無人機技術(shù)在新準鐵路10KV電力線路運維中的應用與探討

謝寶珍

【摘 ?要】隨著遙感、自動控制、信息處理、圖像識別等新技術(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)獲得了廣泛應用。新準鐵路公司在10KV電力線路運營維護當中，逐步探索無人機巡檢技術(shù)的研究和應用。在推動新準鐵路10KV電力系統(tǒng)運維方式變化的同時，還可以為新準鐵路供電系統(tǒng)帶來嶄新的發(fā)展元素。

【關(guān)鍵詞】無人機技術(shù);供電;運用

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，人員勞動強度大、易疲勞，桿頂關(guān)鍵部位難以觀察。新準鐵路10KV電力線路里程長，桿與桿之間跨距大，沿途的地勢環(huán)境復雜，人工地面巡視效率低，運維人員對于高效的巡檢手段需求較為迫切。無人機技術(shù)則適合進行大范圍、長距離、多角度的移動巡檢。無人機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)，并對獲取的圖像數(shù)據(jù)進行分析，提高診斷標準化、精準化水平。無人機結(jié)合紅外和可見光下的巡檢，可以有效地提升預知性維護的水平，降低維護成本，提髙故障消除率，縮短故障停電時間。

一、無人機技術(shù)概述

無人機技術(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飛近目標，根據(jù)任務需要，通過無人機平臺上攜帶的控制模塊、信息采集系統(tǒng)和任務設(shè)備，對目標進行數(shù)據(jù)采集、航拍、錄像、紅外測溫、測距等操作，然后通過無人機通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲具M行顯示或儲存。當前在各個領(lǐng)域無人機技術(shù)已得到相當廣泛的應用，如日常生活中的航拍、攝影、勘測、救援、警用、交通、運輸送貨等。無人機技術(shù)在鐵路10KV電力系統(tǒng)的應用前景也十分廣泛，在日常巡視、故障查找、清除導線上纏繞的異物、測量交叉跨越距離等方面都值得探索應用。

二、無人機技術(shù)在新準鐵路10KV電力線路運維中的優(yōu)勢

1、新準鐵路地處內(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)準格爾召、束會川、納林陶亥、四道柳、暖水川、納林川、十里長川、黑岱溝，接入大準鐵路點岱溝站。新準鐵路正線長度128KM，所經(jīng)地區(qū)多為丘陵溝壑地勢，新準鐵路10KV貫通、自閉、電源架空線路里程長達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到620米左右。

在無人機技術(shù)應用之前，新準鐵路規(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，耗費大量的人力、物力和時間。按照巡視標準，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，耗費一個小時左右才能到達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，在雨雪或者大霧天氣很容易造成人身安全事故。2018年6月，新準鐵路公司引入無人機技術(shù)，每月對管內(nèi)的10KV貫通、自閉線路、電源線進行照片或視頻拍攝，工區(qū)每月只需安排數(shù)名人員在室內(nèi)對無人機拍攝的高清照片或視頻進行查看、分析，發(fā)現(xiàn)缺陷后進行記錄備案，必要時派人到現(xiàn)場復核確認。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鏡觀察設(shè)備，觀察角度及觀察效果不佳，尤其是對于桿塔頂部一些隱性、細微的缺陷難以發(fā)現(xiàn)或容易疏漏。而且不同的巡視人員，其業(yè)務水平、責任心等參差不齊，其巡視效果和效率不盡相同。

無人機巡視較傳統(tǒng)的人工巡視具有很大的優(yōu)勢，其機動性和靈活性好，能夠在不同高度、不同角度懸停在桿塔周圍對絕緣子、線路金具、導線與金具連接處和附屬設(shè)施進行無死角精確拍攝。目前，無人機從不同角度對設(shè)備桿拍照至少6張，直線桿拍照至少4張。從無人機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)備的運行狀態(tài)，能夠及時發(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，無人機在搭載可見光高清攝像頭的同時也可以搭載紅外熱成像儀，依據(jù)放電部位有較強的光輻射原理，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67.5%。

4、通過查看無人機拍攝的高清視頻，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、標識警示牌有無丟失及破損。在無人機巡視過程中，可按照要求在指定桿塔懸停數(shù)秒，以此進行詳細探查。同時，可以及時了解10KV電力線路通道內(nèi)的建筑物、樹木與導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、新準鐵路公司制定出無人機巡視電力設(shè)備運用評價考核辦法，對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，實現(xiàn)了閉環(huán)管理，使得分析結(jié)果可追溯、責任人可追責，提高了照片視頻查看人員的責任心;通過照片視頻的對比分析，提高了設(shè)備隱患發(fā)現(xiàn)率，針對發(fā)現(xiàn)的隱患及早采取預防措施，從而減少了故障的發(fā)生;根據(jù)照片視頻查看結(jié)果，有針對性、目的性提報檢修計劃，避免了設(shè)備的盲目修和重復修。

三、無人機技術(shù)在新準鐵路10KV電力線路進一步的應用探討

1、新建電力線路驗收：利用無人機拍攝的照片、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，減少人工登桿勞動強度，極大地節(jié)約了人工驗收的時間，提高驗收工作效率。既可以快速核實隱患的處理情況和處理進度，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、運營、維護打下良好基礎(chǔ)。

2、線路災情普查：電力線路沿線發(fā)生自然災害后，第一時間利用無人機進行災情普查，可與人工巡視互相補充，可以快速響應及時對受災區(qū)域桿塔本體、線路通道等進行巡視拍攝，在搶險救災中第一時間搜集線路狀況，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、大風天氣造成線路跳閘次數(shù)增多，利用無人機在跳閘后第一時間快速對故障區(qū)域進行檢查巡視，在故障點區(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，地面人員就可以準確的找到故障點位置進行具體桿塔的登桿檢查，確認故障類型，制定搶修方案，尤其對山區(qū)、丘陵等特殊區(qū)段更能凸顯它的快速性和準確性，可以縮短故障發(fā)現(xiàn)時間，提高設(shè)備安全管控水平。另外，無人機通過攜帶夜視儀、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，分析的效率和準確性有待進一步提高。隨著圖像識別技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析、AI技術(shù)和5G等科技的進一步發(fā)展和推廣，相信在不久的將來，無人機拍攝的照片和視頻可以實時回傳，系統(tǒng)對缺陷、隱患進行自主識別并及時預警，通過實時智能分析并給出初步處理建議。屆時，無人機將以其高效和精準的優(yōu)勢，減少甚至取代傳統(tǒng)的人工巡視，到時10KV電力線路的運營維護工作將實現(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，使用望遠鏡和紅外熱像儀等對線路設(shè)備和通道環(huán)境進行近距巡視和檢測。隨著線路里程不斷增加，人均運維長度逐年增加，現(xiàn)有巡檢方式效率低，特別是在高山、沼澤等復雜地形以及雨雪冰凍和地震等災害條件下人員難以到達，難以發(fā)現(xiàn)桿塔上部設(shè)備缺陷等缺點顯得更為突出。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、地震、滑坡等自然災害天氣時，巡線工作將無法開展。

c）山區(qū)巡線具有高風險性，時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。

無人機巡檢的意義

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

第一：有利于電力部門制定有針對性的維護措施，加大線路運維工作力度，確保重要輸電線路安全運行。

第二：有利于加大強降雨后重點區(qū)段的特巡力度，增加大負荷運行下設(shè)備檢測次數(shù)。

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

四、結(jié)語

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

（作者單位：神華新準鐵路公司）