記錄，通過數(shù)據(jù)傳輸將無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞到地面監(jiān)控平臺(tái)，同時(shí)為了保證無(wú)人機(jī)飛行的安全性無(wú)人機(jī)設(shè)置有安全監(jiān)控，當(dāng)其飛行數(shù)據(jù)與允許的飛行數(shù)據(jù)出現(xiàn)不同時(shí)，就會(huì)發(fā)起報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)其作業(yè)的全過程監(jiān)控。無(wú)人機(jī)巡檢模塊還需要具備對(duì)巡檢區(qū)域周圍地理環(huán)境以及氣候環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，全方位地考察架空輸電線路的實(shí)時(shí)情況，對(duì)其進(jìn)行巡檢，并嚴(yán)格按照電力企業(yè)的巡檢制度和巡檢計(jì)劃執(zhí)行。

1.3 故障定位和缺陷識(shí)別技術(shù)

架空輸電線路在日常運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)受到多方面的因素影響導(dǎo)致其產(chǎn)生故障，架空輸電線路在出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)人機(jī)需要結(jié)合電力企業(yè)的其他裝置對(duì)架空輸電線路的故障情況進(jìn)行快速了解、分析和判斷。同時(shí)，在無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行的過程中還要綜合檢修人員的相關(guān)信息，關(guān)聯(lián)相應(yīng)的作業(yè)工單等信息。在發(fā)生故障時(shí)快速反應(yīng)，將一次故障縮小到最小范圍。無(wú)人機(jī)在進(jìn)行運(yùn)維檢修時(shí)，要對(duì)架空輸電線路進(jìn)行缺陷識(shí)別。架空輸電線路的缺陷包括輸電線路、塔干、導(dǎo)地線、絕緣子、基礎(chǔ)以及其他附屬設(shè)施。在對(duì)這些裝置進(jìn)行檢查時(shí)，無(wú)人機(jī)要識(shí)別其可能存在的缺陷，如架空輸電線路塔可能存在著腐蝕點(diǎn)或者存在著斷裂情況、輸電線路的絕緣層損壞等[3]。

2 運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)應(yīng)用

2.1 運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)測(cè)繪攝像應(yīng)用

運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)測(cè)繪攝像模塊采用的是傾斜攝像方式，傾斜攝像方式利用多臺(tái)傳感器以及攝像裝置共同發(fā)揮作用[4]。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，利用Motoar Sky MS-Q5傾斜攝像系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備有垂直方向以及四面傾斜方向，以獲取無(wú)人機(jī)飛行過程中垂直方向的地面信息以及45°～60°傾斜角之間的地面信息，通過多角度的攝像，獲取完整的地面圖像信息。整套系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)傾斜攝像系統(tǒng)

2.2 運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)紅外測(cè)溫應(yīng)用

運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)利用紅外測(cè)溫技術(shù)能夠?qū)芸蛰旊娋€路中產(chǎn)生的輸電線路故障缺陷以及絕緣性進(jìn)行綜合預(yù)判，以達(dá)到對(duì)架空輸電線路進(jìn)行預(yù)知狀態(tài)轉(zhuǎn)變的效果。運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)的定點(diǎn)懸停，結(jié)合紅外測(cè)溫儀，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)或者是警戒點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控[5]。運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)的紅外測(cè)溫實(shí)際應(yīng)用效果如圖2所示，分別對(duì)架空輸電線路的導(dǎo)線部分進(jìn)行溫度檢測(cè)和對(duì)絕緣子部分進(jìn)行檢測(cè)。

圖2 運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)紅外測(cè)溫實(shí)際效果圖

3 運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)應(yīng)用測(cè)試試驗(yàn)

為了試驗(yàn)運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)的實(shí)際應(yīng)用效果，對(duì)運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)搭載傾斜攝像技術(shù)和紅外測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性測(cè)試，通過對(duì)測(cè)試要求與實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)效果進(jìn)行比對(duì)，說明其實(shí)際應(yīng)用效果。表1為運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)的技術(shù)要求。

表1 運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)技術(shù)要求

運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)的試驗(yàn)是對(duì)江蘇鹽城某110 kV線路N2—N3段、N3—N4段區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)線進(jìn)行日常巡檢任務(wù)，利用運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)發(fā)現(xiàn)架空輸電線路存在的安全隱患和缺陷，對(duì)架空輸電線路實(shí)現(xiàn)高效、高精度的信息采集。獲取到的實(shí)際信息如表2所示。

表2 運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)實(shí)際測(cè)試信息

通過對(duì)運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，在實(shí)際飛行過程中能夠較好地獲取架空輸電線路周圍的實(shí)際情況以及架空輸電線路距周圍障礙物的距離。同時(shí)運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)在實(shí)際測(cè)試段的懸停精度和RTK定位精度根據(jù)測(cè)得的距離，達(dá)到了運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)的相關(guān)精度要求，其定位距離精度更為精準(zhǔn)。在實(shí)際測(cè)試過程中，運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)能夠成功地避開架空輸電線路周圍的障礙物，達(dá)到了保障要求。運(yùn)維巡檢無(wú)人機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中能夠?yàn)檩旊娋€路提供有力的安全保障，大大減輕了人工巡線的不足。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，架空輸電線路的運(yùn)維檢修成為一項(xiàng)非常重要的工作。運(yùn)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行運(yùn)維檢修成為必然選擇。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)在電力方面的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣闊，同時(shí)在功能方面也越來(lái)越智能化。架空輸電線路無(wú)人機(jī)的使用改變了傳統(tǒng)架空輸電線路運(yùn)維檢修工作模式，電力企業(yè)工作人員的工作量明顯降低，工作效率大大提高，進(jìn)一步促進(jìn)了電力系統(tǒng)朝著智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。