賴勇耀,楊榮浩,劉 暉

(1.國網(wǎng)贛州供電公司,江西 贛州 341000; 2.國網(wǎng)贛州市大余縣供電分公司,江西 大余 341500)

0 引 言

隨著輸電線路總長度不斷增加,傳統(tǒng)的輸電線路管理模式已經(jīng)不能滿足和保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的要求。因此,輸電線路管理工作的轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫。傳統(tǒng)的輸電線路管理工作需要大量的人力、物力,才能完成設(shè)備缺陷(樹障、異物、設(shè)備異常等)發(fā)現(xiàn)、外破管控、缺陷處理等工作,但是這種低效率的模式越來越難以為繼。該文結(jié)合當(dāng)下熱門的智能設(shè)備和巡檢技術(shù),提出一種新型輸電線路管理模式。在該管理模式下,通過智能設(shè)備采集輸電線路的運(yùn)行信息,將信息傳送到數(shù)字化平臺進(jìn)行分析以發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷,再由管理人員根據(jù)危急程度對缺陷進(jìn)行分類處理,并將處理結(jié)果反饋給數(shù)字化平臺,由此來提高輸電線路管理工作的效率和可靠性。

1 無人機(jī)巡檢

由于自然條件等因素限制,部分地區(qū)的輸電線路無法進(jìn)行人工巡檢,或者人工巡檢效率低,無法滿足當(dāng)前輸電線路運(yùn)維管理的需求。因此,需要借助無人機(jī)來提高輸電線路巡檢的覆蓋率和巡檢效率,從而實(shí)現(xiàn)對輸電線路運(yùn)行情況的全面管控[1]。

國外從20世紀(jì)50年代初期開始探索利用有人直升機(jī)開展線路巡檢工作,至1990年代后期,歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)已較為廣泛地開展了有人直升機(jī)巡視、檢修及帶電作業(yè)等[2]。國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司在2013年開始推廣機(jī)巡作業(yè),兩年間開展直升機(jī)巡線9.2×104km,桿塔18.5萬基,累積作業(yè)5 681 h,此后無人機(jī)巡檢在全國逐步發(fā)展。無人機(jī)巡檢不僅具備有人直升機(jī)巡檢的優(yōu)點(diǎn),還可以實(shí)現(xiàn)自動化作業(yè)。近年來,隨著大疆等科技公司的研發(fā)推廣,無人機(jī)逐步在中國電力行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前在電力行業(yè)廣泛應(yīng)用的電力無人機(jī)中,最長飛行時間可達(dá)2.5 h,最長續(xù)航里程可達(dá)60 km,可以滿足輸電線路多種巡檢作業(yè)要求。無人機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展為電網(wǎng)巡檢方式提供了全新的選擇。無人機(jī)巡檢具有自動化程度高、巡檢效率高、巡檢成本低等特點(diǎn),具有明顯的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,是近年電力巡檢模式的重大進(jìn)步[3-5]。

1.1 樹障分析

現(xiàn)階段無人機(jī)已能承擔(dān)輸電線路巡檢中的多項(xiàng)重要工作,其拍攝的照片可以輔助實(shí)現(xiàn)樹障點(diǎn)的分析工作。無人機(jī)采集的可見光照片,通過特定的處理可以合成3D點(diǎn)云模型,從而分析出影響輸電線路運(yùn)行的樹障點(diǎn)[6],如圖1所示。此前樹障點(diǎn)的查找工作只能由運(yùn)維人員到達(dá)相應(yīng)桿段,通過肉眼或者簡單的工具進(jìn)行估算判斷,不僅誤差較大,而且效率低下?，F(xiàn)在通過無人機(jī)采集線路的照片,再經(jīng)過相關(guān)軟件處理,就可以實(shí)現(xiàn)樹障距離的準(zhǔn)確分析,大大提高了線路運(yùn)維管理工作的效率和可靠性。

圖1 照片合成點(diǎn)云模型分析樹障點(diǎn)

1.2 紅外測溫

無人機(jī)搭載的紅外鏡頭,可以拍攝紅外照片,對線路設(shè)備進(jìn)行溫度檢測和分析,如圖2所示。目前最先進(jìn)的紅外鏡頭溫度靈敏度可達(dá)0.05 ℃,能夠精確找出運(yùn)行設(shè)備中的溫度異常點(diǎn)[7]。傳統(tǒng)的人工手持紅外測溫儀器采集溫度數(shù)據(jù)時,因紅外鏡頭距離被檢測設(shè)備較遠(yuǎn),采集的溫度數(shù)據(jù)誤差很大;而無人機(jī)搭載紅外鏡頭可以實(shí)現(xiàn)近距離、精確部位的測溫,能更加準(zhǔn)確地分析設(shè)備溫度,及時發(fā)現(xiàn)缺陷并進(jìn)行處理。

圖2 無人機(jī)拍攝的紅外照片檢測設(shè)備溫度

1.3 精細(xì)化巡檢

無人機(jī)還可以搭載高像素的變焦鏡頭,其拍攝的照片可以清晰準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)銷釘級缺陷,如圖3所示。因此,無人機(jī)可以用來完成高空驗(yàn)收或精細(xì)化巡檢工作。與以往人工登塔檢查作業(yè)相比,使用無人機(jī)進(jìn)行巡檢作業(yè)顯著降低了作業(yè)人員的安全風(fēng)險(xiǎn),且提高了工作效率。

圖3 無人機(jī)拍攝的照片發(fā)現(xiàn)銷釘級缺陷

與此同時,當(dāng)下各種智能算法的研究,使無人機(jī)巡檢應(yīng)用更加廣泛。例如,文獻(xiàn)[8-10]提出了幾種基于無人機(jī)巡檢圖像的輸電線路設(shè)備本體隱患智能檢測算法,使輸電線路桿塔關(guān)鍵部件隱患檢測識別的準(zhǔn)確率得到提升。另外,無人機(jī)搭載激光雷達(dá)進(jìn)行輸電桿塔3D建模技術(shù)也正在快速發(fā)展[11]。無人機(jī)在輸電線路巡檢工作中的應(yīng)用還在不斷擴(kuò)大,是數(shù)字化時代輸電線路管理工作中的一大利器。

2 智能監(jiān)控

輸電線路點(diǎn)多面廣、情況復(fù)雜,線路通道下異物懸掛、施工破壞、山火、覆冰、地質(zhì)滑坡等異常情況時有發(fā)生,嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行,甚至危及人身安全。在傳統(tǒng)運(yùn)維模式下,需要運(yùn)維人員前往現(xiàn)場對異常情況進(jìn)行一對一管控,不僅效率低,而且容易發(fā)生錯判、漏判,造成電網(wǎng)失穩(wěn)。在數(shù)字化時代下,可以利用無人機(jī)拍攝輸電線路通道照片,排查出通道內(nèi)的危險(xiǎn)點(diǎn)。在風(fēng)險(xiǎn)較大的桿段裝設(shè)智能監(jiān)控設(shè)備,通過智能監(jiān)控系統(tǒng)的分析判斷,及時對影響線路運(yùn)行的情況進(jìn)行管控,減少線路跳閘等情況的發(fā)生。

智能監(jiān)控是由圖像識別技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)以及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合組成的新型監(jiān)控技術(shù),可以為電網(wǎng)的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)通常只有視頻錄制和拍照功能,大部分判別任務(wù)還是由人工操作來完成,不但費(fèi)時、費(fèi)力,而且漏報(bào)、錯報(bào)的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,給監(jiān)控人員帶來極大的不便[12]。智能監(jiān)控技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)的不足,其通過無線局域網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng),將各個監(jiān)控點(diǎn)的圖像實(shí)時傳回控制中心,再經(jīng)過控制中心的圖像識別系統(tǒng),對監(jiān)拍畫面進(jìn)行智能識別分析[13-15],及時將輸電線路通道內(nèi)的異物、施工、山火、覆冰等異常情況進(jìn)行報(bào)警,從而使運(yùn)維人員快速做出反應(yīng),及時消除影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的隱患。智能監(jiān)控技術(shù)配合夜視攝像頭,還可以實(shí)現(xiàn)24小時不間斷監(jiān)控[16],為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供全時段的保護(hù)。當(dāng)輸電線路發(fā)生外力破壞時,智能監(jiān)控系統(tǒng)可以保存監(jiān)控點(diǎn)的視頻資料,方便完成事故分析及設(shè)備損壞索賠等工作。通過監(jiān)控設(shè)備采集的信息,配合圖像識別系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了輸電線路通道危險(xiǎn)點(diǎn)的自動判斷,彌補(bǔ)了人工管控效率低下及漏判錯判的缺點(diǎn),有效解決了輸電線路通道危險(xiǎn)點(diǎn)管控難的痛點(diǎn)。智能監(jiān)控系統(tǒng)畫面如圖4所示。

圖4 智能監(jiān)控系統(tǒng)畫面

3 激光除異物

輸電線路運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜,容易受到鳥窩、塑料薄膜、風(fēng)箏等異物的侵?jǐn)_,異物一般會纏繞在導(dǎo)線或地線上,極易造成線路跳閘,影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。在傳統(tǒng)管理模式中,處理異物需要申請停電,然后由運(yùn)維人員登塔高空作業(yè)處理,不僅過程比較繁瑣,而且作業(yè)人員安全風(fēng)險(xiǎn)較高。近年來,高功率激光器技術(shù)發(fā)展迅速,實(shí)驗(yàn)室中的半導(dǎo)體激光器輸出功率達(dá)到上千瓦,光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到60%～70%,光纖激光器功率最大也達(dá)到千瓦級[17],為高功率激光器在輸電線路上的應(yīng)用提供了可能。

在新型管理模式下,使用激光清除異物成為一種新的處理方案。激光清除異物的基本原理為發(fā)射激光遠(yuǎn)程作用于纏掛或黏附部位,利用激光的熱效應(yīng)使異物熔化并將其擊落[18]。激光除異物具有無接觸、速度快、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn),在不停電的情況下也能從地面準(zhǔn)確高效地清除輸電線路上的障礙物。此方法能明顯降低人力、物力成本,提升作業(yè)的安全性,具有極大的發(fā)展與應(yīng)用前景[19-20]。根據(jù)國網(wǎng)贛州供電公司(以下簡稱贛州公司)統(tǒng)計(jì),2019～2021年有60多起因異物侵?jǐn)_而影響線路安全運(yùn)行的事件,贛州公司全部采用高功率激光器完成了上述異物事件的處理工作,實(shí)現(xiàn)了不停電、無接觸作業(yè)。以贛州公司使用的激光器為例,最大功率可達(dá)800 W,瞄準(zhǔn)精度可達(dá)0.6 m,能在5～40 ℃環(huán)境中工作,裝置簡便易攜帶,操作也比較簡單。在處理異物時,只需選擇合適的架設(shè)點(diǎn)將激光器組裝好,經(jīng)過簡單調(diào)試便可以快速地消除或者切斷異物的纏繞點(diǎn),使異物脫離輸電線路,從而保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。高功率激光器的應(yīng)用使清除異物工作變得簡單高效,未來高功率激光器還會廣泛應(yīng)用于輸電線路融冰等領(lǐng)域[21]。激光除異物現(xiàn)場如圖5所示。

圖5 激光除異物現(xiàn)場

4 數(shù)字化平臺

上述新設(shè)備、新技術(shù)需通過一個系統(tǒng)將其整合,才能發(fā)揮最大作用,這就是數(shù)字化平臺。數(shù)字化平臺是將多種設(shè)備采集的輸電線路運(yùn)行信息進(jìn)行分析處理、綜合研判的網(wǎng)絡(luò)平臺。數(shù)字化平臺可以將無人機(jī)巡檢信息、智能監(jiān)控信息、運(yùn)維人員人工采集的信息、其他各種新設(shè)備采集的信息等匯集在管控中心,通過系統(tǒng)智能化處理,分析出輸電線路的運(yùn)行情況,從而更加高效地進(jìn)行輸電線路的管理工作。

各種設(shè)備采集到的輸電線路運(yùn)行信息,將傳送到數(shù)字化平臺,系統(tǒng)會根據(jù)管理人員自定義的標(biāo)準(zhǔn)對輸電線路的運(yùn)行情況進(jìn)行判斷。當(dāng)系統(tǒng)判定有影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的危急缺陷時,數(shù)字化平臺會立即發(fā)出警報(bào),提醒管理人員及時進(jìn)行處理;當(dāng)系統(tǒng)判定缺陷不影響電網(wǎng)安全運(yùn)行時,會將相關(guān)缺陷信息保存在數(shù)據(jù)庫中,方便管理人員進(jìn)行分類匯總。所有缺陷處理結(jié)果都會重新傳回?cái)?shù)字化平臺,使設(shè)備缺陷從發(fā)現(xiàn)到處理完整閉環(huán)[22]。數(shù)字化平臺運(yùn)行框架如圖6所示。

圖6 數(shù)字化平臺運(yùn)行框架

通過數(shù)字化平臺,各種新的運(yùn)維技術(shù)可以進(jìn)行聯(lián)動,破除了各個環(huán)節(jié)的壁壘,極大提高了輸電線路管理工作的效率和質(zhì)量。但是目前所設(shè)想的數(shù)字化平臺主要還是依靠人工進(jìn)行操作處理。機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)成為當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn),由于其良好的學(xué)習(xí)、識別、分類能力,在故障檢測與診斷技術(shù)中受到了越來越多的關(guān)注[23-25]。今后可以在數(shù)字化平臺中加入機(jī)器學(xué)習(xí)等智能算法,提高其智能化程度,這樣數(shù)字化平臺可以將各種信息進(jìn)行自動分析處理,成為輸電線路管理工作的“司令部”。

5 結(jié) 語

提出了一種結(jié)合無人機(jī)、大功率激光器、智能監(jiān)控、數(shù)字化平臺等多種手段進(jìn)行輸電線路管理的新模式,該模式可以降低人員勞動強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn),提高管理效率和質(zhì)量。

所提出的新型管理模式采集到的線路運(yùn)行信息較少,更多依靠人工進(jìn)行操作處理。因此,今后還需要補(bǔ)充更多的數(shù)字化設(shè)備來采集輸電線路的運(yùn)行信息,通過加入智能算法來提升數(shù)字化平臺的智能化程度,并且擴(kuò)大各種新設(shè)備在輸電線路缺陷處理工作中的應(yīng)用,進(jìn)一步打造高效化、自動化、智能化的管理模式。