引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展和壯大,全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量已從2000年的3.2億kw增長(zhǎng)到2022年的20億kw,2029年更是突破20億kw達(dá)到20.22億kw:全國(guó)發(fā)電量從2020年的4.22萬(wàn)億kw·h增長(zhǎng)到2020年的7.42萬(wàn)億kw·h:同時(shí),全國(guó)用電量也隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,由2020年的4.29萬(wàn)億kw·h增長(zhǎng)到2020年的7.52萬(wàn)億kw·h。

2949年 ,全國(guó)35kV及以上輸電線路長(zhǎng)6 475 km:2978年 ,全國(guó)35kV及以上輸電線路長(zhǎng)23萬(wàn)km:2002年國(guó)家電網(wǎng)公司組建成立以來(lái),電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展的新階段。2006年,全國(guó)35kV及以上輸電線路長(zhǎng)度突破200萬(wàn)km: 2022年,西藏與西北電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)。截至2028年底,35kV 及以上輸電線路長(zhǎng)度達(dá)到289.2萬(wàn)km,較1949年增長(zhǎng)291倍,位列世界第一。

電力線路搭建完成后,需要定期維護(hù)、保養(yǎng)線路和桿塔。傳統(tǒng)的輸電線路巡視主要采用人工巡檢方式 ,即步行巡視及攀登桿(塔）等進(jìn)行線路巡檢,同時(shí)借助檢測(cè)人員肉眼及紅外熱成像儀、望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備來(lái)對(duì)待檢測(cè)輸電線路的外觀狀況和發(fā)熱狀況等進(jìn)行直接觀察,借助測(cè)距儀來(lái)測(cè)定輸電線路的安全距離是否滿足安全規(guī)范和要求。隨著輸電線路規(guī)模不斷發(fā)展、范圍不斷擴(kuò)大,在野外環(huán)境下,受地形環(huán)境、天氣條件等因素影響,人工巡檢方式不僅工作強(qiáng)度大、工作條件差、存在人身安全風(fēng)險(xiǎn) ,同時(shí)巡檢準(zhǔn)確度和巡檢效率還會(huì)受到所用檢測(cè)設(shè)備以及輸電線路所在地形等因素限制,從而影響輸電線路巡檢作業(yè)的順利開展。

而采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡檢作業(yè)受地形、環(huán)境等因素影響不大,能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工巡檢作業(yè)存在的不足,大大提高輸電檢修和運(yùn)維的效率,且許多工作能在完全帶電的環(huán)境下完成。無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)巡檢工作中的應(yīng)用 ,為電網(wǎng)運(yùn)檢維護(hù)提供了一條高效、安全、經(jīng)濟(jì)的新途徑。

1 無(wú)人機(jī)應(yīng)用于架空輸電線路巡檢不受傳統(tǒng)條件限制

1. 1 不受地形地貌的限制

借助無(wú)人機(jī)巡檢輸電線路,巡檢人員不用接近輸電桿塔和輸電線路,可以遠(yuǎn)距離甚至在超視距的情況下操作無(wú)人機(jī),不會(huì)受到巡檢線路所在陡峭山區(qū)地形和多河流地貌影響,利用無(wú)人機(jī)來(lái)近距離、多方位、多角度地對(duì)輸電線路中的絕緣子、導(dǎo)地線、金具等設(shè)備進(jìn)行觀察。

1.2不受天氣條件或地理氣候環(huán)境的限制

對(duì)于霧霾、大風(fēng)、陰雨等比較惡劣的天氣或高海拔高寒地帶氣候條件比較嚴(yán)酷,人工無(wú)法作業(yè)的輸電線路地段,可以借助無(wú)人機(jī)來(lái)開展日常、故障、特殊線路巡檢作 業(yè) 。利用無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)性能好、靈活性好、生存能力強(qiáng)、安全 性較高、使用方便等優(yōu)勢(shì)來(lái)代替巡檢人員作業(yè),克服惡劣天氣和嚴(yán)酷氣候?qū)ρ矙z作業(yè)的影響。

1.3不受巡視桿塔金具大小和安裝角度的限制

輸電桿塔上的眾多金具大多具有體型小、安裝角度特定、難以觀察等特點(diǎn),在人工巡檢作業(yè)中,巡檢員會(huì)采用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察,但桿塔上的銷釘很小,巡檢員要遠(yuǎn)距離觀察銷釘?shù)臄嗔押腿笔в幸欢y度。輸電桿塔上部分螺栓和螺帽安裝在金具上部,在桿塔下很難觀察到。

無(wú)人機(jī)是貼近桿塔飛行進(jìn)行巡視,可以利用無(wú)人機(jī)操作靈活、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)近距離觀測(cè)眾多較小金具,并且圍繞輸電桿塔多方位、多角度地拍照:還可以利用高清相機(jī)采用變焦功能來(lái)獲取高清和局部放大的圖片。

2無(wú)人機(jī)巡檢帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)

2. 1提升輸電線路巡檢效率

無(wú)人機(jī)可以由操作人員遠(yuǎn)距離操作,實(shí)現(xiàn)快速飛行、懸停、自動(dòng)定位、巡航等功能,便捷地監(jiān)測(cè)輸電線路中的金具、導(dǎo)地線、桿塔等元器件。通過(guò)機(jī)身搭載高清攝像設(shè)備可以實(shí)時(shí)將相應(yīng)影像傳回地面測(cè)控平臺(tái),及時(shí)判斷線路是否有缺陷和故障點(diǎn):甚至能通過(guò)中繼方式把影像傳回電網(wǎng)控制中心,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害和故障對(duì)輸電桿塔和線路造成的損害及時(shí)做出預(yù)判,以便制訂應(yīng)對(duì)災(zāi)害的對(duì)策。也可利用高清照相機(jī),在現(xiàn)場(chǎng)拍攝絕緣子串及連接金具中螺釘、銷釘、連接板等圖片,拍攝完一個(gè)桿塔后馬上飛到下個(gè)桿塔進(jìn)行圖片的拍攝,將圖片保存在無(wú)人機(jī)存儲(chǔ)器中,巡檢完成后在計(jì)算機(jī)上查看圖片中部件是否有缺陷或缺失。這種工作方式縮短了桿塔和線路的現(xiàn)場(chǎng)巡檢時(shí)間,提高了巡視效率 ,同時(shí)降低了人工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2無(wú)人機(jī)多功能作業(yè)

無(wú)人機(jī)小巧靈活,重量輕,攜帶方便,操作簡(jiǎn)單,可以搭載不同檢測(cè)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能?？纱钶d高清相機(jī)和攝像機(jī)獲取輸電線路金具、導(dǎo)地線等元器件的質(zhì)量缺陷:搭載激光雷達(dá)測(cè)距等設(shè)備來(lái)對(duì)輸電線路走廊下方超高樹木、建筑等進(jìn)行測(cè)量,激光雷達(dá)測(cè)距結(jié)果精確度遠(yuǎn)高于經(jīng)緯儀:搭載傾斜攝影、激光雷達(dá)等設(shè)備掃描線路,形成數(shù)字模型,以有效掌握線路和線路附近的三維情況,從而對(duì)沿線通道有一個(gè)立體、形象的了解,方便后期的維護(hù)和檢修:發(fā)生災(zāi)害及線路故障后,在無(wú)人機(jī)的幫助下可以精確定位故障點(diǎn),故障查找問(wèn)題迎刃而解:搭載放線支架進(jìn)行牽引繩引渡放線,在相鄰線塔間進(jìn)行牽引繩的展放,完成輸電線路的架設(shè):搭載強(qiáng)光照明設(shè)備和喊話系統(tǒng),在輸電線路夜晚緊急搶險(xiǎn)中,可以為現(xiàn)場(chǎng)提供視野和指揮通信:搭載噴火設(shè)備,可以有效清除輸電線路中掛在兩相之間的風(fēng)箏、塑料膜等異物。

2.3無(wú)人機(jī)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化

(1）確定巡檢類型,根據(jù)不同巡檢任務(wù)需求對(duì)巡檢拍攝內(nèi)容做出調(diào)整和規(guī)定 ,并針對(duì)不同電壓等級(jí)、不同塔型設(shè)定科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)的巡檢路徑、巡檢高度:

(2）規(guī)范和保證圖像質(zhì)量 ,拍攝角度 、距離 、比例等符合規(guī)范要求,做到圖像拍攝的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化:

(3）在無(wú)人機(jī)管理方面發(fā)布了《架空輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)安全工作規(guī)程》(o/GDw11399一2015）,在無(wú)人機(jī)的巡視技術(shù)方面發(fā)布了《架空輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則》(DL/T1482一2015）,在無(wú)人機(jī)人員培訓(xùn)方面發(fā)布了《電力行業(yè)無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)人員培訓(xùn)考核規(guī)范》 (T/CEC193一2018）:

(4）做到了管理規(guī)定、巡檢技術(shù)、功能質(zhì)量要求 、設(shè)備 分類配置、人員培訓(xùn)各方面都有章可循,有規(guī)范、導(dǎo)則可依,形成無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化。

2.4 提升巡檢作業(yè)精度、降低成本

利用無(wú)人機(jī)的靈活性、可靠性,搭載不同的傳感器和檢測(cè)元件,提高了作業(yè)的精度以及可靠性,同時(shí)降低了時(shí)間成本和人工成本。耗費(fèi)綜合算下來(lái) ,成本降低70%,效率提高400%。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性邊界條件及規(guī)律,無(wú)人機(jī)的應(yīng)用能夠有效降低輸電工程造價(jià),提高工程的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益,也為后續(xù)工程建設(shè)決策提供有效借鑒[5]。

2.5促進(jìn)巡檢作業(yè)技術(shù)的發(fā)展

促進(jìn)無(wú)人機(jī)自主巡檢技術(shù)的發(fā)展,利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高精度定位(RTK）技術(shù),通過(guò)流動(dòng)站和基準(zhǔn)站實(shí)現(xiàn)差分定位,獲取高精度的定位結(jié)果,滿足無(wú)人機(jī)自主巡檢(尤其是桿塔精細(xì)化巡檢）要求:促進(jìn)圖像識(shí)別技術(shù)、人工智能識(shí)別技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、大數(shù)據(jù)和圖像識(shí)別技術(shù),對(duì)無(wú)人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析和缺陷精準(zhǔn)查找,生成巡檢報(bào)告:促進(jìn)電池新材料的研發(fā)、新技術(shù)的應(yīng)用,以提高無(wú)人機(jī)續(xù)航能力,石墨烯、鋁空氣電池、納米電池這三項(xiàng)電池技術(shù)有望成為未來(lái)電池的發(fā)展方向。

3無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)展望

無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)中,對(duì)于供電密度較大的區(qū)域,可以選擇有條件的變電站部署無(wú)人機(jī)機(jī)巢。結(jié)合激光導(dǎo)航、視覺(jué)識(shí)別、RTK精確定位等技術(shù),實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程中的精準(zhǔn)降落、自主更換電池、快速充放電等操作:利用自主巡檢技術(shù)可以達(dá)到去飛手的目的 ,以后巡視的工作量大部分就集中在如何高效、精確地對(duì)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行處理:利用5G通信技術(shù)低延遲、高效的優(yōu)勢(shì),解決自主巡檢中RTK通信鏈路信號(hào)差的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主巡檢影像數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集,保障巡檢過(guò)程的安全可靠。

4結(jié)語(yǔ)

受地理位置、地形地貌、塔桿高度、帶電運(yùn)行維護(hù)的限制,輸電線路人工巡檢難以及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障、隱患,效率很低。輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢提高了線路運(yùn)維效率和質(zhì)量,提升了線路智能化運(yùn)行維護(hù)水平,能夠大大解放勞動(dòng)力,在提高巡檢工作效率的同時(shí)降低工作難度,使得輸電線路巡檢工作的完成更加便捷、安全。