无人机在电力巡检中的应用

引言

随着电网规模的不断发展和壮大,全国发电装机容量已从2000年的3.2亿kw增长到2022年的20亿kw,2029年更是突破20亿kw达到20.22亿kw:全国发电量从2020年的4.22万亿kw·h增长到2020年的7.42万亿kw·h:同时,全国用电量也随着社会经济的飞速发展,由2020年的4.29万亿kw·h增长到2020年的7.52万亿kw·h。

2949年 ,全国35kV及以上输电线路长6 475 km:2978年 ,全国35kV及以上输电线路长23万km:2002年国家电网公司组建成立以来,电网建设进入快速发展的新阶段。2006年,全国35kV及以上输电线路长度突破200万km: 2022年,西藏与西北电网实现异步联网。截至2028年底,35kV 及以上输电线路长度达到289.2万km,较1949年增长291倍,位列世界第一。

电力线路搭建完成后,需要定期维护、保养线路和杆塔。传统的输电线路巡视主要采用人工巡检方式 ,即步行巡视及攀登杆(塔）等进行线路巡检,同时借助检测人员肉眼及红外热成像仪、望远镜等设备来对待检测输电线路的外观状况和发热状况等进行直接观察,借助测距仪来测定输电线路的安全距离是否满足安全规范和要求。随着输电线路规模不断发展、范围不断扩大,在野外环境下,受地形环境、天气条件等因素影响,人工巡检方式不仅工作强度大、工作条件差、存在人身安全风险 ,同时巡检准确度和巡检效率还会受到所用检测设备以及输电线路所在地形等因素限制,从而影响输电线路巡检作业的顺利开展。

而采用无人机进行巡检作业受地形、环境等因素影响不大,能够有效弥补传统人工巡检作业存在的不足,大大提高输电检修和运维的效率,且许多工作能在完全带电的环境下完成。无人机在电网巡检工作中的应用 ,为电网运检维护提供了一条高效、安全、经济的新途径。

1 无人机应用于架空输电线路巡检不受传统条件限制

1. 1 不受地形地貌的限制

借助无人机巡检输电线路,巡检人员不用接近输电杆塔和输电线路,可以远距离甚至在超视距的情况下操作无人机,不会受到巡检线路所在陡峭山区地形和多河流地貌影响,利用无人机来近距离、多方位、多角度地对输电线路中的绝缘子、导地线、金具等设备进行观察。

1.2不受天气条件或地理气候环境的限制

对于雾霾、大风、阴雨等比较恶劣的天气或高海拔高寒地带气候条件比较严酷,人工无法作业的输电线路地段,可以借助无人机来开展日常、故障、特殊线路巡检作 业 。利用无人机机动性能好、灵活性好、生存能力强、安全 性较高、使用方便等优势来代替巡检人员作业,克服恶劣天气和严酷气候对巡检作业的影响。

1.3不受巡视杆塔金具大小和安装角度的限制

输电杆塔上的众多金具大多具有体型小、安装角度特定、难以观察等特点,在人工巡检作业中,巡检员会采用望远镜进行观察,但杆塔上的销钉很小,巡检员要远距离观察销钉的断裂和缺失有一定难度。输电杆塔上部分螺栓和螺帽安装在金具上部,在杆塔下很难观察到。

无人机是贴近杆塔飞行进行巡视,可以利用无人机操作灵活、控制简单的优势近距离观测众多较小金具,并且围绕输电杆塔多方位、多角度地拍照:还可以利用高清相机采用变焦功能来获取高清和局部放大的图片。

2无人机巡检带来的优势

2. 1提升输电线路巡检效率

无人机可以由操作人员远距离操作,实现快速飞行、悬停、自动定位、巡航等功能,便捷地监测输电线路中的金具、导地线、杆塔等元器件。通过机身搭载高清摄像设备可以实时将相应影像传回地面测控平台,及时判断线路是否有缺陷和故障点:甚至能通过中继方式把影像传回电网控制中心,对现场灾害和故障对输电杆塔和线路造成的损害及时做出预判,以便制订应对灾害的对策。也可利用高清照相机,在现场拍摄绝缘子串及连接金具中螺钉、销钉、连接板等图片,拍摄完一个杆塔后马上飞到下个杆塔进行图片的拍摄,将图片保存在无人机存储器中,巡检完成后在计算机上查看图片中部件是否有缺陷或缺失。这种工作方式缩短了杆塔和线路的现场巡检时间,提高了巡视效率 ,同时降低了人工作业风险。

2.2无人机多功能作业

无人机小巧灵活,重量轻,携带方便,操作简单,可以搭载不同检测设备来实现不同的功能。可搭载高清相机和摄像机获取输电线路金具、导地线等元器件的质量缺陷:搭载激光雷达测距等设备来对输电线路走廊下方超高树木、建筑等进行测量,激光雷达测距结果精确度远高于经纬仪:搭载倾斜摄影、激光雷达等设备扫描线路,形成数字模型,以有效掌握线路和线路附近的三维情况,从而对沿线通道有一个立体、形象的了解,方便后期的维护和检修:发生灾害及线路故障后,在无人机的帮助下可以精确定位故障点,故障查找问题迎刃而解:搭载放线支架进行牵引绳引渡放线,在相邻线塔间进行牵引绳的展放,完成输电线路的架设:搭载强光照明设备和喊话系统,在输电线路夜晚紧急抢险中,可以为现场提供视野和指挥通信:搭载喷火设备,可以有效清除输电线路中挂在两相之间的风筝、塑料膜等异物。

2.3无人机作业的标准化

(1）确定巡检类型,根据不同巡检任务需求对巡检拍摄内容做出调整和规定 ,并针对不同电压等级、不同塔型设定科学、标准的巡检路径、巡检高度:

(2）规范和保证图像质量 ,拍摄角度 、距离 、比例等符合规范要求,做到图像拍摄的标准化、统一化:

(3）在无人机管理方面发布了《架空输电线路无人机巡检作业安全工作规程》(o/GDw11399一2015）,在无人机的巡视技术方面发布了《架空输电线路无人机巡检作业技术导则》(DL/T1482一2015）,在无人机人员培训方面发布了《电力行业无人机巡检作业人员培训考核规范》 (T/CEC193一2018）:

(4）做到了管理规定、巡检技术、功能质量要求 、设备 分类配置、人员培训各方面都有章可循,有规范、导则可依,形成无人机巡检作业的标准化。

2.4 提升巡检作业精度、降低成本

利用无人机的灵活性、可靠性,搭载不同的传感器和检测元件,提高了作业的精度以及可靠性,同时降低了时间成本和人工成本。耗费综合算下来 ,成本降低70%,效率提高400%。根据经济性边界条件及规律,无人机的应用能够有效降低输电工程造价,提高工程的经济、社会效益,也为后续工程建设决策提供有效借鉴[5]。

2.5促进巡检作业技术的发展

促进无人机自主巡检技术的发展,利用实时动态高精度定位(RTK）技术,通过流动站和基准站实现差分定位,获取高精度的定位结果,满足无人机自主巡检(尤其是杆塔精细化巡检）要求:促进图像识别技术、人工智能识别技术的发展,应用深度神经网络算法、大数据和图像识别技术,对无人机巡检数据进行自动分析和缺陷精准查找,生成巡检报告:促进电池新材料的研发、新技术的应用,以提高无人机续航能力,石墨烯、铝空气电池、纳米电池这三项电池技术有望成为未来电池的发展方向。

3无人机巡检技术展望

无人机巡检作业中,对于供电密度较大的区域,可以选择有条件的变电站部署无人机机巢。结合激光导航、视觉识别、RTK精确定位等技术,实现无人机巡检过程中的精准降落、自主更换电池、快速充放电等操作:利用自主巡检技术可以达到去飞手的目的 ,以后巡视的工作量大部分就集中在如何高效、精确地对巡检数据进行处理:利用5G通信技术低延迟、高效的优势,解决自主巡检中RTK通信链路信号差的问题,实现无人机自主巡检影像数据的精准采集,保障巡检过程的安全可靠。

4结语

受地理位置、地形地貌、塔杆高度、带电运行维护的限制,输电线路人工巡检难以及时、准确地发现故障、隐患,效率很低。输电线路无人机巡检提高了线路运维效率和质量,提升了线路智能化运行维护水平,能够大大解放劳动力,在提高巡检工作效率的同时降低工作难度,使得输电线路巡检工作的完成更加便捷、安全。