金仲鉑

摘 要：隨著國內用電負荷的不斷增加，無論是工業(yè)生產(chǎn)還是人民生活對供電可靠性的要求都越來越高。傳統(tǒng)的架空輸電線路運維管理模式和巡檢作業(yè)方式，勞動強度大、工作條件艱苦，勞動效率低，遇到電網(wǎng)緊急故障和異常氣候時，線路運維人員在不具備有利的交通條件時，只能利用普通儀器或肉眼來巡查設施，無論是效率還是質量都已經(jīng)不能滿足輸電線路運行的實際要求。無人機技術的發(fā)展為架空輸電線路的巡檢工作提供了新的平臺，將無人機技術應用于電力線路巡檢中，不但可以大大減輕電力巡線的人力投入，還能快速、安全地對線路實施巡檢，增強電力生產(chǎn)自動化綜合能力，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益和社會效益。

關鍵詞：無人機巡檢;輸電線路;數(shù)據(jù)處理;效益分析

中圖分類號：TM 615

0 引言

改革開放以來，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)、人民生活對電能的需求也與日俱增。由于架空輸電線路走廊所處地形復雜，環(huán)境惡劣，交叉跨越眾多，輸電線路發(fā)生缺陷及故障跳閘次數(shù)日益增多。而對于走廊途經(jīng)高山大嶺、山溝土路、建筑工地、鐵路、高速公路、河道、魚塘、民用住宅、工廠、農(nóng)田、苗圃、果園等地的線路開展驗收及巡視工作也存在諸多困難和危險[1]。人工巡視及故障檢查存在工作量大的、條件非常艱苦等問題。特別是對于山區(qū)和跨越大江大河的輸電線路的巡檢，以及在水災、冰災、滑坡、地震等自然災害后進行故障檢查，所花費的時間長、而且人力方面的成本高，困難非常大。此外，還有一些巡檢的項目僅僅依靠常規(guī)方法還難以完成，比如：日常巡視時用望遠鏡在塔下觀察，由于視角限制，一些導地線及桿塔金具缺陷難以發(fā)現(xiàn)[5]。對線下樹障隱患及施工鉆越處導線;凈空數(shù)據(jù)的測量，通常使用經(jīng)緯儀，但由于線路走廊內成片樹木等各種障礙物的遮擋。使獲得數(shù)據(jù)費時費力日不夠準確。隨著我國“八交十直”特高壓電網(wǎng)的建成，急需先進、科學、高效的電力巡線方式來適應現(xiàn)代化大電網(wǎng)的安全運維需求[2]。

架空輸電線路無人機巡檢是指利用無人機搭載可見光拍攝、紅外、紫外檢測等任務設備對輸電線路進行飛行巡檢，并實時將現(xiàn)場的情況傳回地面監(jiān)控系統(tǒng)，以便做出正確判斷并及時排除線路故障[9]。自2013年左右開始，多旋翼無人機進入了電力巡檢領域，開始成為了巡檢人員視覺和動作的延伸，并成為一件得心應手的工具。多旋翼無人機能去到巡檢人員無法到達或不便到達的地方，高效而安全地完成了原本耗時耗力的周期性工作，把巡檢人員從高強度的體力勞動中逐步解放出來[3]。

1 無人機巡檢在國外的發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)達國家依托自身先進的無人機技術，在無人機巡線領域處于領先地位。與國內主要進行硬件開發(fā)不同，發(fā)達國家已經(jīng)關注于后續(xù)的圖像、數(shù)據(jù)處理方面的研究，甚至激光雷達巡線技術也已經(jīng)應用于無人機上[3]。最早利用無人直升機巡線的是英國的威爾士大學和儀埃電力咨詢公司。英國威爾士大學班戈分校于1995年起與儀埃電力科技公司合作開始研制輸電線路巡檢飛行機器人，該機器人是在英國Aerobotics公司的Sprite無人直升機的基礎上開發(fā)的，整個系統(tǒng)包括微型直升機、導航系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等。該機器人重35kg，附加了穩(wěn)定性控制系統(tǒng)以增加抗風干擾的能力，并安裝了高分辨率的彩色CCD攝像機，實現(xiàn)基于視覺的導航和基于視覺的輸電線路跟蹤和在線檢測。同時，英國威爾士大學和儀埃電力科技公司利用可見光攝像機獲得的動態(tài)可見光圖像進行障礙物測距。該方法是通過機器視覺技術，識別無人飛行器前方的障礙物，通過路徑規(guī)劃的算法，躲避障礙物。但此方法只能識別較大的障礙物，根據(jù)文獻描述，此系統(tǒng)主要是避開樹木等障礙物。對導線識別和避障的可靠性不夠，且要求飛行速度不能太快。

2無人機巡檢在國內的發(fā)展現(xiàn)狀

2013年開始，國家電網(wǎng)公司組織國網(wǎng)冀北、山東、山西、湖北、重慶、四川、浙江、福建、遼寧和青海10家試點單位及國網(wǎng)通航公司和中國電力科學研究院，結合人工巡檢、直升機巡檢和無人機巡檢各自的優(yōu)缺點，開展輸電線路直升機、無人機和人工協(xié)同巡檢模式試點工作[4]。廣東電網(wǎng)公司于2020年底實現(xiàn)110kV及以上線路（按公里數(shù)）機巡覆蓋不少于90%，機巡占比不少于60%，線路巡檢成本降低20%以上，具備直升機帶電作業(yè)能力，10kV線路機巡覆蓋率不少于30%，基本實現(xiàn)“機巡為主、人巡為輔”的協(xié)同巡檢目標。

在科技項目研究方面，國家電網(wǎng)公司組織中國電力科學研究院、國網(wǎng)山東省電力公司、國網(wǎng)浙江省電力公司、國網(wǎng)福建省電力公司、國網(wǎng)遼寧省電力公司、國網(wǎng)通航公司、南瑞集團公司等開展無人機巡檢實用化關鍵技術與檢測體系研究“小型旋翼無人機巡檢安全保障技術及作業(yè)方式優(yōu)化研究”等項目。緊密結合協(xié)同試點工作，研究內容覆蓋無人機巡檢系統(tǒng)關鍵技術實用化、輸電線路缺陷自動診斷技術、無人機巡檢系統(tǒng)檢驗檢測技術和協(xié)同巡檢效果評估等方面。在無人機避障技術實用化、基于三維GIS無人機的測控導航、輸電線路典型設備的實時定位和跟蹤和無人機檢驗檢測專用設備研制等方面取得了很多進展[4]。

3 未來發(fā)展趨勢

隨著技術和經(jīng)濟的發(fā)展，無人機在電力運檢中扮演的角色愈發(fā)重要。傳統(tǒng)飛手操作無人機巡檢電力桿塔的模式，在過去保障電力供應，提升巡檢效率方面作出了巨大貢獻。目前無人機年作業(yè)達30萬架次，累計作業(yè)4程超過10萬公里。無人機巡檢技術已達到成熟實用化水平，但隨著國家電網(wǎng)“三型兩網(wǎng)”、南方電網(wǎng)“數(shù)字南網(wǎng)”的建設，電網(wǎng)正向數(shù)字化、智能化轉型，在這個大背景下如何規(guī)范數(shù)據(jù)采集，有效利用分析，進一步提升巡檢自動化、智能化程度成了新時代的命題[5]。

在激光點云三維建模技術、RTK定位技術愈發(fā)成熟背景下，兩大電網(wǎng)公司未來將重點推進無人機自主巡檢和集群作業(yè)、圖像智能識別、北斗系統(tǒng)深化應用、智能圖像監(jiān)測及智能標準體系建設，實現(xiàn)輸電專業(yè)智能巡檢全覆蓋，計劃用3年時間實現(xiàn)全網(wǎng)輸電線路自動巡檢全覆蓋，并建立全網(wǎng)統(tǒng)一、集成缺陷智能識別、支撐無人機自動巡檢的網(wǎng)、省兩級機巡管理平臺，無人機技術與電網(wǎng)運維深度融合將迎來全新階段。

4 結論

輸電線路的安全穩(wěn)定運行，對于地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展具有重大意義。兩大電網(wǎng)公司自大規(guī)模引入多旋翼無人機以來，經(jīng)歷了從人工巡檢到無人機手動飛行作業(yè)的進化。無人機機巡作業(yè)有效緩解了電網(wǎng)巡視效率低、巡視質量不統(tǒng)一、無法定量判斷設備狀態(tài)、覆蓋細節(jié)不夠等問題。隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，社會對供電可靠性的要求也進一步提高。在無人機大規(guī)模應用的背景下，伴隨激光雷達、激光點云三維建模技術、RTK定位技術的不斷融合最終將讓無人機回歸機器屬性，實現(xiàn)自動巡檢全覆蓋，架空輸電線路巡檢有望完成從人巡時代到機巡時代再到智巡時代的重大變革。

參考文獻

[1]劉振亞，全球能源互聯(lián)網(wǎng)，[M]，北京：中國電力出版社，2015.

[2]徐云鵬，李庭堅，毛強.架空輸電線路直升機、無人機及地面人工巡視互補機制研討與研究[J].廣西電力，2013，36（5）：72-75.

[3]孫毅.無人機駕駛員航空知識手冊[M].北京：中國民航出版社，2018.

[4]姜薈叢.飛行器電力巡檢探討[J].山東電力技術，2012（5）：46-48.

[5]趙元林.輸電線路微小型無人飛行器智能巡檢系統(tǒng)的研究與應用[C].北京：2011年亞太智能電網(wǎng)與信息工程學術會議，2011.