風(fēng)電場(chǎng)集電線路智能巡檢方式初探

張冬梅 吉慶昌 常 碩

①河北水利電力學(xué)院 ②河北省高校水利自動(dòng)化與信息化應(yīng)用技術(shù)研發(fā)中心

因風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部路地形復(fù)雜且自然環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)的人工巡檢模式已經(jīng)難以滿足運(yùn)維精細(xì)化管理的現(xiàn)實(shí)需求，故本文將構(gòu)建基于懸掛式的風(fēng)電場(chǎng)集電線路智能巡檢系統(tǒng)，其可以日夜兼程地在山區(qū)、丘陵、戈壁、果園、魚塘、高速公路、工廠、農(nóng)田等巡檢人員難以達(dá)到的線路區(qū)段內(nèi)進(jìn)行高頻次數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)回傳到地面終端，經(jīng)數(shù)據(jù)的整理分析后實(shí)現(xiàn)集電線路缺陷巡檢的“零死角”。

1 集電線路巡檢管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)選址一般為野外，風(fēng)機(jī)間距大，布點(diǎn)分散，廠區(qū)道路在項(xiàng)目建設(shè)完成后普遍修繕較少。后期運(yùn)維過程中，基本靠人工巡檢，存在巡檢時(shí)間長(zhǎng)，巡檢路線道路難行等特點(diǎn)。西北、內(nèi)蒙等地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)更是存在氣候環(huán)境惡劣，地廣人稀等特點(diǎn)。不同于電力電網(wǎng)，風(fēng)電場(chǎng)管理中存在著人員少、任務(wù)重、利潤低的特點(diǎn)，對(duì)場(chǎng)站后期維護(hù)工作提出了更高的要求。同時(shí)，傳統(tǒng)人工巡檢故障上報(bào)一般難以記錄故障發(fā)生的準(zhǔn)確位置。為解決傳統(tǒng)集電線路手工巡檢管理難以準(zhǔn)確記錄故障發(fā)生的準(zhǔn)確位置、管理效率低且時(shí)效性差的缺陷，近年來一些較為先進(jìn)的輸電線路巡檢管理系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，這些系統(tǒng)通過在桿塔上安裝信息鈕、信息螺栓或條形碼等自動(dòng)識(shí)別器件，輔以后臺(tái)的計(jì)算軟件進(jìn)行集中管理，但這些系統(tǒng)仍存在諸多缺陷，具體體現(xiàn)在：

第一，巡檢人員的責(zé)任心和素質(zhì)高低將直接影響巡檢質(zhì)量，巡檢人員責(zé)任心不強(qiáng)，帶來電桿和設(shè)備漏檢或漏項(xiàng)問題，不能確保巡檢檢查的質(zhì)量；巡檢人員綜合素質(zhì)不高，對(duì)應(yīng)檢查的設(shè)備及項(xiàng)目理解不到位，容易造成檢查結(jié)果的記錄不夠規(guī)范，難于描述集電線路真實(shí)的運(yùn)行狀況。

第二，信息鈕安裝復(fù)雜且長(zhǎng)期暴露在野外，容易遭到損壞，不利于有效管理，會(huì)影響巡檢數(shù)據(jù)的正確性。

第三，巡檢人員現(xiàn)場(chǎng)手工填寫缺陷票，效率低下且缺陷描述不夠規(guī)范，使得線路缺陷匯總分析的工作量沒有實(shí)質(zhì)性減少，影響了輸電線路巡檢管理效率的進(jìn)一步提高。

第四，巡檢任務(wù)調(diào)度的管理采用定期按照規(guī)定線路的方式進(jìn)行，不能夠很好的應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，不夠靈活。

現(xiàn)階段常用的無人機(jī)巡檢，由于操作簡(jiǎn)便，可視性較強(qiáng)，深受廣大電力職工喜愛。但是受無人機(jī)遙控范圍限制和續(xù)航里程限制，無人機(jī)巡檢仍需在人工完成場(chǎng)區(qū)巡檢的情況下，在特定位置完成無人機(jī)放飛和收回，并未在根本上減輕運(yùn)維人員的工作壓力。同時(shí)，由于風(fēng)電場(chǎng)一般選址在長(zhǎng)年風(fēng)力較大地區(qū)，對(duì)無人機(jī)操作提出了較高的要求，如操作失誤，易發(fā)生人為安全生產(chǎn)責(zé)任事故。在此背景下，設(shè)計(jì)采用懸掛式巡檢儀自動(dòng)巡檢的思路應(yīng)運(yùn)而生。

2 集電線路智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）集電線路智能巡檢系統(tǒng)的總體架構(gòu)系統(tǒng)整體上由巡檢監(jiān)測(cè)平臺(tái)、巡檢吊艙及自動(dòng)拖動(dòng)系統(tǒng)等三個(gè)部分構(gòu)成，其中巡檢監(jiān)測(cè)平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)自動(dòng)巡檢設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控和圖像等進(jìn)行回傳，并實(shí)時(shí)指揮和監(jiān)控自動(dòng)巡檢設(shè)備、巡檢數(shù)據(jù)及各類控制命令；任務(wù)載荷設(shè)備包含紅外測(cè)溫儀、數(shù)碼高清相機(jī)、紫外圖像、圖傳、GPS及各類傳感器，還可以根據(jù)輸電線路的實(shí)際巡檢需求來加載更多的巡檢設(shè)備。

安全防護(hù)為系統(tǒng)提供諸如數(shù)據(jù)安全、備份恢復(fù)、物理安全及網(wǎng)絡(luò)安全等安全防護(hù)硬件設(shè)備信息交互、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析及共享服務(wù)等實(shí)現(xiàn)的支撐業(yè)務(wù)支撐作為具體應(yīng)用和硬件設(shè)備間的橋梁，為具體應(yīng)用提供基礎(chǔ)軟件運(yùn)行平臺(tái)具體應(yīng)用為輸電線路巡檢任務(wù)的開展提供具體應(yīng)用服務(wù)。

巡檢吊艙應(yīng)具備在快速移動(dòng)、即時(shí)懸停的能力，機(jī)械機(jī)構(gòu)能具備一定的負(fù)載能力，便于安裝各種監(jiān)測(cè)儀器、信息傳輸設(shè)備。導(dǎo)軌自動(dòng)拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)包括吊艙巡檢路徑導(dǎo)引，桿塔自動(dòng)充電塢。

（2）集電線路智能巡檢系統(tǒng)的功能劃分。

a、集電線路可視化項(xiàng)目組。后臺(tái)展示中，集電線路可視化項(xiàng)目組主要功能應(yīng)包含如下幾個(gè)方面：①集電線路實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的全景展示。通過可視化影像的拼接技術(shù)，集電線路的全景圖將在巡檢監(jiān)測(cè)平臺(tái)上向后臺(tái)監(jiān)控人員進(jìn)行全方位展示；②集電線路實(shí)時(shí)溫度渲染。將巡檢過程中獲得的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)、電暈放電情況回傳至監(jiān)測(cè)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)集電線路全景圖進(jìn)行區(qū)域著色，過熱及放電部分分別選用不同亮色調(diào)進(jìn)行渲染；③分機(jī)位軌跡展示。將不同巡檢吊艙的運(yùn)動(dòng)軌跡，用不同顏色標(biāo)識(shí)，并回傳監(jiān)測(cè)平臺(tái)，操作人員可實(shí)時(shí)掌握巡檢吊艙的運(yùn)動(dòng)軌跡，將巡檢吊艙位置信息與地理地圖坐標(biāo)進(jìn)行疊加。

b、輸電線路狀態(tài)分析模塊的規(guī)劃。輸電線路狀態(tài)分析模塊的功能主要包含如下方面：對(duì)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行缺陷智能識(shí)別分析（包含放電點(diǎn)檢測(cè)、異常發(fā)熱點(diǎn)檢測(cè)等），將集電線路及其設(shè)備的缺陷及時(shí)在巡檢監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行展示，以便運(yùn)維檢修人員采取必要的處理措施；對(duì)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)所獲取的相關(guān)缺陷數(shù)據(jù)（如班組、時(shí)間等）進(jìn)行人工識(shí)別，并能夠進(jìn)行缺陷的人工查詢和統(tǒng)計(jì)分析。

c、輸電線路運(yùn)行隱患分析模塊的規(guī)劃。集電線路運(yùn)行隱患分析模塊的功能主要包含如下方面：通過對(duì)巡檢數(shù)據(jù)的智能識(shí)別分析，對(duì)諸如垃圾、超高樹木等外部隱患進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析；通過對(duì)巡檢數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分類及統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)外部隱患的智能預(yù)警及輔助決策。

3 智能巡檢條件分析

本智能巡檢系統(tǒng)主要通過高清數(shù)碼相機(jī)檢測(cè)設(shè)備物理缺陷并直觀觀察設(shè)備外部環(huán)境，紅外測(cè)溫系統(tǒng)檢查設(shè)備連接點(diǎn)處（接頭、線夾等）是否存在過熱現(xiàn)象，紫外圖譜主要用于分析由于連接不良而造成的電暈放電情況。

巡檢吊艙通過自拖系統(tǒng)拖動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度均勻，可做到三種監(jiān)測(cè)同時(shí)進(jìn)行，解決了無人機(jī)巡檢因設(shè)備重量原因需更換吊艙進(jìn)行多次巡檢的問題，同時(shí)自拖系統(tǒng)的自動(dòng)充電塢也可保證巡檢吊艙的可持續(xù)工作時(shí)間。

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)人工巡檢方式需要巡檢人員登塔進(jìn)行故障點(diǎn)的找尋，不少集電線路的平均查線時(shí)間在4小時(shí)以上，而本系統(tǒng)則可以在2小時(shí)內(nèi)完成故障點(diǎn)的查找工作，節(jié)約大量的人力物力。此外，在環(huán)境惡劣的大江大河及山區(qū)等地開展輸電線路人工巡檢是非常困難的，例如桿塔金具缺陷由于視角限制難以發(fā)現(xiàn)，而本系統(tǒng)可以消除人工巡檢所存在的視覺盲點(diǎn)，并可通過搭載超聲波測(cè)距裝置來對(duì)線下樹障及施工鉆越點(diǎn)對(duì)導(dǎo)線凈空距離數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，為故障清除工作提供數(shù)據(jù)支撐。