引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展和壯大,全國發(fā)電裝機容量已從2000年的3.2億kw增長到2022年的20億kw,2029年更是突破20億kw達到20.22億kw:全國發(fā)電量從2020年的4.22萬億kw·h增長到2020年的7.42萬億kw·h:同時,全國用電量也隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展,由2020年的4.29萬億kw·h增長到2020年的7.52萬億kw·h。

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

電力線路搭建完成后,需要定期維護、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）等進行線路巡檢,同時借助檢測人員肉眼及紅外熱成像儀、望遠鏡等設(shè)備來對待檢測輸電線路的外觀狀況和發(fā)熱狀況等進行直接觀察,借助測距儀來測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度大、工作條件差、存在人身安全風險 ,同時巡檢準確度和巡檢效率還會受到所用檢測設(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。

而采用無人機進行巡檢作業(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維的效率,且許多工作能在完全帶電的環(huán)境下完成。無人機在電網(wǎng)巡檢工作中的應用 ,為電網(wǎng)運檢維護提供了一條高效、安全、經(jīng)濟的新途徑。

1 無人機應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

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

1.2不受天氣條件或地理氣候環(huán)境的限制

對于霧霾、大風、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酷,人工無法作業(yè)的輸電線路地段,可以借助無人機來開展日常、故障、特殊線路巡檢作 業(yè) 。利用無人機機動性能好、靈活性好、生存能力強、安全 性較高、使用方便等優(yōu)勢來代替巡檢人員作業(yè),克服惡劣天氣和嚴酷氣候?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,在人工巡檢作業(yè)中,巡檢員會采用望遠鏡進行觀察,但桿塔上的銷釘很小,巡檢員要遠距離觀察銷釘?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。

無人機是貼近桿塔飛行進行巡視,可以利用無人機操作靈活、控制簡單的優(yōu)勢近距離觀測眾多較小金具,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采用變焦功能來獲取高清和局部放大的圖片。

2無人機巡檢帶來的優(yōu)勢

2. 1提升輸電線路巡檢效率

無人機可以由操作人員遠距離操作,實現(xiàn)快速飛行、懸停、自動定位、巡航等功能,便捷地監(jiān)測輸電線路中的金具、導地線、桿塔等元器件。通過機身搭載高清攝像設(shè)備可以實時將相應影像傳回地面測控平臺,及時判斷線路是否有缺陷和故障點:甚至能通過中繼方式把影像傳回電網(wǎng)控制中心,對現(xiàn)場災害和故障對輸電桿塔和線路造成的損害及時做出預判,以便制訂應對災害的對策。也可利用高清照相機,在現(xiàn)場拍攝絕緣子串及連接金具中螺釘、銷釘、連接板等圖片,拍攝完一個桿塔后馬上飛到下個桿塔進行圖片的拍攝,將圖片保存在無人機存儲器中,巡檢完成后在計算機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)場巡檢時間,提高了巡視效率 ,同時降低了人工作業(yè)風險。

2.2無人機多功能作業(yè)

無人機小巧靈活,重量輕,攜帶方便,操作簡單,可以搭載不同檢測設(shè)備來實現(xiàn)不同的功能?？纱钶d高清相機和攝像機獲取輸電線路金具、導地線等元器件的質(zhì)量缺陷:搭載激光雷達測距等設(shè)備來對輸電線路走廊下方超高樹木、建筑等進行測量,激光雷達測距結(jié)果精確度遠高于經(jīng)緯儀:搭載傾斜攝影、激光雷達等設(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,從而對沿線通道有一個立體、形象的了解,方便后期的維護和檢修:發(fā)生災害及線路故障后,在無人機的幫助下可以精確定位故障點,故障查找問題迎刃而解:搭載放線支架進行牽引繩引渡放線,在相鄰線塔間進行牽引繩的展放,完成輸電線路的架設(shè):搭載強光照明設(shè)備和喊話系統(tǒng),在輸電線路夜晚緊急搶險中,可以為現(xiàn)場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箏、塑料膜等異物。

2.3無人機作業(yè)的標準化

(1）確定巡檢類型,根據(jù)不同巡檢任務需求對巡檢拍攝內(nèi)容做出調(diào)整和規(guī)定 ,并針對不同電壓等級、不同塔型設(shè)定科學、標準的巡檢路徑、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,做到圖像拍攝的標準化、統(tǒng)一化:

(3）在無人機管理方面發(fā)布了《架空輸電線路無人機巡檢作業(yè)安全工作規(guī)程》(o/GDw11399一2015）,在無人機的巡視技術(shù)方面發(fā)布了《架空輸電線路無人機巡檢作業(yè)技術(shù)導則》(DL/T1482一2015）,在無人機人員培訓方面發(fā)布了《電力行業(yè)無人機巡檢作業(yè)人員培訓考核規(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、人員培訓各方面都有章可循,有規(guī)范、導則可依,形成無人機巡檢作業(yè)的標準化。

2.4 提升巡檢作業(yè)精度、降低成本

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

2.5促進巡檢作業(yè)技術(shù)的發(fā)展

促進無人機自主巡檢技術(shù)的發(fā)展,利用實時動態(tài)高精度定位(RTK）技術(shù),通過流動站和基準站實現(xiàn)差分定位,獲取高精度的定位結(jié)果,滿足無人機自主巡檢(尤其是桿塔精細化巡檢）要求:促進圖像識別技術(shù)、人工智能識別技術(shù)的發(fā)展,應用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、大數(shù)據(jù)和圖像識別技術(shù),對無人機巡檢數(shù)據(jù)進行自動分析和缺陷精準查找,生成巡檢報告:促進電池新材料的研發(fā)、新技術(shù)的應用,以提高無人機續(xù)航能力,石墨烯、鋁空氣電池、納米電池這三項電池技術(shù)有望成為未來電池的發(fā)展方向。

3無人機巡檢技術(shù)展望

無人機巡檢作業(yè)中,對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人機機巢。結(jié)合激光導航、視覺識別、RTK精確定位等技術(shù),實現(xiàn)無人機巡檢過程中的精準降落、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、精確地對巡檢數(shù)據(jù)進行處理:利用5G通信技術(shù)低延遲、高效的優(yōu)勢,解決自主巡檢中RTK通信鏈路信號差的問題,實現(xiàn)無人機自主巡檢影像數(shù)據(jù)的精準采集,保障巡檢過程的安全可靠。

4結(jié)語

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