基于物聯網感知的智慧輸電線路運檢技術

凌 健，佘昌佳，潘靈敏，孫小磊，陳 昊

（國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 211102）

0 引言

隨著中國經濟的快速發展，電網體量逐年增大，各電壓等級輸電線路也快速建設發展。輸電線路具有距離長、覆蓋面廣、跨越地形復雜等特點，容易受到自然環境和外力影響形成缺陷，然而其下方通道環境愈來愈復雜，這給線路巡檢帶來了新的挑戰。傳統的輸電線路運檢管理模式主要依靠人工巡檢和表單式管理，已經不能適應電網快速發展的需要［1-2］。

物聯網技術是一種通過各種信息傳感裝置，將實時采集的物體信息與互聯網連接，實現對物品感知、識別和管理，形成“物-物”、“物-人”連接的技術［3-7］。物聯網技術的發展為輸電線路的智能化巡檢提供了一種新思路，2019年國網公司提出“泛在電力物聯網”，對輸電線路的全面感知、信息交互和自主預警提出了新要求［8-14］。將物聯網技術應用于輸電線路，能夠對線路的運行狀態進行實時監測和控制，讓輸電線路“智慧化”。

因此，建成以智慧線路為基礎的智能電網骨干網架，對于提升電網本質安全水平，加快故障快速反應及處置，提高巡檢質量，優化人力資源配置等方面都具有重要的意義。本文首先對已投入應用于某架空線路的智能巡檢設備進行分析，接著結合現場應用實例，說明了各類設備在線監測效果的有效性和優越性。最后本文對各智能設備的數據管理和互通提出了改進建議。

1 智慧線路概況

智慧輸電線路是以堅強輸電線路為基礎，綜合應用監測傳感、信息通信、數據融合、人工智能等技術，實現數據管理全景化、運行狀態透明化、診斷決策智慧化和設備修復高效化，具有本質堅強、實時感知、全息互聯、自主預警、智能處置特征的輸電線路［15-19］。包括可視化、物聯網溫度傳感器、分布式故障診斷、隱患在線監測、駐塔機器人、無人機等幾個方面。

2 現場應用實踐

2.1 可視化系統

傳統的線路巡視工作依靠人工每月定期巡視，此方式受地形地貌、天氣狀況、人員技能等方面的影響，巡視質量有進一步提升的空間。特別是近年來城市化進程的加快，城建施工的力度越來越大，線路下方防外力破壞的任務日趨繁重，以往對于線路下方重大的施工，都是安排人員24 h定點值守，直到施工結束。此方式需要現場有2～3人輪流值守，隱患點多時易造成人力資源使用緊張。使用可視化技術進行隱患點監控，如圖1-圖2所示。對于危及線路正常運行的隱患，系統會自動報警，此方式可以大大節約人力資源使用壓力，降低一線員工工作強度。

圖1 線路通道下方火災隱患Fig.1 Hidden fire hazard under the line passage

2.2 物聯網傳感器

物聯網傳感器的應用，對于架空輸電線路運行而言，具有里程碑意義。傳統意義上的線路接頭溫度測量、桿塔傾斜度測量等，均依賴人工持專業測量儀器在現場展開測量，工作質量及效率受地形地貌、人員技能水平、天氣、距離等因素影響［20-21］。物聯網是基于互聯網等信息載體，讓所有能夠被獨立尋址的對象能夠實現互通互聯的網絡。物聯網傳感裝置的引入，使得實時監控線路狀態成為可能。

2.2.1 線夾溫度傳感器

溫度傳感器安裝于架空輸電線路耐張塔的耐張線夾上，如圖3所示，線路運行特別是大負荷運行［22-23］時，通過溫度傳感器實時感知導線連接部位溫度，及時發現溫度過高的部位，具有測量精度準、反應速度快、全天候等優勢。

圖3 溫度傳感器Fig.3 Temperature sensor

對于裝有溫度傳感器的線路，可同時監控多個耐張壓接管。設置傳感器報警閾值，當出現溫度過高時，系統自動發送報警信息，如圖4所示，從而準確定位故障點，實現精準運維。而依靠人工測溫，工作質量和效率受天氣、地理距離、人員技能水平影響，每個工作日測量10～15基塔左右。測量結束后，需將數據進行分析比對，工作效率較低。

圖4 導線耐張線夾溫度報警Fig.4 Temperature alarm of conductor tension clamp

2.2.2 桿塔溫濕度傳感器

該傳感器安裝于桿塔塔身，用于監測桿塔所處地段溫濕度，比氣象臺天氣預報更具實時性。通過溫濕度傳感器傳回的數據，可實時掌握桿塔周圍溫濕度，對做好輸電線路防污閃等工作具有重要意義。

2.2.3 桿塔傾斜度傳感器

在架空輸電線路架線施工、竣工驗收以及桿塔受外力破壞后傾斜校驗普遍使用經緯儀進行傾斜度測量，只適用于零星的桿塔傾斜度測量。當需要監測全線桿塔傾斜度時，使用經緯儀測量顯然需要大量的人力資源和設備，顯得不太現實。當使用安裝在桿塔上的桿塔傾斜監測裝置時，可實時監控桿塔傾斜度，特別是對于惡劣狀況下的傾斜度監測，如臺風以及桿塔覆冰、桿塔受外力撞擊等情況，做到有的放矢。

2.3 分布式故障診斷及隱患在線監測裝置

早期故障跳閘后，依靠繼電保護裝置的故障測距，人工查找缺陷［24-26］。此種方式不能精確定位故障點，缺陷查找耗時較長。近年來在導線上安裝分布式故障在線監測裝置及隱患在線監測裝置，如圖5所示，在線路發生故障跳閘時，將線路故障行波信號回傳至監控中心，通過部署智能分析算法，實現了對輸電線路故障點的精確定位。

2.4 駐塔機器人

通過安裝在桿塔地線上的駐塔機器人，實現對輸電線路本體全方位、無死角的巡視。機器人通過太陽能電池板和CT取能接口供電（優先采用太陽能電池板），每3 km～4 km設置一個充電站，機器人巡檢一次可巡視30 km～40 km，相當于人工巡視4人3天的工作量。駐塔機器人巡視，不受線路下方地形影響，巡視工作可根據需要隨時開展，具有巡視效率高、巡視實時、巡視質量佳等特點，可及時發現在地面巡視無法發現的巡視死角，確保設備缺陷不遺漏。

2.5 無人機

近年來，隨著無人機技術的快速發展，無人機已經廣泛應用于架空輸電線路日常巡檢工作中［27-33］。對于彌補人工缺陷的不足，降低人員勞動強度起到了積極的作用，但也存在著一些短板。目前無人機巡檢主要依靠飛手攜帶無人機至指定區域人工操作無人機進行巡檢工作，巡檢質量和效率受飛手操作技能、天氣狀況等客觀條件影響。且每條線路在多個巡視周期內都在同一地點要重復進行巡檢工作，巡檢工作量較大。基于物聯網感知的智慧線路通過無人機第一次飛行時采集無人機自動巡檢空間軌跡的數據，實現無人機自主巡檢，降低工作人員勞動強度，有效提高了巡檢質量。

3 實施成效

以江蘇電網某線路智能管控系統為例，歷時兩年，已在特高壓線路全部桿塔、500 kV線路重要桿塔，部署高清攝像頭、各類傳感器，并利用帶電作業機會，完成專項測量和缺陷數據收集（如圖6所示的電場強度測量工作）。現已初步建成了智慧線路。

圖6 帶電消缺工作中的500 kV線路零距離電場強度測量Fig.6 Measurement of zero distance electric field intensity of 500 kV transmission line

目前綜合各類傳感器的應用、監測傳感、可視化等技術，實時感知線路狀態，大大提高了缺陷發現的及時性及故障和缺陷處理的反應時間，并使得各類數據融合、互聯互通，提升了500 kV及以上線路管理科學決策的水平。

4 改進建議

將各個模塊集成到統一平臺上，便于數據分析及各系統之間數據交換。現有的可視化、物聯網傳感器、分布式故障及隱患在線監測、駐塔機器人及無人機系統分別由幾個互相獨立的系統進行數據管理，各系統之間數據暫不能互聯互通。為充分發揮上述系統優勢，應將分屬各個系統中的數據進行有效互通，為線路科學管理和決策提供有效支撐。

5 結語

基于物聯網感知的智慧輸電線路運檢技術將是今后輸電線路運檢領域研究與應用的主流趨勢。本文通過現場實例分析了智慧輸電線路中物聯網傳感器、在線監測裝置、駐塔機器人和無人機等智能巡檢設備。通過該技術可實時在線監測并感知線路各部件狀態，縮短故障處理及反應時間，提高線路檢修質量，降低人員勞動強度，有效提升線路本質安全水平，相信在今后的電力生產中必將有著更廣闊的應用前景。