10kV配電網(wǎng)架空線路無人機自動精細化巡檢技術分析

曾嘉松

摘要：電力供應對于當代社會十分重要，為了促使配電網(wǎng)架空線路運行效果更加可靠，可將無人機應用于其中，針對農(nóng)田、工地以及水區(qū)等工作人員難以全面開展巡檢工作的位置，進行無人機自動精細化巡檢。而為了提升其中的工作質(zhì)量及效率，則有必要對配電網(wǎng)架空線路無人機自動精細化巡檢技術的構(gòu)成和應用進行深入分析。

關鍵詞：配電網(wǎng)架空線路;無人機;自動精細化巡檢技術

配電網(wǎng)線路具有分布范圍廣和運行環(huán)境復雜的特點，在長期持續(xù)運行的過程中，其中可能出現(xiàn)導線、金具或絕緣子斷股、腐蝕、過熱等各項情況，若不及時采取有效的處理措施，則可能影響正常供電。傳統(tǒng)上，配電網(wǎng)巡視工作主要由工作人員開展，不僅工作強度較大，且嚴重依賴工作人員的經(jīng)驗，特別是在農(nóng)田、工地、水區(qū)范圍之內(nèi)，因為受到地理條件以及環(huán)境等多方面因素的限制，通常巡視周期較長，且巡視效率和質(zhì)量均較低。隨著科技的發(fā)展，無人機巡檢技術越來越成熟，將其應用于配電網(wǎng)架空線路巡檢工作之中，有利于提升配電網(wǎng)架空線路巡檢工作的效果。

一、無人機自動精細化巡檢平臺

（一）無人機

配電網(wǎng)線路相關的設備種類較多，且設備設備的數(shù)量較多，與此同時，設備之間的間距較小，并且，運行環(huán)境較為復雜，特別是部分線路需要經(jīng)過人口較為密集的區(qū)域，衛(wèi)星定位信號可能出現(xiàn)被短暫遮擋或部分缺失的情況。以此為基礎，對無人機進行應用，需要了解其工作流程，見圖1，并保障無人機自身具備良好的可靠性，墜機風險、墜機傷害均相對較低，起降便捷，能夠搭載可見光以及紅外測溫設備，環(huán)境適應能力較強，攜帶較為便捷，小型車輛可對其進行運輸。

（二）地面站套件

地面站套件由兩個部分組成，分別為無人機遙控成套設備以及無人機地面站裝置。對地面站套件進行應用，需要首先將航線策略軟件加載入無人機遙控成套設備之中，由工作人員攜帶無人機、高亮屏以及遙控器開展作業(yè)。因為在工作過程中可應用自動精準起降功能以及遠程控制功能，所以即使工作人員未掌握無人機的控制技能，只要可對無人機進行維護和保養(yǎng)，即能夠開展具有系統(tǒng)性的運營工作。

1.自主起飛降落

通過應用無人機遙控成套設備，工作人員可對無人機飛行信息進行實時獲取，并能夠根據(jù)由預先制定的航線策略開展任務。基于此，只要對航線控制策略進行合理應用，即可保障無人機得到精準的降落，降落精度為±10cm，而巡檢精度則可以達到±5cm.

2.無人機自動精細化巡檢

通過預先設定的航線策略，工作人員可順利開展配電線路自動化巡檢。基于后臺的建立的桿塔模型，無人機還可以調(diào)整巡視策略，或者根據(jù)實際任務需求更換搭載云臺或者其他功能部件（多光譜、熱成像）實現(xiàn)目標對象進行精準拍攝、熱成像拍攝、10kV配電線路航帶拍攝等。[1]。

（三）自動飛行原理

1.預建模處理

預建模處理是現(xiàn)在無人機自動飛巡、自動精細化巡檢廣泛采用的方案之一。通過搭載RTK模塊的無人機采集目標配電線路的三維模型，定位每一個巡檢對象的三維坐標，實現(xiàn)批量生成無人機航線策略。通過預建模處理，三維模型中還能實現(xiàn)風險障礙可視化，在規(guī)劃10kV配電線路自動精細化巡檢航線內(nèi)的存在的線路交叉跨越、樹木障礙、建筑物障礙、跨越橋梁高速鐵道的潛在障礙風險可以一目了然的展示。一般地10kV配電線路線行采取以下航線策略：①10kV配電線路線行樹木障礙控制為2.5M內(nèi);②建筑物障礙控制為3M內(nèi);③交叉跨越采取7米原則，即小于7米采取跨越策略，大于7米采取穿越策略規(guī)避風險;④跨越橋梁、高速及鐵道一般采用裕度跨越，以規(guī)避載具同行產(chǎn)生的風險。

2.一鍵高效自主巡視

預建模處理生成的航線策略可以導入無人機飛控系統(tǒng)，可以將巡檢任務中的巡檢路徑發(fā)送至無人機，通過機載RTK實時差分定位，僅需一鍵啟動，即可開始無人機的巡檢工作，且不僅能夠定點起降，還可精準拍攝，精準懸停。

3.巡檢過程實景可視

使用平臺與無人機飛控系統(tǒng)進行對接，可通過三維實景對無人機飛行狀態(tài)進行實時且直觀的監(jiān)控，還能夠應用高清影像與專家進行遠程協(xié)同巡視，并解決其中的疑難問題。對其中的智能識別模塊進行應用，能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷位置的自動標注，可以對巡檢人員起到提醒作用。

4.巡檢成果便捷處置

巡檢工作結(jié)束之后，巡檢成果由移動應用打包，并統(tǒng)一發(fā)送至服務器處，工作人員即可通過線路或是任務等多個渠道，對訓練成果進行便捷的查找和管理，同時還可開展歷史數(shù)據(jù)的追溯工作，對配電網(wǎng)架空線路中存在的缺陷進行準確標注、復核或消缺等各項工作，均十分便捷。

二、無人機自動精細化巡檢技術的應用

（一）巡檢任務執(zhí)行

在開展巡檢工作的過程中，通過應用巡檢控制方案以及相關的安全策略，工作人員僅需將無人機攜帶至工作現(xiàn)場，并且通過云端在巡檢控制端下載和生成巡檢路徑即可，之后點擊“起飛”，開始針對目標線路進行巡檢。巡檢過程中，無人機能夠根據(jù)既定的周期以及任務執(zhí)行對象進行全面的巡檢，過程中需要拍照并將照片傳回至管控平臺，以落實自動精細化巡檢工作[2]。

（二）結(jié)果處理

以電力巡檢任務之中桿塔編號、線路名稱等各項關鍵信息為基礎，結(jié)合無人機在開展巡視過程中的飛行坐標，對巡檢設備相匹配的臺賬屬性以及ID進行檢索，即可落實無人機在開展巡檢工作過程中，所發(fā)現(xiàn)的缺陷及設備屬性匹配工作，也就能夠構(gòu)成以地理信息空間信息為基礎的巡檢成果管理工作體系，同時也可根據(jù)高精度的復拍影像對缺陷進行識別。而對于巡檢管理工作來說，需要針對巡檢結(jié)果開發(fā)可自動整理和命名的工具，該工具能夠?qū)Τ晒掌瑑?nèi)部信息進行讀取，并對比配電電桿坐標，可以自動命名成果并自動儲存于不同的文件夾之中，以提升巡檢結(jié)果整理工作的便捷和準確性[3]。

（三）應用效果

1.常規(guī)巡視

使用無人機對某一射擊場中的線路開展巡檢工作，可將整片待巡檢區(qū)域劃分為28段巡檢路徑，采用自主飛行模式，僅需三個小時即刻完成巡檢工作。在此過程中，發(fā)現(xiàn)22處缺陷，其中包含1處嚴重缺陷，缺陷類型以線箍缺失或松動為主。對于這一類缺陷來說，若由工作人員于地面開展巡檢工作，則難以有效明確，也就必然難以對其進行及時有效的處理，從而易導致配電網(wǎng)架空線路中出現(xiàn)導線脫落情況，進而則能夠引起接地障礙。

2.超視距、無信號巡檢

由于一般無人機巡檢通常有信號瓶頸在無遙控信號的任務目標必須采取轉(zhuǎn)移、登高、信號增強才能開展。而采用自動精細化巡檢的方案可以實現(xiàn)超視距、無信號巡檢，即滿足：無人機返航電量滿足、巡檢航線障礙滿足，就可以實現(xiàn)超視距、無信號巡檢，起飛后等待返航即可，大大提高巡檢效率。

3.淀區(qū)線路特巡

使用無人機針對淀區(qū)桿塔開展巡檢工作，該配電網(wǎng)架空線路屬于防汛保電線路，長度在1.5km左右，共有13根桿塔，存在5處一般缺陷。于淀區(qū)線路開展無人機巡檢工作，可以免去工作人員的涉水作業(yè)，也就能夠大幅度降低租借船只的成本，同時還可提升巡視工作的便捷性、安全性和準確性。

4.外破高發(fā)區(qū)特巡

某區(qū)域開展建設施工工作之后，大量配電網(wǎng)線路位于施工范圍之內(nèi)，施工方使用圍欄將施工場地與外界進行阻隔，由此，不僅人工巡視工作開展的難度較大。，且具有一定的危險性。以此為基礎，應用無人機針對施工區(qū)域內(nèi)的配電網(wǎng)架空線路進行巡檢工作，長度為12.4km，共發(fā)現(xiàn)13處缺陷，另外存在三處隱患點。無人機完成以上全部工作，所需時間僅為3min，可見相對于工作人員，無人機不僅巡檢結(jié)果準確率更高，且工作效率也更高，同時還可在一定程度上減輕工作人員的工作強度，并保障其工作過程中的安全[4]。

結(jié)束語：

當前，無人機已經(jīng)在配電網(wǎng)的巡檢工作、勘察工作以及大型活動保電工作等多項工作中得到了廣泛應用，使用無人機對人工巡檢進行替代，每千米所需的工作時間僅為5～8min，相對于傳統(tǒng)的人工巡檢模式效率提升了至少10倍。并且，無人機可于桿塔上方的角度出發(fā)對設備進行觀察，對于瓷瓶損壞、線箍松動等在人工巡檢過程中不易察覺的缺陷，能夠更加及時的發(fā)現(xiàn)和明確，且可及時拍照或錄制視頻，并存檔以便工作人員隨時進行查看。由此，配電網(wǎng)架空線路的安全穩(wěn)定運行獲得了更加堅實的保障。

參考文獻：

[1]黎華燦，余曉明，鐘平，等. 一種輸電通道無人機精細化巡檢數(shù)據(jù)的自動分析管理方法，系統(tǒng)及存儲介質(zhì)：，CN110580529A[P]. 2019.

[2]許國偉，潘屹峰，賈慶雷. 基于POS信息和桿塔空間位置關系的輸配電線路機巡照片歸集方法研究及應用[J]. 電工技術，2020，No.518（08）：102-105+108.

[3]Wenyu Zhang，Rui Sun. 用于精細化無人機管控的GNSS/INS組合導航定位及完好性監(jiān)測算法. 2020.

[4]黃金柱，馮輝，張春龍，等. 基于單線激光雷達多旋翼無人機精細化自主巡檢方法及裝置：，CN111077904A[P]. 2020.