淺談無人機(jī)在10kV配網(wǎng)架空線路的應(yīng)用前景

王孝錦

摘要：10kV配網(wǎng)架空線路是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的主要設(shè)施，隨著社會人群對電能的需求越來越大，該線路數(shù)量大幅增長，整體架構(gòu)也變得更加復(fù)雜，這時線路運(yùn)維、檢修工作的難度大幅增長，以往普遍使用的人工巡檢模式已經(jīng)無法滿足工作要求。為此，10kV配網(wǎng)架空線路管理部門引進(jìn)了無人機(jī)巡檢技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)成功彌補(bǔ)了人工巡檢模式的不足，能夠幫助人工了解10kV配網(wǎng)架空線路情況，做好運(yùn)維、檢修工作。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);10kV配網(wǎng)架空線路;應(yīng)用

為了滿足人們的電力需求，配電線路的數(shù)量不斷增加，分布范圍越來越廣。許多配網(wǎng)線路位于地形復(fù)雜且環(huán)境惡劣的區(qū)域，顯著增加了配電線路出現(xiàn)問題的可能性。為了確保正常供電，必須及時維修或更換出現(xiàn)問題的配電線路，因此確保配網(wǎng)架空線路檢查工作的效率非常重要。無人機(jī)在配網(wǎng)架空線路檢查工作中具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢，檢查人員可以通過無人機(jī)檢查配網(wǎng)架空線路的故障，顯著減少了塔架攀登高空作業(yè)，有效地減少了工作量。

1無人機(jī)檢查的優(yōu)缺點(diǎn)

將無人機(jī)設(shè)備應(yīng)用于電網(wǎng)配網(wǎng)架空線路檢查可以有效改變以往效率低下和人力資源浪費(fèi)的問題。目前，無人機(jī)檢查處于發(fā)展的初級階段，在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在一些弊端。一方面，無人機(jī)設(shè)備的體積小和電容量低，縮短了檢查時間，且難以用于遠(yuǎn)距離配電線路檢查。另一方面，無人機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制范圍小，存在距離限制，且系統(tǒng)相對便宜，因此不能自動識別配電線路的缺陷。但是，與傳統(tǒng)的手動檢查方法相比，使用無人機(jī)檢查配電線路具有一定的優(yōu)勢。首先，無人機(jī)設(shè)備的基礎(chǔ)是自主懸停技術(shù)和自定義導(dǎo)航技術(shù)，可以防止與配電線路碰撞，并提高檢查的安全性。其次，它可以有效地分析惡劣天氣下配網(wǎng)架空線路中出現(xiàn)的問題，并找出發(fā)生問題的地方，以快速解決問題并恢復(fù)電路系統(tǒng)。最后，無人機(jī)設(shè)備分為手動和自動駕駛兩種類型，使用時可以根據(jù)需要選擇合適的類型。在某些應(yīng)用中，兩種操作方法都可以減少人員的使用，這也提高了檢查的速度和電力公司的經(jīng)濟(jì)效益。

2配網(wǎng)架空線路無人機(jī)智能巡檢現(xiàn)狀

無人機(jī)智能巡檢技術(shù)是一種由飛手遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)，通過機(jī)載傳感設(shè)備對架空高壓配網(wǎng)架空線路進(jìn)行巡查和檢修的技術(shù)。根據(jù)無人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的不同，可將無人機(jī)分為無人直升機(jī)、多旋翼無人機(jī)、固定翼無人機(jī)和復(fù)合翼無人機(jī)。其中，無人直升機(jī)體積較大，控制難度和使用成本較高，已很少應(yīng)用于配網(wǎng)架空線路巡檢中;多旋翼無人機(jī)小巧靈活，可垂直起降、精準(zhǔn)懸停，但它可承受的負(fù)載較小，機(jī)動性和飛行高度較低，且續(xù)航時間較短;固定翼無人機(jī)巡航速度較快，且續(xù)航時間長，但需要跑道起降，也無法懸停;結(jié)合了多旋翼和固定翼的復(fù)合翼無人機(jī)兼具多旋翼和固定翼無人機(jī)的優(yōu)勢，但其成本較高，尚未在高壓配網(wǎng)架空線路巡檢中使用。在配網(wǎng)架空線路無人機(jī)巡檢中，無人機(jī)是承載監(jiān)測配網(wǎng)架空線路運(yùn)行狀態(tài)遙感設(shè)備的平臺。常用的遙感檢測手段包括可見光成像、紫外成像、紅外熱成像、激光雷達(dá)電能等。其中，可見光遙感檢測利用相機(jī)等可見光采集設(shè)備，檢查肉見可見的配網(wǎng)架空線路及其附屬電力設(shè)備的特性和性質(zhì)變化，已被廣泛應(yīng)用配網(wǎng)架空線路無人機(jī)巡檢工作中;紫外遙感檢測主要利用紫外遙感設(shè)備，檢測配網(wǎng)架空線路和電力設(shè)備是否發(fā)生電暈放電或局部閃絡(luò)的現(xiàn)象。由于成本較高，紫外遙感檢測尚未在配網(wǎng)架空線路無人機(jī)巡檢中被廣泛使用;紅外遙感檢測主要利用紅外熱像儀等設(shè)備，檢測運(yùn)行中的電力設(shè)備是否出現(xiàn)過熱缺陷的現(xiàn)象;激光雷達(dá)檢測主要用于配網(wǎng)架空線路的地理信息測繪和定位導(dǎo)航中。無人機(jī)在巡檢配網(wǎng)架空線路的過程中，會拍攝大量的配網(wǎng)架空線路和附屬電力設(shè)備的圖片數(shù)據(jù)。由于這些圖片的智能處理還處于研究階段，后期還是需要人工處理。此外，現(xiàn)有配網(wǎng)架空線路巡檢無人機(jī)還不能做到完全自主巡檢，巡檢質(zhì)量嚴(yán)重依賴的無人機(jī)巡檢人員專業(yè)水平。

3無人機(jī)在10kV配網(wǎng)架空線路的應(yīng)用

3.1自主巡檢技術(shù)

自主巡檢技術(shù)是10kV配網(wǎng)架空線路無人機(jī)巡檢技術(shù)研究中的重點(diǎn)課題，該項(xiàng)技術(shù)在理論上能夠讓無人機(jī)自主飛行、運(yùn)作，基本可以擺脫人工。根據(jù)現(xiàn)有研究成果可知，可以使用激光雷達(dá)、實(shí)時動態(tài)高精度定位技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主巡檢，其中激光雷達(dá)技術(shù)能夠自動獲取飛行線路的高精度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由此能對飛行線路進(jìn)行規(guī)劃，而實(shí)時動態(tài)高精度定位技術(shù)能夠?qū)o人機(jī)實(shí)際飛行路線進(jìn)行控制，確保無人機(jī)飛行路線與規(guī)劃路線吻合?，F(xiàn)實(shí)情況中自主巡檢技術(shù)尚處于研究階段，因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)的實(shí)施涉及到無人機(jī)飛行時的航高、坐標(biāo)、慣性等多種不確定的因素，所以該項(xiàng)技術(shù)在目前研究中的成本會比較高。同時，無人機(jī)在對10kV配網(wǎng)架空線路進(jìn)行巡檢時要考慮到桿塔巡檢的精細(xì)程度，而激光雷達(dá)技術(shù)在這方面還不夠成熟，無法投入實(shí)際運(yùn)用，這是該項(xiàng)技術(shù)未來的研究方向。此外，自主巡檢技術(shù)還有很多待研究的點(diǎn)，如無人機(jī)續(xù)航問題、地面工作站巡檢任務(wù)采集功能等，這些問題不但尚未解決，也沒有產(chǎn)生對應(yīng)的技術(shù)，這也是后續(xù)需要研究的重點(diǎn)。

3.2作業(yè)安全管控

無人機(jī)巡檢技術(shù)在任何應(yīng)用領(lǐng)域中都需要得到安全管控，這一點(diǎn)在10kV配網(wǎng)架空線路巡檢中更加重要，稍有不慎是可能損害電路的，甚至?xí)鹨恍?zāi)害。針對安全管控問題，現(xiàn)代無人機(jī)巡檢技術(shù)都是嚴(yán)格依照國家提出的安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施的，此舉確實(shí)大幅提升了技術(shù)實(shí)施的安全性，但也導(dǎo)致無人機(jī)巡檢技術(shù)的功效未能充分發(fā)揮。這一條件下，為了同時兼顧作業(yè)安全管控與無人機(jī)應(yīng)用價值的充分發(fā)揮，國內(nèi)相關(guān)組織通過研發(fā)得出了無人機(jī)可視化綜合管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備無人機(jī)視頻實(shí)時回傳、無人機(jī)實(shí)時管理、遠(yuǎn)程操控等功能，能讓無人機(jī)在巡檢中保持良好的安全性。但該系統(tǒng)提出的時間比較短，只適用于型號特定的無人機(jī)上，且此類無人機(jī)一般不滿足10kV配網(wǎng)架空線路巡檢要求。同時，國內(nèi)電網(wǎng)公司還在2017年研發(fā)提出過無人機(jī)巡檢作業(yè)飛行數(shù)據(jù)記錄器、無人機(jī)巡檢業(yè)務(wù)模塊，借助記錄器與業(yè)務(wù)模塊能實(shí)現(xiàn)無人機(jī)巡檢作業(yè)全過程監(jiān)管、且沒有明顯的缺陷，因此記錄器與業(yè)務(wù)模塊至今仍在沿用，其主要研發(fā)方向是完善兩者功能。

3.3問題識別技術(shù)

在相對較早的無人機(jī)巡檢技術(shù)應(yīng)用中可知，10kV配網(wǎng)架空線路巡檢人員一般是操作無人機(jī)，利用無人機(jī)搭載的攝像設(shè)備對線路局部進(jìn)行拍攝，隨后人工對拍攝圖像進(jìn)行分析，最終得出判斷結(jié)果，確認(rèn)問題位置、類型、規(guī)模等。這種方式確實(shí)行之有效，但依舊依賴人工，在人工不穩(wěn)定性的影響下有可能作出錯誤判斷，同時無人機(jī)拍攝圖像存在清晰度等方面的缺陷，人工不一定能作出判斷。因此，在現(xiàn)代無人機(jī)巡檢技術(shù)研發(fā)中提出了問題識別技術(shù)概念，該項(xiàng)技術(shù)主要就是讓無人機(jī)系統(tǒng)具備自主判斷問題的能力，根據(jù)當(dāng)前研究成果可知，該項(xiàng)技術(shù)已初具雛形，即近些年國家電網(wǎng)公司在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐下，結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、大數(shù)據(jù)和圖像識別技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了問題識別技術(shù)，使得無人機(jī)系統(tǒng)能夠自動分析10kV配網(wǎng)架空線路上的問題，并生成巡檢報(bào)告，免去了人工分析的環(huán)節(jié)。該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)時間很短，目前還存在很多缺陷：問題識別中，有相當(dāng)一部分問題還無法被量化判定，現(xiàn)在使用的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在識別問題時容易受問題類型相似性干擾，最終出現(xiàn)誤判，如絕緣子問題識別中，假設(shè)絕緣子上有明顯污跡，算法就會根據(jù)污跡是否存在、污跡存在位置特征來進(jìn)行判斷，這時絕緣子附近的污跡也可能被列入算法范圍，受非絕緣子上的污跡影響，算法可能會認(rèn)為絕緣子上存在污跡，需要進(jìn)行清理，此類現(xiàn)象還有很多，說明該項(xiàng)技術(shù)有待完善;問題分類。即為了保障問題識別技術(shù)能順利實(shí)施，電科院對10kV配網(wǎng)架空線路的常見問題進(jìn)行了分類，大體包括桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子、大尺寸金具、小尺寸金具、基礎(chǔ)、通道環(huán)境、接地裝置、附屬設(shè)施，這是問題識別技術(shù)的實(shí)施基礎(chǔ)，技術(shù)系統(tǒng)可借助缺陷算法來進(jìn)行分類判斷。但在相關(guān)實(shí)踐測試中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的缺陷算法還不夠完善，尤其在效率與準(zhǔn)確性上不達(dá)標(biāo)，這也說明問題識別技術(shù)還有待研究。

4結(jié)語

總體而言，在配網(wǎng)架空線路檢查工作中，無人飛行器具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢，有效地代替了人力，能進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的檢查工作，顯著降低了檢查人員的工作強(qiáng)度，有效減少了配電線路故障。準(zhǔn)確、快速的調(diào)查減少了人力、物力的投入，有效地保證了配網(wǎng)架空線路檢查工作的安全，極大地促進(jìn)了電力領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。

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