孫嬙，張志林，林財(cái)徳，林雅云，王霖露

（國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司漳州供電公司，福建漳州 363000）

輸配電線路的安全可靠性影響著用戶的用電質(zhì)量[1]，因此，保證其正常運(yùn)行、及時(shí)解決輸配電線路故障問(wèn)題對(duì)于電力輸送具有重大意義[2]。

輸配電線路輸電方式多為小電流電路接電方式，線路故障特征并不明顯，分布式電源連接以及分支輸電線路數(shù)量龐雜致使輸配電線路結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，而由于線路測(cè)量方式的局限性，對(duì)于線路故障精確測(cè)距方面的問(wèn)題仍需加大解決力度，目前的輸電線路巡查一般以人工及直升機(jī)巡查的方式進(jìn)行，可以在電路輸電過(guò)程中完成數(shù)據(jù)的精確測(cè)量，但易受天氣因素的影響，無(wú)法保證數(shù)據(jù)的測(cè)量結(jié)果，甚至影響到自身工作狀態(tài)，加之輸配電線路的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性以及線路電容極小性，容易導(dǎo)致電路電流產(chǎn)生不平衡的狀況，造成混亂電流磁場(chǎng)，進(jìn)一步加大了電流故障的檢測(cè)難度與檢測(cè)數(shù)量，增添測(cè)距的干擾因素[3]。傳統(tǒng)輸配電線路故障測(cè)距研究雖在一定程度上提升了測(cè)距的精準(zhǔn)性，但無(wú)法保證測(cè)距電流的穩(wěn)定性，且投入的成本較高、測(cè)距效率較低。針對(duì)上述問(wèn)題，文中提出一種新式基于多旋翼無(wú)人機(jī)的輸配電線路故障精確測(cè)距研究，對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行解決。

文中首先對(duì)輸配電線路進(jìn)行圖像視頻數(shù)據(jù)的獲取，利用多旋翼無(wú)人機(jī)紫外相機(jī)收集輸配電線路的圖像數(shù)據(jù)，并將獲取的數(shù)據(jù)記錄，在成像的基礎(chǔ)上完成分析，進(jìn)一步對(duì)線路故障進(jìn)行算法確認(rèn)，通過(guò)模擬優(yōu)化粒子群算法選取數(shù)據(jù)的優(yōu)化解，最終利用μPMU相量信息對(duì)輸配電線路進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)距，將相角相等作為約束條件，完成對(duì)輸配電線路的故障精準(zhǔn)測(cè)距研究[4]。該研究在一定程度上減少了干擾因素的影響，提升了測(cè)距的精準(zhǔn)程度，具有更好的可發(fā)展性。

1 輸配電線路圖像視頻數(shù)據(jù)獲取

由于輸配電線路的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為此，需對(duì)其進(jìn)行初步的圖像獲取操作，利用紫外相機(jī)拍攝線路圖像，根據(jù)其兩翼載荷系統(tǒng)的兩軸增穩(wěn)云臺(tái)以及雙通道圖像紫外檢測(cè)儀對(duì)圖像進(jìn)行進(jìn)一步的獲取，采用相機(jī)內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)與編碼器之間的緊密配合系統(tǒng)對(duì)圖像分解，同時(shí)安裝陀螺數(shù)據(jù)敏感裝置，以此來(lái)穩(wěn)定多旋翼無(wú)人機(jī)的飛行系統(tǒng)，以保證拍攝圖像的清晰度，進(jìn)一步穩(wěn)定輸配電線路的輸電回路，使云臺(tái)在搖擺及振動(dòng)的狀態(tài)下依舊保持自身穩(wěn)定，進(jìn)而輸出穩(wěn)定清晰的線路圖像[5]。將云臺(tái)控制器外部的接口與內(nèi)部系統(tǒng)接口相連接，并經(jīng)過(guò)飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行傳送交流，同時(shí)保證對(duì)數(shù)據(jù)的安全接收，利用對(duì)陀螺信息的采集進(jìn)一步提升對(duì)電機(jī)位置的閉環(huán)增穩(wěn)控制，準(zhǔn)確采集電暈放電現(xiàn)象信息，同時(shí)對(duì)紫外可見(jiàn)影像進(jìn)行成像收集，將經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理后的成像與可見(jiàn)光分析圖像進(jìn)行疊加操作，明確線路圖像的精準(zhǔn)位置，加大對(duì)電暈電路的強(qiáng)度處理，提高對(duì)電力設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)力度，保證輸配電線路的自身安全性，利用雙通道紫外成像設(shè)備加強(qiáng)監(jiān)管操作，穩(wěn)定紫外相機(jī)拍攝路徑，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)紫外相機(jī)零件選型的管理力度，在達(dá)到輕量化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上提升傳感器配置標(biāo)準(zhǔn)[6-8]。其雙通道紫外成像設(shè)備組成如圖1 所示。

圖1 雙通道紫外成像設(shè)備組成

通過(guò)實(shí)時(shí)串口裝置對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋操作，并屏蔽產(chǎn)生的其他光源干擾信息，將可見(jiàn)光數(shù)據(jù)視頻分解，利用收集到的紫外光與可見(jiàn)分離光的具體信息分析線路圖像存在的故障可能發(fā)生點(diǎn)，并進(jìn)一步執(zhí)行后續(xù)操作[9-10]。

2 輸配電線路故障確認(rèn)算法設(shè)計(jì)

在經(jīng)過(guò)對(duì)輸配電線路故障圖像的獲取后，進(jìn)一步對(duì)其故障進(jìn)行算法確認(rèn)。在變電站內(nèi)部安裝行波檢測(cè)儀器，由于輸配電線路由多條分支線路構(gòu)成，為此需仔細(xì)分析每條線路的安裝條件，并找出主線路對(duì)其進(jìn)行集中處理安裝，減少不必要的安裝浪費(fèi)，并利用點(diǎn)狀分布的方式進(jìn)行安裝分布，便于后續(xù)對(duì)故障點(diǎn)的查找與分析[11-13]。

在行波檢測(cè)起初，需對(duì)優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行確定，進(jìn)而保證在線路產(chǎn)生故障時(shí)可以同時(shí)整合多條支路信息進(jìn)行故障位置分析，及時(shí)準(zhǔn)確查找故障位置[14]。同時(shí)對(duì)尋找優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行定位，利用較少的檢測(cè)裝置對(duì)線路進(jìn)行追蹤定位，同時(shí)設(shè)置優(yōu)化約束條件作為輸配電線路之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)源，進(jìn)一步將線路進(jìn)行整體分層，提升故障確認(rèn)的清晰率，加強(qiáng)優(yōu)化的信息結(jié)構(gòu)。

在分層的過(guò)程中進(jìn)一步確認(rèn)行波檢測(cè)裝置的點(diǎn)式分布狀態(tài)，定位故障的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，合理分配輸配電線路總體電網(wǎng)結(jié)構(gòu)[15]，尋找主源節(jié)點(diǎn)，將經(jīng)過(guò)的最短路徑中的節(jié)點(diǎn)標(biāo)記出來(lái)，并優(yōu)化布點(diǎn)條件，線路故障獲取算法確認(rèn)：

1）將算法的測(cè)量電阻溫度初始化，設(shè)置穩(wěn)定的退火速度，將算法的慣性常數(shù)與加速度進(jìn)行集中確認(rèn)，并生成常數(shù)數(shù)值。

2）利用預(yù)先設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)對(duì)適應(yīng)度數(shù)值進(jìn)行判定。

3）將設(shè)定的粒子數(shù)值與測(cè)量的實(shí)際極值進(jìn)行比較，并分析最佳優(yōu)化數(shù)值，獲取經(jīng)過(guò)更新后的粒子數(shù)值。

4）進(jìn)一步更新粒子的位置與速度同時(shí)統(tǒng)一粒子速度。

5）計(jì)算更新后的粒子適應(yīng)度數(shù)值。

6）更新適應(yīng)度的變化量，在接收到新的粒子位置數(shù)值后，降溫并返回原始系統(tǒng)。

3 輸配電線路故障精確測(cè)距

在實(shí)際參數(shù)測(cè)量中，由于線路的特殊性，將對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定影響，需進(jìn)一步對(duì)線路狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)與檢查，文中構(gòu)建輻射狀的輸配電線路模型進(jìn)行研究，其模型如圖2 所示。

圖2 輸配電線路仿真模型圖

對(duì)不同的線路進(jìn)行選型與長(zhǎng)度研究，從中挑選出最適宜的測(cè)量長(zhǎng)度，同時(shí)考慮線路間的耦合狀況，進(jìn)行相位平衡檢測(cè)，進(jìn)行對(duì)角線元素對(duì)比分析，在線路運(yùn)行正常的狀態(tài)下對(duì)運(yùn)行范圍與故障點(diǎn)范圍進(jìn)行查找，選取電阻誤差值[16]，加大誤差處理，充分利用相量信息減少誤差率，進(jìn)而提升故障測(cè)距的精準(zhǔn)率。利用雙端測(cè)距與雙端信息之間的條件關(guān)系對(duì)故障距離進(jìn)行確定，在故障收斂點(diǎn)附近降低電壓負(fù)荷數(shù)值，并適當(dāng)考慮相角關(guān)系，及時(shí)檢查測(cè)距時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)，隨時(shí)為其補(bǔ)充保護(hù)裝置，利用相角與輻射角的精確數(shù)據(jù)增強(qiáng)相位的條件約束，將其固定到一定的范圍內(nèi)，對(duì)線路降壓方面進(jìn)行進(jìn)一步的加強(qiáng)訓(xùn)練，并結(jié)合線路阻抗[17]，加強(qiáng)數(shù)據(jù)理論分析，縮減理論誤差，強(qiáng)化線性元素之間的抗阻性，并對(duì)線路運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行歐姆定律條件約束，由于故障狀態(tài)下的首末端電流通過(guò)量不同，為此，利用線路兩端的μPMU 對(duì)電流相量進(jìn)行測(cè)量，準(zhǔn)確完成數(shù)據(jù)的檢測(cè)收集，將目標(biāo)函數(shù)設(shè)置為凸函數(shù)，并將函數(shù)進(jìn)行復(fù)合操作，降低其重復(fù)耦合率，對(duì)故障前后的數(shù)據(jù)測(cè)量條件進(jìn)行固定，最終完成對(duì)輸配電線路的故障精確測(cè)距研究[18]。

4 實(shí)驗(yàn)與研究

4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

為了檢測(cè)文中基于多旋翼無(wú)人機(jī)的輸配電線路故障精確測(cè)距研究的結(jié)果，與傳統(tǒng)輸配電線路故障精確測(cè)距研究進(jìn)行對(duì)比，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?gòu)建

針對(duì)輸配電線路的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性以及故障查找困難性，對(duì)其進(jìn)行故障精確測(cè)距研究，并構(gòu)建基于多旋翼無(wú)人機(jī)的輸配電線路故障精確測(cè)距模型，如圖3所示。

圖3 輸配電線路故障精確測(cè)距模型

根據(jù)上述輸配電線路故障精準(zhǔn)測(cè)距模型，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定，如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)上述輸配電線路故障精確測(cè)距模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，將文中基于多旋翼無(wú)人機(jī)的輸配電線路故障精確測(cè)距研究的效果與傳統(tǒng)輸配電線路故障精確測(cè)距研究的效果進(jìn)行比較，得到的故障檢測(cè)時(shí)間對(duì)比圖與測(cè)距準(zhǔn)確率對(duì)比圖如圖4、5 所示。

1）故障檢測(cè)時(shí)間對(duì)比圖

由圖4 可知，在相同的參數(shù)條件下，文中研究方法的輸配電線路故障檢測(cè)所用時(shí)間較短，而傳統(tǒng)研究方法的輸配電線路故障檢測(cè)所用時(shí)間較長(zhǎng)，造成此種差異的主要原因在于文中對(duì)輸配電線路進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的收集，利用紫外成像的原理提升數(shù)據(jù)查找力度，根據(jù)可見(jiàn)光的切換實(shí)現(xiàn)對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)的飛行控制，進(jìn)一步完善圖像的采集方式，提升圖像收集的數(shù)量與清晰度，并從中尋找到有利數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的研究與分析，增強(qiáng)故障圖像信號(hào)的接收速率，進(jìn)而減少檢測(cè)故障檢測(cè)所需時(shí)間。

圖4 故障檢測(cè)時(shí)間對(duì)比圖

2）測(cè)距準(zhǔn)確率對(duì)比圖

由圖5 可知，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間為5 d 時(shí)，文中研究的測(cè)距準(zhǔn)確率為88%，傳統(tǒng)研究的測(cè)距準(zhǔn)確率為41%，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間為10 d 時(shí)，文中研究的測(cè)距準(zhǔn)確率為92%，傳統(tǒng)研究的測(cè)距準(zhǔn)確率為51%。由于文中對(duì)輸配電線路進(jìn)行了算法確認(rèn)，在一定程度上保護(hù)了線路自身系統(tǒng)的安全，以尋找最優(yōu)解的方式加強(qiáng)了測(cè)距的嚴(yán)謹(jǐn)性，進(jìn)一步提升測(cè)距的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與科學(xué)性，將線路進(jìn)行分層操作，按照層級(jí)尋找最佳操作方式，提高測(cè)距的準(zhǔn)確率。

圖5 測(cè)距準(zhǔn)確率對(duì)比圖

在以后的實(shí)驗(yàn)中，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的不斷增加，文中研究的測(cè)距準(zhǔn)確率不斷提升，且一直位于傳統(tǒng)研究之上。除以上原因外，文中利用雙相位相量對(duì)故障進(jìn)行精準(zhǔn)分析，根據(jù)雙端阻抗法提升研究的力度，完善測(cè)距步驟，提升研究的測(cè)距準(zhǔn)確率。

經(jīng)過(guò)以上對(duì)比分析可知，文中基于多旋翼無(wú)人機(jī)的輸配電線路故障精確測(cè)距研究的故障圖像信號(hào)接收效果及測(cè)距準(zhǔn)確率均優(yōu)于傳統(tǒng)研究，在較高程度上提升了系統(tǒng)的測(cè)距能力，降低了研究成本，提高了測(cè)距效率，進(jìn)一步保護(hù)了自身系統(tǒng)，能夠更好地為使用者服務(wù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中在傳統(tǒng)研究方法的基礎(chǔ)上提出了一種新式基于多旋翼無(wú)人機(jī)的輸配電線路故障精確測(cè)距研究，該研究的效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)研究。

文中對(duì)輸配電線路的測(cè)距研究分為3 個(gè)較為清晰的步驟：首先將輸配電線路的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)收集，利用紫外成像儀對(duì)圖像進(jìn)行記錄操作，并分析獲取圖像的具體線路信息，在了解信息的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升對(duì)線路故障的確認(rèn)能力，利用模擬退火粒子群算法，將線路故障系統(tǒng)最優(yōu)解進(jìn)行合理計(jì)算與分解，并將所得結(jié)果進(jìn)行最終實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)μPMU相量加大對(duì)線路的測(cè)距力度，提升測(cè)距的結(jié)果精準(zhǔn)性，完成整體輸配電線路精準(zhǔn)測(cè)距研究。

相較于傳統(tǒng)研究方法，文中研究方法在較高程度上提高了測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)距準(zhǔn)確性，減少無(wú)關(guān)因素的干擾，進(jìn)一步完善了輸配電線路的電流平衡性，有利于后續(xù)研究的開(kāi)展，具備更加廣闊的發(fā)展市場(chǎng)。