配電線路無人機巡檢的應(yīng)用與展望

摘要：現(xiàn)代無人機技術(shù)在配電線路巡檢中發(fā)揮著重要作用，實現(xiàn)了線路本體巡檢、隔離刀閘巡檢、配電箱、電纜線路巡檢、低壓線路設(shè)備檢查等配電線路運維各部分的統(tǒng)籌巡檢，巡檢效率提升且巡檢成本降低。此外，配電線路無人機巡檢能克服地理、氣溫等條件影響，故障巡檢精確度更高，有利于及時掌控配電線路整體運行情況?；跓o人機技術(shù)，走人機協(xié)同作業(yè)之路，電網(wǎng)運維效果更加理想?，F(xiàn)主要就配電線路無人機巡檢具體應(yīng)用進行探討，在明確其應(yīng)用優(yōu)勢和應(yīng)用內(nèi)容的基礎(chǔ)上，就未來配電線路無人機巡檢的發(fā)展趨勢進行了預(yù)測和展望，可為現(xiàn)代無人機技術(shù)的完善及其電力服務(wù)價值的發(fā)揮提供相應(yīng)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：無人機;配電線路;巡檢應(yīng)用;展望

1? ? 配電線路無人機巡檢技術(shù)

電網(wǎng)分布廣泛且設(shè)置復(fù)雜，造成電力系統(tǒng)運維管理難度較大。作為電力系統(tǒng)運維管理的基礎(chǔ)內(nèi)容——配電線路的維護與檢修是重點。傳統(tǒng)的人工巡檢效率低、成本高、精確度低，而現(xiàn)代無人機技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，開啟了人機協(xié)同巡檢的新模式，并分化出如固定翼巡廊道、多旋翼巡桿塔等巡檢模式，配電線路巡檢人工智能化趨向越來越明顯。無人機技術(shù)支持下的配電線路巡檢克服了巡檢區(qū)域跨度大、地形復(fù)雜、自然環(huán)境惡劣、配電線路設(shè)備長期暴露引發(fā)的材料老化等問題，巡檢效率、精確度和成本優(yōu)勢更為明顯。以配電網(wǎng)應(yīng)用較廣的大疆精靈4Pro為例，其搭載FlightAutonomy技術(shù)，配備6個視覺傳感器、2組紅外傳感器、1組超聲波傳感器，擁有GPS/GLONASS雙模衛(wèi)星定位系統(tǒng)、IMU和指南針雙冗余傳感器，飛行中能實時獲取圖像、深度、定位等信息，飛行速度在20 m/s，最大飛行海拔高達6 000 m，以10 kV、100 km的配電線路為例，兩臺無人機作業(yè)在完成飛行線路儲存的前提下2 h基本巡視完畢。而人工巡視，需要克服重重困難，五個人巡視完同樣的配電線路范圍，需要超過10 h。無人機巡檢系統(tǒng)由空中飛行平臺和地面控制站兩部分構(gòu)成（圖1），空中飛行平臺對應(yīng)無人機系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)及航點定位系統(tǒng)，而地面控制站具體分為飛行數(shù)據(jù)顯示、影響數(shù)據(jù)顯示和飛控指令傳輸三部分。

2? ? 與人工巡檢的對比分析

2.1? ? 巡檢效率更高

傳統(tǒng)人工巡檢作業(yè)人員步行距離為檔距的3～4倍，這意味著有70%左右的巡檢時間是在路上，而無人機巡檢對應(yīng)的飛行速度是工作人員步行速度的10倍以上，巡檢時間大大縮短。傳統(tǒng)的人工巡檢需要定期排查設(shè)備外觀是否完好、有無放電痕跡等信息，這是一個反復(fù)排查與核對的過程，無人機巡檢避免了重復(fù)性的現(xiàn)場巡檢排查[1]，只需要提取重點部位照片。因此，與傳統(tǒng)人工巡檢對比，配電線路無人機巡檢效率更高。

2.2? ? 巡檢質(zhì)量更優(yōu)

對比人工巡檢，無人機巡檢質(zhì)量更優(yōu)。以往人工巡檢很大程度上取決于巡檢人員的巡檢經(jīng)驗，缺乏巡檢經(jīng)驗，缺陷判斷準確性就會大打折扣。而無人機巡檢通過專業(yè)攝像設(shè)備進行高空高清拍照、信息提取，便于缺陷精準識別，減少了錯判與漏判情況。特別是重點部位的拍照反饋與缺陷識別，精準度提升帶來了持續(xù)優(yōu)化的巡檢質(zhì)量。

2.3? ? 巡檢成本降低

電力建設(shè)中不少線路架設(shè)在偏遠山區(qū)，自然環(huán)境惡劣，地形復(fù)雜，人工巡檢難度大且危險系數(shù)高，巡檢成本高。無人機巡檢擺脫了地形、環(huán)境的影響，其于有效飛行距離內(nèi)能實現(xiàn)配電線路及設(shè)備不同角度的照片拍攝，操作簡單，巡檢成本低。無人機代替工作人員，無需親臨每一個設(shè)備現(xiàn)場，作業(yè)安全更有保障。

3? ? 配電線路無人機巡檢的主要內(nèi)容

配電線路無人機巡檢應(yīng)用廣泛，巡檢項目多，就當前來說主要集中于線路本體、避雷器、隔離刀閘和跌落式熔斷器、柱上開關(guān)、臺變及配電箱、電纜線路的引落引上線、郊區(qū)低壓線路及設(shè)備、配電線路和設(shè)備發(fā)熱情況、附屬設(shè)施、通道及電力保護區(qū)范圍的樹障情況等方面。不同巡檢對象下又對應(yīng)更為具體的巡檢項目，如配電網(wǎng)架空線路巡檢中的絕緣子巡檢[2]，又對應(yīng)傘裙破損程度、污穢程度、有無放電痕跡、鋼帽有無裂紋斷裂、絕緣子偏移程度、絕緣子固定導(dǎo)線的扎線松弛開斷等具體項目。綜合來說，配電線路無人機巡檢事無巨細。

4? ? 配電線路無人機巡檢具體應(yīng)用

4.1? ? 桿塔本體巡檢精細化

傳統(tǒng)的人工巡檢很難實現(xiàn)對配電線路細節(jié)問題的分析與質(zhì)量把控，巡檢局限性大。而無人機巡檢讓配電線路精細化運維落到實處。多旋羽翼無人機能在人工操控下完成桿塔各精細部位的高清拍照，基于高清圖片分析有無細節(jié)缺陷。桿塔、絕緣子、架空導(dǎo)線、金具、接地裝置等部位缺陷通過高清攝像一目了然。高清照片帶來缺陷類型的精準判斷與識別，以金具巡檢為例，線夾斷裂、裂紋、磨損、銷釘脫落或嚴重銹蝕、發(fā)熱;均壓環(huán)、屏蔽環(huán)燒傷、螺栓松動、發(fā)熱，防振錘跑位、脫落、嚴重銹蝕、阻尼線變形、燒傷，間隔棒松脫、變形或離位等缺陷細節(jié)判斷更具參考性[3]，當前應(yīng)用無人機技術(shù)進行金具缺陷識別精準度達到了90%。精細化巡檢能及時發(fā)現(xiàn)微小問題并做好信息記錄，加強配電線路運行的危險預(yù)警。

4.2? ? 通道巡檢快速無遺漏

無人機巡檢更實現(xiàn)了通道巡檢效率的提升，且無遺漏。多旋羽翼無人機在配電線路桿塔上方10 m外進行飛行記錄，對配電線路全線通道進行巡檢，并準確反饋通道情況，配電線路運維人員可以依托歷史檔案數(shù)據(jù)和獲取的當次反饋數(shù)據(jù)反復(fù)查看廊道情況，做好停電檢修前的現(xiàn)場勘察。而無人機全線通道巡檢可以重點排查違建物、大棚飄浮物、易燃易爆物、樹竹隱患等，范圍廣、速度快、無遺漏，巡檢結(jié)果可信度高。搭載了激光雷達裝置的無人機通過三維建?？梢詫?dǎo)線、樹木、建筑物距離進行自動測量，以線路與通道的三維點云數(shù)據(jù)模型分析完成通道隱患的預(yù)警提示。走廊三維建模對比傳統(tǒng)的照片判讀，照片呈現(xiàn)更直觀，判讀更方便。在三維建模系統(tǒng)的支持下，也能高效快捷地獲取可視化線路走廊圖。

4.3? ? 設(shè)備測溫優(yōu)勢明顯

配電線路無人機巡檢在設(shè)備測溫方面優(yōu)勢明顯。搭載紅外成像儀的無人機可以完成對桿塔金具、絕緣子、配電變壓器等裝置的近距離測溫，能有效識別套管及高低壓側(cè)接線柱、油箱殼等部位溫度過高的缺陷，及時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線靠近連接件側(cè)部位、高壓引線、導(dǎo)線上各類線夾、接駁點等溫度過高的情況。其能較早地預(yù)警復(fù)合絕緣子基于芯棒受損引發(fā)的過熱風(fēng)險。而人工巡檢因檢測方向與絕緣子方向平行很難識別過熱缺陷，無人機則利用與絕緣子方向相垂直的巡檢方向?qū)崿F(xiàn)了有效識別。

4.4? ? 故障識別精準無干擾

傳統(tǒng)的人工巡視故障識別往往基于主觀判斷，人力巡視時是使用在地面往上仰看的方式查找缺陷，瓷瓶、設(shè)備局部放電多見放電點位于設(shè)備中部、頂部的情況，單靠眼睛觀察很難發(fā)現(xiàn)故障點，而要想采用人工巡視方式識別這類故障，需停電進行登桿檢查，增加了人力、物力投入，且作業(yè)風(fēng)險大，并伴有停電干擾。而無人機能從各個角度進行拍攝，通過配置高清相機及時儲存巡檢照片，為工作人員判斷配電線路運行狀態(tài)提供真實有效的信息參考，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備頂部、中部的放電點，繼而及早發(fā)現(xiàn)缺陷，讓巡檢人員提前做好停電安排和材料準備。其對配電線路桿塔運行故障可以做出快速且準確的判斷，能及時識別懸掛的異物[4]，及時判斷是否有絕緣子破損自爆的故障情況。搭載紅外儀的無人機能重點關(guān)注周圍表面溫度發(fā)熱異常點，并引入光譜圖像分析檢查線路是否存在故障，搭載探測與成像儀的無人機則可以及時識別出桿塔和配電線路的相關(guān)運行故障。

5? ? 無人機巡檢技術(shù)發(fā)展前景

基于無人機技術(shù)在配電線路巡檢中的優(yōu)勢發(fā)揮及我國科技的創(chuàng)新發(fā)展，無人機巡檢應(yīng)用前景廣闊而光明。在無人機巡檢技術(shù)發(fā)展研究中首先要關(guān)注無人機性能的強化，特別是續(xù)航能力的穩(wěn)步提升，使其在危險與復(fù)雜的環(huán)境中也能保持運行的穩(wěn)定。其次，要重視無人機機型改進，針對其通道巡查、故障分析、測溫等綜合性功能應(yīng)用，以機型改進實現(xiàn)無人機配電線路巡檢某項功能應(yīng)用專業(yè)化程度的提升，以不同裝載配置實現(xiàn)不同環(huán)境的作業(yè)適應(yīng)，專項功能優(yōu)勢更明顯。最后要加大對無人機巡檢模式的創(chuàng)新開發(fā)，從無人機自主控制、能源補給等方面著手，實現(xiàn)無人機線路巡檢的全自動化。

配電線路無人機巡檢技術(shù)智能化發(fā)展不可逆，而研究發(fā)展的重點及未來應(yīng)用主要集中于智能立體巡檢體系的建立，增加無人機巡檢附加功能，使綜合直升機、固定翼等無人機機型滿足配電線路雷達掃描、測溫、防外力、夜巡等多種巡檢作業(yè)需求。拓展無人機巡檢線路的數(shù)字化通道，提升其數(shù)據(jù)自動分析水平。創(chuàng)建無人機自動駕駛系統(tǒng)，以無人機航線記憶功能的實現(xiàn)，帶來無人機全自動巡檢。以圖像識別技術(shù)的成熟化實現(xiàn)無人機巡檢缺陷自動識別精準度的提升，并實現(xiàn)云臺前端缺陷自動化判別及圖片的自動化歸類儲存。在視頻影像后處理技術(shù)的支持下，實現(xiàn)影像與二維坐標地圖的融合，影像快速定位。

6? ? 結(jié)語

配電線路無人機巡檢技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大大提升了配電線路運維管理的實效性，基于配電線路無人機巡檢的多功能優(yōu)勢，必須重視無人機技術(shù)的研發(fā)。以配電線路運維管理的實際訴求，推動無人機巡檢技術(shù)的專業(yè)化發(fā)展，實現(xiàn)其專項功能價值的最大化。

[參考文獻]

[1] 許勇.無人機巡檢輸電線路技術(shù)的應(yīng)用分析[J].石化技術(shù)，2020，27（3）：137.

[2] 曲達.小型多旋翼無人機在架空輸電線路巡檢應(yīng)用探索[J].通信電源技術(shù)，2020，37（6）：281-282.

[3] 羅煒，張海濤，張笑玲，等.配網(wǎng)線路集群無人機智能巡視技術(shù)研究與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（7）：146-147.

[4] 王永昆，王棟，孫永杰，等.輸電線路無人機巡檢應(yīng)用與展望[J].電工技術(shù)，2020（1）：76-77.

收稿日期：2020-08-25

作者簡介：梁健發(fā)（1982—），男，廣東江門人，工程師，技師，研究方向：配電線路運檢和供電所配網(wǎng)規(guī)劃。