当前位置: 首页 > 中国电业 > 2020年7期 > 架空输电线路无人机的应用

中国电业【2020年第7期】

  • ID:271850
  • 浏览:2732
  • 学科:产业经济
  • 更新时间:2020-07-17 15:16:34
  • 期刊: 中国电业
内容简介
《中国电业》杂志创办于1950年,是全国电力行业创办时间最早、覆盖面最广、影响最大的杂志。杂志以多种形式准确、及时、深刻地反映电力工业的改革和发展,以深度调查和理论探讨形成独到风格,在国际国内及电力行业内外都有较大影响,在电力媒体中长期处于领军位置。

架空输电线路无人机的应用

2020-07-17 15:19:48 产业经济 沈文平
资料简介

摘要: 在我国社会快速发展的影响下,我国经济水平不断提升, 对于电力的需求也越来越迫切,电力基础设施的建设也越来越普遍,使得输电线路的建设也越来越复杂,这大大增加了后期对于架空输电线路的巡检难度。而将无人机应用于架空输电线路的巡检工作中,使得日常巡检工作更加方便、简单,大大降低了工作难度。本文着眼于架空输电线路巡检的现状,探讨了无人机在架空输电线路巡检中的应用技术。

架空输电线路无人机的应用

沈文平

国网青海省电力公司检修公司 青海西宁 810000

摘要:在我国社会快速发展的影响下,我国经济水平不断提升,对于电力的需求也越来越迫切,电力基础设施的建设也越来越普遍,使得输电线路的建设也越来越复杂,这大大增加了后期对于架空输电线路的巡检难度。而将无人机应用于架空输电线路的巡检工作中,使得日常巡检工作更加方便、简单,大大降低了工作难度。本文着眼于架空输电线路巡检的现状,探讨了无人机在架空输电线路巡检中的应用技术。

关键词:架空输电线路;无人机;电力行业

引言

随着我国特高压电网建设步伐的不断加快,长距离、大跨越、高海拔的架空输电线路规模越来越大,不仅给线路运维人员带来了巨大的挑战,也使得传统的人工巡检和半自动化巡检模式难以满足当今线路巡检的需要。利用无人机对架空输电线路开展巡检作业,具有巡检效率高、巡检成本低、杆塔顶部巡检效果好、远程操控简单可靠、受环境影响限制小等特点,可以实现对架空输电线路多范围、多频次、多角度巡检。因此,如何快速高效地将无人机广泛应用于输电线路巡检工作中去,必将成为输电线路巡检领域一个研究热题。

1架空输电线路概述

在电力基础设施中有地下电缆线路和架空输电线路,架空输电线路利用绝缘体和空气绝缘架设于地面之上的电力线路。和地下传输电线路相比,架空输电线路具有施工周期短、施工成本低而且便于后期维护的优点,因此成为了电力输送的主要输电方式。但要经常对架空输电线路进行维护和检修,从而提前排除线路故障减少相关事故的发生,保障电力系统的正常运转。在架空输电线路的后期维护尤其是在巡检过程中,受到地形地貌的影响,使得巡检工作困难较大。面对繁重的线路巡视任务,南京供电公司输电室结构性缺员现象较为严重,人员缺口巨大,同时由于人工巡检质量依赖于巡检人员的责任心,巡检到位率难以保证。为了解决巡检人员缺口和巡视到位率的问题,南京供电公司输电室自2014年以来,试点、推广应用了无人机立体巡检,通过将无人机巡检和传统人工巡检相结合,有效弥补了人工巡检的不足,为输电线路的立体化巡检提供了可行的技术手段。无人机有利于解决交通道路不便、林区、山区、河网、污染区、超高杆塔等区段输电线路存在巡视盲点和检修困难的问题,能够发现人工地面巡检难以发现的缺陷,有助于提高巡检质量和效率、降低输电线路运行维护成本、保障巡检人员的人身安全。此外,无人机还能快速到达故障现场,第一时间掌握现场故障情况,精准定位故障点,为事故抢修和重大保电提供技术支撑。

2无人机在架空输电线路巡检中的分析

2.1正常巡检

正常巡检是指根据架空输电线路实际巡检需要按周期制定巡检计划,并选择性地搭载相应的巡检设备对架空输电线路开展可见光和红外测温等项目的巡检作业。其中可见光巡检作业主要用于发现导线、地线、绝缘子串、金具、固定螺栓、线路通道环境及其他附属设施等外部可见的异常情况和缺陷,红外测温巡检作业主要用于发现导线压接管、导线线夹、耐张管及绝缘子等相关连接或焊接部位发热异常等缺陷情况(见表1)。

5f115108702b2_html_cd2692caf3936c5a.png

表1无人机正常巡检的主要内容

2.2自主巡检技术

架空输电线路无人机巡检作业时,主要由地面操作人员根据视觉、巡检回传的影像、GPS信息等来指导无人机飞行和拍摄。这种方式对操作人员的技能水平要求较高,不同操作人员的巡检效果差异可能较大,同一操作人员不同时间的巡检效果也可能不同;且架空输电线路巡检多为周期性重复工作,完全依靠操作人员将造成劳动强度大、巡检效率低等问题,难以适应我国电力运维的新需求。因此,自主巡检成为研究方向之一。

目前,无人机自主巡检仍处于起步阶段,主要手段有激光雷达(LiDAR)技术和实时动态高精度定位(RTK)技术。LiDAR通过快速获取线路通道高精度三维点云数据来规划飞行航线实现自主巡检,这种方式需综合考虑无人机的航高、坐标、惯性测量装置IMU的姿态数据(俯仰角、翻滚角、航偏角)和机载激光雷达等,多搭载在固定翼无人机、中大型无人直升机或有人直升机上,使用成本较高。目前国网福建电力公司已应用于线路通道巡检,南方电网公司利用CW-LiDAR实现了导线对地安全距离的测量;但在杆塔精细化巡检方面,LiDAR技术还有待进一步论证。

2.3人工智能图像识别技术

图像识别模块内置于中央控制系统中,对传回的巡检照片进行智能处理分析。图像识别采用卷积神经网络算法,具有强大的自学能力、容错能力,通过大量样本训练进行深度学习,实现在图像中自动提取目标。目前已建立70万张巡检图像样本库进行深度学习,可高效识别施工外破、漂浮物、速生树种、鸟窝等缺陷隐患,见图1。

5f115108702b2_html_ee45f1834fb54b5b.png

图1巡检图像智能识别

巡检图像处理结果会自动上传至输电智能运检管控平台进行共享和大数据分析,危急缺陷可直接形成工单推送到相应班组人员的手持移动作业端,极大提高缺陷闭环效率,见图2、图3。

5f115108702b2_html_42883cf54270c257.png

图2输电智能运检管控平台

5f115108702b2_html_b154497618c580fe.png

图3移动作业终端

2.4红外、紫外成像传感模块

无人机搭载红外热像仪,利用红外探测器和光学成像物镜从而获得红外热相图来对线路热斑进行巡检工作,从而将实时热图像传输到一个或多个监控器上,检测架空输电线路巡检过程中出现的发热故障,提高了故障点检测的准确性,为抢修赢得了宝贵的时间。红外线成像仪的配置要求要有自动对焦的功能而且有效像素要高于30万像素,且热图数据可以实时进行导出。无人机搭载紫外线成像传感模块的应用是为了检测和记录电晕和表面放电过程中辐射情况,然后再对记录结果进行处理分析,从而达到评价电路设备运营状况,减少设备事故发生的最终目的。紫外线传感模块的配置要求体积小,质量在1.5千克以下,从而能够在复杂的地形地貌中运用自如,同时紫外成像仪还必须探测灵敏,能够获取光子技术信息,在选择的过程中还要兼顾成本和开发周期的要求。红外和紫外成像传感模块功能和作用二者是相互补充的,共同完成了架空输电线路的巡检工作。

2.5无人机巡检方式

根据被巡检的架空输电线路架设结构和电压等级,利用无人机开展全线巡检主要有单侧和双侧巡检两种方式。即:①220kV及以下的单回架空输电线路易采用单侧巡检作业;②220kV以上的架空输电线路及220kV及以下的同塔多回输电线路宜采用双侧巡检作业。

在巡检过程中,如发现可疑缺陷问题,可利用无人机GPS定点、定位的悬停功能对可疑缺陷部位进行全方位检查,确认缺陷情况后再按预巡检航线继续飞行巡检。如在架空输电线路某些杆塔地段不满足双侧巡检作业要求时,可采用单侧巡检作业替代或通过提升无人机巡检高度进行双侧巡检作业。

结语

将无人机应用于架空输电线路的巡检工作中能够大大解放劳动力,提高巡检工作效率的同时降低了工作难度,使得输电线路的巡检工作更加便捷、安全。但是这一应用尚且处于不断发展和改进的阶段,所以要加强新技术的开发和应用,建立完整无人机巡检工作体系,提高电网运行的安全性和经济性,真正实现高科技服务于社会的最终目的。

参考文献

[1]何健,罗昳军,范畅,侯品.架空输电线路无人机人工联合巡检模式初探[J].电子测试,2015,21.

[2]侯荣昌,邱文彪.小型多旋翼无人机在架空输电线路巡检应用探索[J].科技创新与应用,2018,33.

[3]李超英,王瑞琪,宋海涛,等.智能配电网运维管理[M].北京:中国电力出版社,2016.

[4]汤明文,戴礼豪,林朝辉,王芳东,宋福根.无人机在电力线路巡视中的应用[J].中国电力,2013,46(3):35-38.