基于電力線路的智能巡檢研究

嚴積玉

摘要：我國幅員遼闊，為保證全國各地的可靠供電，需建設較多的高壓輸電線路。而線路巡檢是保證高壓輸電線路正常運行的重要手段，對我國電力的可持續(xù)供應和經(jīng)濟的安全、快速發(fā)展具有重要意義。最近十幾年，隨著國家經(jīng)濟的高速發(fā)展，架設的高壓輸電線路越來越多。在這種背景下，如果采用傳統(tǒng)的人工巡檢模式巡檢數(shù)量如此之多的輸電線路，將會不可避免地存在著作業(yè)強度大、巡檢周期長、部分線路檢修危險等問題。近年來，國家電網(wǎng)公司積極引進無人機智能巡檢技術，提升輸電線路巡檢工作的自動化程度，改進巡檢工作模式，以期實現(xiàn)輸電線路的精確、高效、經(jīng)濟巡檢。

關鍵詞：電力線路;智能巡檢

1現(xiàn)有線路巡檢方式的產(chǎn)品方案

當前，輸電線路現(xiàn)狀，主體體現(xiàn)在三個方面：規(guī)模大：截至2018年年底，全國電網(wǎng)35千伏及以上輸電線路回路長度183萬千米，比上一年增長4%;其中，220千伏及以上輸電線路回路長度73萬千米;條件差：35kV輸電線路主要分布在城市外圍;110kV及以上輸電線路，多分布在人跡荒蕪的崇山峻嶺、高原戈壁等位置;易損壞：架空線路，基礎易下沉、桿塔易傾斜、線路易覆冰、材料易銹腐、通道易遮擋。因此，在政策導向方面，國網(wǎng)鼓勵各單位積極采用先進技術和科學管理手段，全面做好線路的巡視、檢測、維修、管理工作?，F(xiàn)有輸電巡檢方式，采用多方位協(xié)同巡檢模式，主要包括4個方面：（1）人工巡線：借助各種檢測設備采集數(shù)據(jù)，可以近距離細致巡視、檢查設備、線路狀況，但巡檢時間長、安全風險高，效率低下，無法完成復雜環(huán)境中的線路巡檢。（2）無人機巡檢：可快速獲取電力線路和設備的可見光、紅外波段等影像資料，縮短巡檢時間。但受限于通信及供電問題，無法獨立承擔如此大規(guī)模的輸電線路巡檢工作，巡檢結果準確性受到模式識別算法的影像太大，靈活性不足。（3）移動機器人巡檢：在機器人上搭載各類傳感器，使用機器人在電纜通道中開展巡檢，獲取電纜數(shù)據(jù)。（4）直升機巡檢：適用于復雜環(huán)境中的線路巡檢，例如跨河流、山區(qū)、沼澤等地域，但成本高昂、局限性大、安全風險高、無法開展精細化巡視。

2無人機智能巡檢的應用場景

無人機應用場景廣泛，可用于攝影測量、應急救災、公共安全、資源勘探、環(huán)境監(jiān)測等領域。其具有安全、靈活、成本低和高效率的優(yōu)點，特別是在應急通信領域發(fā)揮了重要的作用。（1）野外山地站點和線路巡檢工作。在野外山地站點和線路巡檢工作中，傳統(tǒng)的綜合代維作業(yè)管理模式需要耗費大量人力進行巡檢和維護。通過引入智能化、可視化的無人機智能識別功能后，實現(xiàn)了對不可達或難達的基站以及光纜線路進行精細化的智能維護作業(yè)，降低了作業(yè)難度，有利于提高作業(yè)效率。（2）前后臺聯(lián)動處理故障。通過人機結合方式實現(xiàn)了現(xiàn)場維護人員和后臺技術專家聯(lián)動，現(xiàn)場人員通過無人機智能識別將現(xiàn)場的設備狀態(tài)傳送給后臺，技術專家無需到現(xiàn)場即可完成故障定位并指導現(xiàn)場人員完成疑難故障處理。在智能維護作業(yè)模式的基礎上疊加人機結合方法，能夠有效縮短故障處理的時間。

3基于電力線路的智能巡檢關鍵技術要點

現(xiàn)階段，輸電線路巡檢無人機主要包括小型、中型多旋翼及固定翼無人機。巡檢方式主作業(yè)員人工操作無人機巡檢，這種巡檢方式所需數(shù)據(jù)處理方式主要通過現(xiàn)場人員辨別和后期圖像數(shù)據(jù)分析處理2種方式，雖然較傳統(tǒng)方式提升了巡檢效率，但是智能化程度不足使其仍不能滿足現(xiàn)階段電網(wǎng)巨大的巡檢需求。隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G、邊緣計算和云計算等技術不斷成熟和商業(yè)化運用的不斷完善，將會助推無人機巡檢模式向自主化智能巡檢轉變。

3.1圖像處理技術

傳統(tǒng)的電力巡檢工作都需要進行人工的檢查，準確性與效率性都不高。而圖像處理技術可以打破海量圖像的技術難題，取代人工進行圖像的檢測，減少人為的失誤。無人機中融入了圖像處理技術，可以更好地進行電力巡檢工作，提高電力巡檢的效率性與準確性。

3.2自主巡航技術

無人機自主巡航是輸電線路無人機智能巡檢技術的核心組成部分。其巡航的區(qū)域主要分為塔間區(qū)域和近塔區(qū)域。目前，輸電線路無人機巡檢并不具備自主或自動巡檢能力，通常采用的方式是：人工預先設定運行的軌跡，然后基于GPS按預定軌跡飛行。該方法存在明顯的不足：（1）無法適應檢測目標或者周圍環(huán)境隨時間可能發(fā)生的變化，容易發(fā)生安全事故。例如，當樹木生長至輸電線路附近時，無人機有較大可能撞上樹木，造成無人機墜毀。（2）該方法對無人機定位的精度有著較高的要求。然而，常用的民用無人機GPS的定位誤差可高達10m。雖然利用載波相位差分技術能克服這一問題，但是該技術需要建立較多的基站，以覆蓋輸電線路所處的較為廣闊的范圍，因而將該項技術應用于輸電線路無人機自主巡航的成本太高，并不切合工程實際。目前，機器視覺技術是解決上述問題的潛在解決方式，也成為了該領域的研究熱點。此外，采用GPS和機器視覺輔助技術的組合導航系統(tǒng)是輸電線路無人機智能巡檢的未來發(fā)展趨勢。

3.3續(xù)航

現(xiàn)階段輸電線路巡航無人機主要以小型多旋翼機型為主，而小型無人機占主要部分，小型無人機續(xù)航時間基本在1h以內，需要頻繁更換電池，續(xù)航時間成為制約無人機自主續(xù)航的主要問題之一，現(xiàn)階段解決續(xù)航問題的2個主要方向是采用移動式和固定式機巢2種方式。移動式機巢屬于較為成熟的無人機載具平臺，根據(jù)特定的巡檢任務設定相應飛行軌跡，無人機根據(jù)任務設定，按照既定路線完成線路巡檢任務，任務完成后自動返回至移動式機巢，在機巢進行充電或人工換電，并將數(shù)據(jù)通過移動載具進行初步處理后傳輸至巡檢監(jiān)控平臺。這種巡檢方式在一定程度上解決了無人機續(xù)航問題，并且由于載具平臺具備一定的通信中繼、邊緣計算等功能，實現(xiàn)了無人機半自動蛙跳式巡檢。固定式機巢一般安裝于供電所或固定線路塔桿，根據(jù)巡檢任務無人機自動起飛，在完成巡檢任務后自動降落至機巢中進行充電，同時通過機巢進行初始數(shù)據(jù)處理并將數(shù)據(jù)上傳至巡檢監(jiān)控平臺，該模式最大限度地實現(xiàn)了無人機自主智能巡航，但是受限于供電所間距過大以及塔桿承重和塔桿機巢充能問題，該種無人機自主巡航模式還需要進一步解決無人機塔桿機巢的充能及安裝成本等問題，雖然一些研究試圖通過光伏、風能以及微波供能與激光供能的方式解決這一問題，但是光伏和風能存在一定的不穩(wěn)定性，而現(xiàn)階段微波供能與激光供能效率較低，尚無法充分解決現(xiàn)有問題。

3.4GIS智能巡檢系統(tǒng)

當無人機進行電力巡檢工作時，有的工作人員并不熟悉巡檢路線與設備的情況，經(jīng)常會出現(xiàn)走錯路或人為導致設備出錯的情況，將巡檢效率拉低。針對這種情況，可以進行結構的簡化，利用GIS系統(tǒng)中的新型智能巡檢模式來進行巡檢工作。GIS系統(tǒng)可以有效地幫助巡檢人員進行基礎信息、專業(yè)知識、設備信息的熟悉與管理。此外，還可以在將線路信息導入進手持設備中，讓工作人員可以進行交叉跨越與線路走向等重要線路信息的獲取，再進行無人機作業(yè)點規(guī)劃的完善，實現(xiàn)電力巡檢的智能化。

4結束語

基于本文提出了電力線路的智能巡檢解決方法，開發(fā)了相應的巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)紙質化巡檢的作業(yè)方式，實現(xiàn)從巡檢任務下發(fā)巡檢任務管理和執(zhí)行巡檢成果回收的半自動化、智能化的巡檢處理機制，有利于減輕巡檢人員和巡檢工作管理人員的工作負擔，可以極大提高工作效率。后期，將主要從兩個方面開展工作。一方面，進一步對現(xiàn)有的方案進行完善，在保證功能的同時，全面開展性能方面的優(yōu)化。另一方面，有針對性選擇區(qū)域進行方案應用落地的試點，鞏固現(xiàn)有研究的成果，力爭研究的價值最大化。

參考文獻

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