無人機(jī)技術(shù)在新準(zhǔn)鐵路10KV電力線路運(yùn)維中的應(yīng)用與探討

謝寶珍

【摘 ?要】隨著遙感、自動(dòng)控制、信息處理、圖像識(shí)別等新技術(shù)的快速發(fā)展，科技領(lǐng)域中具有代表性的產(chǎn)物之一無人機(jī)技術(shù)，在航拍攝影、交通物流、地質(zhì)勘查、石油化工等行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。新準(zhǔn)鐵路公司在10KV電力線路運(yùn)營維護(hù)當(dāng)中，逐步探索無人機(jī)巡檢技術(shù)的研究和應(yīng)用。在推動(dòng)新準(zhǔn)鐵路10KV電力系統(tǒng)運(yùn)維方式變化的同時(shí)，還可以為新準(zhǔn)鐵路供電系統(tǒng)帶來嶄新的發(fā)展元素。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)技術(shù);供電;運(yùn)用

傳統(tǒng)的鐵路10KV電力線路巡視以人工地面巡視為主，需要的巡視人員多，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、易疲勞，桿頂關(guān)鍵部位難以觀察。新準(zhǔn)鐵路10KV電力線路里程長，桿與桿之間跨距大，沿途的地勢環(huán)境復(fù)雜，人工地面巡視效率低，運(yùn)維人員對(duì)于高效的巡檢手段需求較為迫切。無人機(jī)技術(shù)則適合進(jìn)行大范圍、長距離、多角度的移動(dòng)巡檢。無人機(jī)可以充分利用其搭載的可見光與紅外攝像頭獲取現(xiàn)場圖像和視頻數(shù)據(jù)，并對(duì)獲取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提高診斷標(biāo)準(zhǔn)化、精準(zhǔn)化水平。無人機(jī)結(jié)合紅外和可見光下的巡檢，可以有效地提升預(yù)知性維護(hù)的水平，降低維護(hù)成本，提髙故障消除率，縮短故障停電時(shí)間。

一、無人機(jī)技術(shù)概述

無人機(jī)技術(shù)，即利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱無人機(jī)飛近目標(biāo)，根據(jù)任務(wù)需要，通過無人機(jī)平臺(tái)上攜帶的控制模塊、信息采集系統(tǒng)和任務(wù)設(shè)備，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、航拍、錄像、紅外測溫、測距等操作，然后通過無人機(jī)通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲具M(jìn)行顯示或儲(chǔ)存。當(dāng)前在各個(gè)領(lǐng)域無人機(jī)技術(shù)已得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，如日常生活中的航拍、攝影、勘測、救援、警用、交通、運(yùn)輸送貨等。無人機(jī)技術(shù)在鐵路10KV電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景也十分廣泛，在日常巡視、故障查找、清除導(dǎo)線上纏繞的異物、測量交叉跨越距離等方面都值得探索應(yīng)用。

二、無人機(jī)技術(shù)在新準(zhǔn)鐵路10KV電力線路運(yùn)維中的優(yōu)勢

1、新準(zhǔn)鐵路地處內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部鄂爾多斯市伊金霍洛旗和準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)，線路自包神鐵路巴圖塔站引出，沿公涅爾蓋溝，經(jīng)準(zhǔn)格爾召、束會(huì)川、納林陶亥、四道柳、暖水川、納林川、十里長川、黑岱溝，接入大準(zhǔn)鐵路點(diǎn)岱溝站。新準(zhǔn)鐵路正線長度128KM，所經(jīng)地區(qū)多為丘陵溝壑地勢，新準(zhǔn)鐵路10KV貫通、自閉、電源架空線路里程長達(dá)380公里，絕大多數(shù)桿塔架設(shè)在正線兩側(cè)山地或丘陵的頂部，在少數(shù)特殊地段兩相鄰桿之間的跨距能達(dá)到620米左右。

在無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用之前，新準(zhǔn)鐵路規(guī)定10KV電力線路人工巡視周期為每月覆蓋一次，供電工區(qū)需要分多批次、多區(qū)段安排人員步行巡視，耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間。按照巡視標(biāo)準(zhǔn)，線路巡視工作必須做到每基桿塔都到桿底駐足巡視，在巡視過程中遇有大跨距區(qū)段，直線檔距只有幾百米，卻需要巡視人員翻越山丘或者繞行河道，耗費(fèi)一個(gè)小時(shí)左右才能到達(dá)下一基桿塔所在的位置。多數(shù)桿塔處于無人區(qū)，車輛無法直接到達(dá)，在雨雪或者大霧天氣很容易造成人身安全事故。2018年6月，新準(zhǔn)鐵路公司引入無人機(jī)技術(shù)，每月對(duì)管內(nèi)的10KV貫通、自閉線路、電源線進(jìn)行照片或視頻拍攝，工區(qū)每月只需安排數(shù)名人員在室內(nèi)對(duì)無人機(jī)拍攝的高清照片或視頻進(jìn)行查看、分析，發(fā)現(xiàn)缺陷后進(jìn)行記錄備案，必要時(shí)派人到現(xiàn)場復(fù)核確認(rèn)。10KV電力線路人工巡視周期延長到每季度一次，節(jié)約了大量的人力和物力，提高了巡視效率和質(zhì)量。

2、傳統(tǒng)的人工巡視主要依靠巡視人員目視或者使用望遠(yuǎn)鏡觀察設(shè)備，觀察角度及觀察效果不佳，尤其是對(duì)于桿塔頂部一些隱性、細(xì)微的缺陷難以發(fā)現(xiàn)或容易疏漏。而且不同的巡視人員，其業(yè)務(wù)水平、責(zé)任心等參差不齊，其巡視效果和效率不盡相同。

無人機(jī)巡視較傳統(tǒng)的人工巡視具有很大的優(yōu)勢，其機(jī)動(dòng)性和靈活性好，能夠在不同高度、不同角度懸停在桿塔周圍對(duì)絕緣子、線路金具、導(dǎo)線與金具連接處和附屬設(shè)施進(jìn)行無死角精確拍攝。目前，無人機(jī)從不同角度對(duì)設(shè)備桿拍照至少6張，直線桿拍照至少4張。從無人機(jī)拍攝的照片中可以清楚的看到桿塔本體、絕緣子、金具等附屬設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)人工巡視中很難發(fā)現(xiàn)的隱性缺陷（如斷股、散股、異常放電等微小甚至是不可視隱患）。線路和設(shè)備的隱患大多伴隨著異常發(fā)熱現(xiàn)象，無人機(jī)在搭載可見光高清攝像頭的同時(shí)也可以搭載紅外熱成像儀，依據(jù)放電部位有較強(qiáng)的光輻射原理，檢測絕緣部位的漏電情況，從而發(fā)現(xiàn)開裂的絕緣子、受損的電纜頭等。

3、目前無人機(jī)巡視已發(fā)現(xiàn)樹障缺陷44處，發(fā)現(xiàn)絕緣子破損等隱患65處，發(fā)現(xiàn)線路本體隱患500余處，其中桿塔瓶口及以上位置和人工難以發(fā)現(xiàn)的缺陷占比高達(dá)67.5%。

4、通過查看無人機(jī)拍攝的高清視頻，可以查看電力設(shè)備上一些明顯缺陷，桿塔上是否有鳥窩異物、標(biāo)識(shí)警示牌有無丟失及破損。在無人機(jī)巡視過程中，可按照要求在指定桿塔懸停數(shù)秒，以此進(jìn)行詳細(xì)探查。同時(shí)，可以及時(shí)了解10KV電力線路通道內(nèi)的建筑物、樹木與導(dǎo)線的安全距離是否不足，發(fā)現(xiàn)線下危及桿塔基礎(chǔ)安全的施工作業(yè)、線路附近有無易燃易爆物堆積、地面出現(xiàn)裂縫坍塌、線路附近有危及線路安全的漂浮物等情況。通過對(duì)比查看不同月份的視頻，掌握樹害、地理環(huán)境、交叉跨越、防洪防撞等設(shè)施的變化情況。

5、新準(zhǔn)鐵路公司制定出無人機(jī)巡視電力設(shè)備運(yùn)用評(píng)價(jià)考核辦法，對(duì)視頻和照片的拍攝頻次、分析周期、缺陷處理、存檔管理等各方面作出明確規(guī)定和要求。此辦法的有效執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)管理，使得分析結(jié)果可追溯、責(zé)任人可追責(zé)，提高了照片視頻查看人員的責(zé)任心;通過照片視頻的對(duì)比分析，提高了設(shè)備隱患發(fā)現(xiàn)率，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的隱患及早采取預(yù)防措施，從而減少了故障的發(fā)生;根據(jù)照片視頻查看結(jié)果，有針對(duì)性、目的性提報(bào)檢修計(jì)劃，避免了設(shè)備的盲目修和重復(fù)修。

三、無人機(jī)技術(shù)在新準(zhǔn)鐵路10KV電力線路進(jìn)一步的應(yīng)用探討

1、新建電力線路驗(yàn)收：利用無人機(jī)拍攝的照片、視頻資料，從高空直觀的查看新建電力線路設(shè)備狀態(tài)、各類隱患、缺陷的具體位置，減少人工登桿勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地節(jié)約了人工驗(yàn)收的時(shí)間，提高驗(yàn)收工作效率。既可以快速核實(shí)隱患的處理情況和處理進(jìn)度，又可以留存線路通道環(huán)境的基礎(chǔ)影像資料，為日后開通、運(yùn)營、維護(hù)打下良好基礎(chǔ)。

2、線路災(zāi)情普查：電力線路沿線發(fā)生自然災(zāi)害后，第一時(shí)間利用無人機(jī)進(jìn)行災(zāi)情普查，可與人工巡視互相補(bǔ)充，可以快速響應(yīng)及時(shí)對(duì)受災(zāi)區(qū)域桿塔本體、線路通道等進(jìn)行巡視拍攝，在搶險(xiǎn)救災(zāi)中第一時(shí)間搜集線路狀況，為制定搶修方案提供第一手資料。

3、特殊巡視：近年來極端天氣頻發(fā)，雷雨、大風(fēng)天氣造成線路跳閘次數(shù)增多，利用無人機(jī)在跳閘后第一時(shí)間快速對(duì)故障區(qū)域進(jìn)行檢查巡視，在故障點(diǎn)區(qū)域范圍內(nèi)展開多架次、高密度的檢測巡視。發(fā)現(xiàn)異常情況后根據(jù)其具體位置，地面人員就可以準(zhǔn)確的找到故障點(diǎn)位置進(jìn)行具體桿塔的登桿檢查，確認(rèn)故障類型，制定搶修方案，尤其對(duì)山區(qū)、丘陵等特殊區(qū)段更能凸顯它的快速性和準(zhǔn)確性，可以縮短故障發(fā)現(xiàn)時(shí)間，提高設(shè)備安全管控水平。另外，無人機(jī)通過攜帶夜視儀、紅外熱成像儀，可不受夜間視線和不利地形的影響，對(duì)10KV電力線路開展夜間巡視工作。

4、圖像智能分析：目前無人機(jī)拍攝的照片和視頻只能通過人工查看分析，分析的效率和準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高。隨著圖像識(shí)別技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析、AI技術(shù)和5G等科技的進(jìn)一步發(fā)展和推廣，相信在不久的將來，無人機(jī)拍攝的照片和視頻可以實(shí)時(shí)回傳，系統(tǒng)對(duì)缺陷、隱患進(jìn)行自主識(shí)別并及時(shí)預(yù)警，通過實(shí)時(shí)智能分析并給出初步處理建議。屆時(shí)，無人機(jī)將以其高效和精準(zhǔn)的優(yōu)勢，減少甚至取代傳統(tǒng)的人工巡視，到時(shí)10KV電力線路的運(yùn)營維護(hù)工作將實(shí)現(xiàn)高度的智能化。

四、與統(tǒng)巡檢存在的問題

架空輸電線路巡檢的主要方式為人工沿線路步行或借助交通工具，使用望遠(yuǎn)鏡和紅外熱像儀等對(duì)線路設(shè)備和通道環(huán)境進(jìn)行近距巡視和檢測。隨著線路里程不斷增加，人均運(yùn)維長度逐年增加，現(xiàn)有巡檢方式效率低，特別是在高山、沼澤等復(fù)雜地形以及雨雪冰凍和地震等災(zāi)害條件下人員難以到達(dá)，難以發(fā)現(xiàn)桿塔上部設(shè)備缺陷等缺點(diǎn)顯得更為突出。傳統(tǒng)巡線存在的主要以下問題：

a）巡線距離長、工作量大、步行巡線效率非常緩慢，無法提高巡線效率

b）遇到冰雪水災(zāi)、地震、滑坡等自然災(zāi)害天氣時(shí)，巡線工作將無法開展。

c）山區(qū)巡線具有高風(fēng)險(xiǎn)性，時(shí)刻威脅巡線人員生命安全。在山區(qū)林區(qū)有毒生物越來越多，特別是夏季的“蜱蟲“一旦被咬將危及性命，威脅最大的是那些看不見的陷阱和捕獸夾。

無人機(jī)巡檢的意義

采用無人機(jī)在日常巡檢工作中做好對(duì)輸電線路的巡視和維護(hù)工作，具有非常重要的意義。

第一：有利于電力部門制定有針對(duì)性的維護(hù)措施，加大線路運(yùn)維工作力度，確保重要輸電線路安全運(yùn)行。

第二：有利于加大強(qiáng)降雨后重點(diǎn)區(qū)段的特巡力度，增加大負(fù)荷運(yùn)行下設(shè)備檢測次數(shù)。

第三：有利于定期對(duì)線路通道內(nèi)樹木、違章建筑等情況進(jìn)行重點(diǎn)排查、清理，確保輸電通道安全。

四、結(jié)語

無人機(jī)憑借其優(yōu)越的性能將成為10KV電力線路巡視、檢查、運(yùn)營、維護(hù)更為高效的技術(shù)手段。無人機(jī)技術(shù)可以提高10KV電力線路巡檢作業(yè)的質(zhì)量和科學(xué)管理水平，可以有效降低生產(chǎn)成本，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。隨著鐵路運(yùn)輸企業(yè)對(duì)鐵路供電系統(tǒng)可靠性的要求越來越高，以及無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)的優(yōu)越性將會(huì)越來越突出，在鐵路供電系統(tǒng)中將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。

（作者單位：神華新準(zhǔn)鐵路公司）