文/于佰龍 魏真，國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司

1 引言

當(dāng)前我國高壓輸電線路已約50萬公里，人工線路巡檢占據(jù)電網(wǎng)公司很大比例運(yùn)營成本。2013年3月，我國大陸兩家電網(wǎng)公司之一---國家電網(wǎng)公司運(yùn)檢部出臺了關(guān)于輸電線路直升機(jī)、無人機(jī)和人工協(xié)同巡檢模式試點(diǎn)工作方案的文件，明確圈定包括湖北、山東、浙江、四川等10個(gè)省份檢修公司作為試點(diǎn)單位，利用2～3年時(shí)間開展輸電線路新型巡檢模式規(guī)范化應(yīng)用試點(diǎn)工作，2015年7月1日，國家能源局發(fā)布名為《架空輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則》的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，于2015年12月1日正式實(shí)施，可看到，電力聯(lián)合會的無人機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正式出臺，對電網(wǎng)運(yùn)行無人機(jī)巡檢具有重要的推動作用。

電力巡檢無人機(jī)分為固定翼（手拋式）和旋翼（多旋翼或直升機(jī)）兩種，由于只需攜帶小重量傳感設(shè)備，通常體積?。ㄋ院笪慕榻B的微型多旋翼航拍無人機(jī)就可用于電力巡檢）。相對于傳統(tǒng)人工巡檢，電力巡檢效率高且安全。

2 無人機(jī)巡檢基本概念

2.1 基本概念

電力巡檢無人機(jī)分為固定翼和旋翼，效率明顯高于人工巡檢。無人機(jī)航巡輸電線路是一種新的巡檢方法，是指在無人航空設(shè)備上裝備陀螺穩(wěn)定的可見光檢測儀與紅外熱成像儀等載荷，對輸電線路進(jìn)行檢查和錄像，具有高科技、高效率、不受地域影響等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 無人機(jī)巡線優(yōu)勢分析

無人機(jī)巡線的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）故障巡線。快速、精確查找到電網(wǎng)及其設(shè)備的故障點(diǎn)。

（2）常規(guī)巡線。代替人工常規(guī)巡線，提高巡線效率，降低巡線成本，降低巡線人員勞動。

（3）年度巡線。替代載人機(jī)執(zhí)行年度計(jì)劃的航空巡線，其作業(yè)項(xiàng)目主要有：可見光錄像、遠(yuǎn)距離攝影、紅外熱成像、絕緣子監(jiān)測等。

（4）社會效益。無人機(jī)應(yīng)用于電力輸電線路巡檢，不受地形地貌限制，尤其適用于險(xiǎn)峻山區(qū)、多河流地貌下的巡線工作。機(jī)載高清攝像設(shè)備可對輸電線路產(chǎn)生的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)在線定位和監(jiān)控，地面控制人員可根據(jù)地面站回傳實(shí)況及時(shí)發(fā)現(xiàn)排除線路缺陷及重大隱患，桿塔巡查效率得以大大提高，節(jié)省了大量人力、物力，提高了巡檢人員工作安全系數(shù)。采用無人機(jī)系統(tǒng)獲得的收益不僅僅在實(shí)際層面上得到體現(xiàn)，也極大地提升國網(wǎng)自動化電力系統(tǒng)的集成度，能有效促進(jìn)相關(guān)項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度。

3 電網(wǎng)運(yùn)行中無人機(jī)巡檢現(xiàn)實(shí)意義分析

3.1 超特高壓交直流混聯(lián)運(yùn)行對運(yùn)檢工作提出更高要求

隨著我國水電開發(fā)和電網(wǎng)發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)已從局部電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閲W(wǎng)樞紐電網(wǎng)、超特高壓交直流混聯(lián)運(yùn)行的大電網(wǎng)，超特高壓交直流混聯(lián)的運(yùn)行方式對運(yùn)檢工作提出了更高的要求。

3.2 復(fù)雜電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境給運(yùn)檢工作帶來極大困難

在四川地區(qū)電網(wǎng)，地跨青藏高原、云貴高原、秦巴山地、四川盆地，山地、高原和丘陵占總面積的91.8%，“西電東送”、“電力天路”、“川藏聯(lián)網(wǎng)”等眾多輸電通道穿越高海拔、重冰區(qū)、無人區(qū)、地震以及洪災(zāi)泥石流頻發(fā)地區(qū)超過1.6萬公里，運(yùn)維檢修、應(yīng)急搶險(xiǎn)等工作開展難度大，人財(cái)物投入遠(yuǎn)高于其它地區(qū)。

3.3 電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大與運(yùn)檢人員配置不足矛盾日益突出

根據(jù)四川電力公司負(fù)責(zé)運(yùn)維的500kV及以上輸電線路長度統(tǒng)計(jì)， “十三五”期間，預(yù)計(jì)新增輸電線路2.3萬公里、變電容量1.41億千伏安。然而，運(yùn)檢人員的增長速度遠(yuǎn)低于電網(wǎng)規(guī)模增長速度，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，“十二五”期間，電網(wǎng)設(shè)備規(guī)模增長率為71%，而運(yùn)檢人員增長率僅為25%，運(yùn)檢人員勞動強(qiáng)度增加了近50%。電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大與運(yùn)檢人員配置不足矛盾日益突出，迫切需要改變運(yùn)檢方式。

4 電網(wǎng)運(yùn)行中無人機(jī)實(shí)用化巡檢實(shí)踐

4.1 無人機(jī)與人工協(xié)同巡檢建設(shè)思路

借鑒卓越績效管理理念和管理模式，從卓越績效的分解模塊和本質(zhì)要求出發(fā)，構(gòu)建無人機(jī)與人工協(xié)同巡檢的建設(shè)思路。如圖所示。

圖1 無人機(jī)與人工協(xié)同巡檢建設(shè)思路

4.2 無人機(jī)實(shí)用化巡檢實(shí)踐分析

4.2.1 需求契合：以效益最大化為目標(biāo)的人機(jī)協(xié)同巡檢新模式

（1）創(chuàng)新差異巡檢模式

建立無人機(jī)與人工協(xié)同巡視效益評估模型，對采取人機(jī)協(xié)同狀態(tài)巡視的線路分別進(jìn)行純?nèi)斯ず图儫o人機(jī)巡視效益預(yù)評估。評價(jià)指標(biāo)如圖所示：

圖2 輸電線路巡視效益評估因子層次圖

（2）開展差異化協(xié)同巡檢

①拓展無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域：積極探索與拓展無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，在專項(xiàng)巡檢與應(yīng)急巡檢等方面發(fā)揮無人機(jī)的功能，實(shí)現(xiàn)巡檢效益最大化。

專項(xiàng)巡檢領(lǐng)域：按照國家、行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，梳理出專項(xiàng)巡檢類目共11項(xiàng)，并根據(jù)各類目具體要求確定不同的巡檢時(shí)間。

應(yīng)急巡檢領(lǐng)域：對于雷擊故障、高空故障診斷、復(fù)雜地形故障診斷采用無人機(jī)為主巡視模式；對于平原、丘陵地區(qū)通道類故障采用人工為主巡視模式，人工快速準(zhǔn)確對故障進(jìn)行定位，再由無人機(jī)對高空部分線路本體進(jìn)行診斷。

②設(shè)計(jì)協(xié)同巡檢總體模式：根據(jù)效益評估結(jié)果及巡檢領(lǐng)域拓展結(jié)果，固化出一套實(shí)用性強(qiáng)的協(xié)同巡檢模式，以適應(yīng)不同巡檢范圍和巡檢對象下的多樣化組合巡檢要求。

（3）組建無人機(jī)巡檢技術(shù)支持中心

組建無人機(jī)巡檢技術(shù)支持中心，作為無人機(jī)與人工協(xié)同巡檢模式的專業(yè)支撐機(jī)構(gòu)。其主要職責(zé)與功能如下：

①完成巡檢對象精細(xì)化建模：無人機(jī)巡檢技術(shù)支持中心對各輸電線路進(jìn)行三維立體模型構(gòu)建，完成所有500kV及以上電壓等級輸電線路和桿塔的精細(xì)化建模，從而直觀呈現(xiàn)巡檢對象特征，為協(xié)同巡檢工作的開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

②氣象預(yù)警信息智能分析：利用管控系統(tǒng)接收來自中國電科院提供的覆冰災(zāi)害等氣象預(yù)警數(shù)據(jù)。預(yù)報(bào)內(nèi)容包括覆冰厚度、覆冰速率，以及常規(guī)氣象要素，為開展差異化的狀態(tài)巡檢提供決策依據(jù)。

③開發(fā)巡檢大數(shù)據(jù)分析平臺：通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，整合線路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、缺陷隱患數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)輸電線路的歷史數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析；建立可視化地圖，開展適時(shí)視頻監(jiān)控；

4.2.2 技術(shù)領(lǐng)先：無人機(jī)巡檢應(yīng)用技術(shù)體系

（1）信息采集：機(jī)載三維激光雷達(dá)掃描

傳統(tǒng)通道巡檢是利用固定翼無人機(jī)搭載可見光對線路通道情況進(jìn)行拍攝，能夠察看線路通道整體情況，但無法進(jìn)行距離測算。通過運(yùn)用新技術(shù)，利用無人機(jī)搭載激光雷達(dá)或多拼相機(jī)對線路通道進(jìn)行掃描，采集通道數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)處理軟件形成線路通道的三維立體影像。在影像中，可以整體查看線路通道內(nèi)情況，還可以精確測量任意兩點(diǎn)之間的垂直、水平和凈空距離，其精度達(dá)到0.1m。

（2）缺陷識別：圖像自主識別

通過提取絕緣子缺失、導(dǎo)地線散股和桿塔傾斜等現(xiàn)象缺陷樣本，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的缺陷樣本庫，并設(shè)計(jì)、開發(fā)典型缺陷的圖像識別算法及學(xué)習(xí)和訓(xùn)練模型，在此基礎(chǔ)上研發(fā)設(shè)計(jì)出輸電線路主要部件缺陷自動檢測系統(tǒng)，可自動完成圖像的預(yù)處理、分析、識別、結(jié)果反饋等處理流程。

（3）缺陷處理：便攜拋投式除異物

通過無人機(jī)飛達(dá)異物上方，投放除異物點(diǎn)火裝置到高壓線異物上，地面人員通過遙控點(diǎn)火器點(diǎn)燃除異物裝置來引燃異物。在使用過程中，針對投放盲目性問題，對設(shè)備進(jìn)行升級和完善，增加視頻對準(zhǔn)系統(tǒng)，有效提高投放點(diǎn)火裝置的準(zhǔn)確性。

（4）智能導(dǎo)航：無人機(jī)立體巡視

為解決無人機(jī)電力巡檢過程中智能化程度低的問題，從無人機(jī)自主導(dǎo)航、三維目標(biāo)跟蹤、自主避障、遠(yuǎn)距離大數(shù)據(jù)通信平臺以及具有輸電線路缺陷識別能力的多旋翼地面站五個(gè)方面著手，開展多旋翼無人機(jī)的立體巡視研究。一是基于GPS/MEMS-SINS的組合導(dǎo)航算法，使無人機(jī)具備自動前往鐵搭并自動作業(yè)的能力；二是基于D GPS導(dǎo)航的飛行控制系統(tǒng)，使無人機(jī)在高度及經(jīng)緯度方面定位精度能夠達(dá)到厘米級別；三是基于偽相距的三維目標(biāo)跟蹤，有效獲取鐵塔、絕緣子等目標(biāo)相對于無人機(jī)的三維空間距離信息，通過三維空間位置解算，為無人機(jī)提供自動導(dǎo)航信息，無人機(jī)根據(jù)導(dǎo)航信息自主調(diào)整飛行姿態(tài)并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)拍攝，減少由于操控手原因產(chǎn)生的跟丟現(xiàn)象。

5 無人機(jī)輸電線路巡檢工作提升措施

在通道巡檢方面，利用無人機(jī)搭載激光雷達(dá)或多拼相機(jī)技術(shù)對線路通道進(jìn)行掃描，采集通道數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)處理軟件形成線路通道的三維立體影像。因此協(xié)同巡檢模式在整體掌控和測量精度上取得了質(zhì)量提升。但為了更好做好無人機(jī)輸電線路巡檢工作，需進(jìn)一步從以下幾個(gè)方面提升措施：

（1）提升設(shè)備性能，增強(qiáng)特殊環(huán)境適應(yīng)性

無人機(jī)在運(yùn)用過程中由于線路所處海拔、氣象條件復(fù)雜，同時(shí)整體可靠性不高，設(shè)備時(shí)有損壞情況出現(xiàn)，影響巡檢工作進(jìn)度，造成巡檢計(jì)劃不能及時(shí)完成。因此，需創(chuàng)新工作方式，建立“電網(wǎng)+廠家”研發(fā)協(xié)作機(jī)制，在為深化無人機(jī)應(yīng)用而積極開展自主研發(fā)的過程中，參與并扮演適當(dāng)角色，共同承擔(dān)一定責(zé)任，推動服務(wù)電網(wǎng)運(yùn)維、無人機(jī)設(shè)備性能升級、無人機(jī)應(yīng)用市場拓展等方面的研發(fā)成果創(chuàng)新。

（2）加強(qiáng)輔助支撐，保障物料采購順暢化

受目前沒有物料號、固化技術(shù)規(guī)范等因素影響，無人機(jī)巡檢系統(tǒng)、無人機(jī)配件及無人機(jī)維保工器具的采購無法正常開展。應(yīng)加快無人機(jī)維修檢測工器具技術(shù)規(guī)范書編制，推進(jìn)維修檢測工器具ERP物料號申請進(jìn)度，為無人機(jī)巡檢、維修保障物資正常渠道購買提供條件。

6 結(jié)語

無人機(jī)巡檢的多角度、全方位、無遮擋的拍攝方式實(shí)現(xiàn)了線路通道情況的完全掌控，顯著提高了線路巡檢質(zhì)量。通過無人機(jī)與人工協(xié)同巡檢模式的持續(xù)開展與深化應(yīng)用，巡檢質(zhì)量和效率都有顯著提高。本文從無人機(jī)輸電線路巡檢的基本概念出發(fā)，對電網(wǎng)運(yùn)行中無人機(jī)巡檢現(xiàn)實(shí)意義進(jìn)行了分析，并從實(shí)踐對電網(wǎng)運(yùn)行中無人機(jī)實(shí)用化巡檢進(jìn)行了闡述，以期為行業(yè)內(nèi)開展無人機(jī)巡檢工作提供參考與借鑒。

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