淺談無人機在10kV配網(wǎng)架空線路的應用前景

國網(wǎng)福建省電力有限公司漳州供電公司 黃心怡

自2011年起國家電網(wǎng)公司已開始研究無人機與人工協(xié)同巡檢的模式，并陸續(xù)在系統(tǒng)內(nèi)各地市進行試點，近年來系統(tǒng)內(nèi)正大力推進開展無人機的推廣使用。發(fā)達國家在無人機巡線技術領域位于領先水平，已開始著手后續(xù)的圖像、數(shù)據(jù)處理方面的研究；相比之下近年來國內(nèi)無人機仍主要位于硬件的開發(fā)層面，但技術發(fā)展趨勢不容小覷，針對無人機在電力行業(yè)應用的研究也在不斷開展。

隨著電力市場不斷改革，面向用戶側(cè)的配電網(wǎng)絡設備結(jié)構愈加復雜；由于網(wǎng)架構建需要、專用工程接入和銷戶、新建工程用電需求等多方面因素的影響，配網(wǎng)設備異動較為頻繁，且由于電壓等級較低，配網(wǎng)線路設備間距較小，增加了配網(wǎng)巡視運維難度。傳統(tǒng)配網(wǎng)作業(yè)模式較為單一，大多依賴人工自主作業(yè)，自動化、智能化程度有待提升。在主網(wǎng)輸電線路巡檢工作中，搭載可見光、紅外傳感器等模塊的無人機巡檢系統(tǒng)已成為日常巡檢的主要手段，而當前無人機在配網(wǎng)架空線路中的應用并不廣泛。隨著無人機新技術的發(fā)展和配網(wǎng)智能化進程的推進，將不斷改良的無人機應用于配網(wǎng)架空線路作業(yè)中能夠有效提升工作效率，彌補當前工作模式中存在的不足。

1 配網(wǎng)架空線路無人機的選型方法

1.1 無人機分類及特點

按照不同平臺構型來分類，常見無人機類型可分為固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機三大平臺。在無人機應用于電網(wǎng)巡線的早期階段，綜合對比無人直升機和固定翼機的功能特點，考慮到無人直升機具備原地垂直起降和定點懸停的功能，在電力線路巡線中更傾向于采用無人直升機開展作業(yè)[1]。隨著多旋翼無人機不斷發(fā)展，逐步成為主流無人機平臺之一。固定翼無人機、無人直升機、多旋翼無人機性能特點分別為：購置成本。較低、較高、較低；飛行動力。油動、油動、電動；續(xù)航時間（h）。3～4、4、0.5；抗風能力（級）。<5、<5、3～4；飛行速度。較快、較慢、較慢；飛行距離。較遠、中等、較近；成像精度。較低、較高、較高。固定翼無人機適用于快速巡檢，對線路走廊、樹障及違章建筑隱患進行大范圍排查；無人直升機具備懸停拍照功能，靈活性高，適合對桿塔、絕緣子、導線、金具等部位開展精細巡檢；多旋翼無人機與無人直升機各方面參數(shù)較為接近，但相比之下無人直升機操作較為復雜、成本較高，機型不如多旋翼無人機小巧便攜。綜合考慮各類型無人機特點及在配網(wǎng)作業(yè)中的應用，多旋翼無人機具有一定的優(yōu)勢。

1.2 配網(wǎng)無人機選型基本要求

配網(wǎng)線路桿塔間跨越長度較短，多架設于人口密集區(qū)或郊區(qū)道路旁，部分配網(wǎng)線路位于山區(qū)或跨江架設；在配網(wǎng)架空線路中還安裝有刀閘、柱上開關、配電變壓器等設備，結(jié)構復雜、類型眾多。因此對應用于配網(wǎng)架空線路的無人機提出幾點基本要求：可靠性高。機身小，墜機風險低；便攜性強。裝拆、攜帶方便，對起降場地要求低，可迅速開展作業(yè)；功能多樣?？纱钶d多種檢測模塊，便于開展故障巡視和發(fā)現(xiàn)不同類型的設備隱患。為滿足巡檢方式多樣性，無人機應能夠搭載高速圖像模塊、紅外、紫外成像傳感模塊、特高頻、超聲波局放傳感模塊等模塊，并滿足相應技術參數(shù)配置要求[2]。各模塊針對配網(wǎng)線路檢測的主要故障類型為：可見光圖像。導線斷股、絕緣子斷裂脫落、引流元件間隙過大、絕緣層破損、異物纏繞、桿號牌缺失等；紅外成像。刀閘、電纜終端、線夾、導線接頭等部位的發(fā)熱故障；紫外成像。設備電暈放電情況；局放測試。配電變壓器、電纜終端內(nèi)部局部放電現(xiàn)象。

2 無人機在配網(wǎng)架空線路中的應用前景

2.1 在線路巡視中的應用前景

受到地形制約、視角限制等因素影響，人工對配網(wǎng)架空線路開展巡視存在工作強度高、效率低下、環(huán)境險惡、覆蓋面不足等缺點，巡視質(zhì)量較差。利用無人機平臺則無需考慮這些因素，可針對不同巡視需求對配網(wǎng)架空線路開展高效、安全的巡視工作。

對于設備運維的定期巡視，無人機可通過云臺操控機身搭載的高清成像設備對桿塔及設備進行高分辨率、全方位多角度拍攝，更加直觀地掌握線路走廊情況。對于故障巡視，無人機可搭載檢測模塊實現(xiàn)對線路故障和缺陷的快速精準查找，并運用無線通信模塊將圖像實時回傳給圖像處理系統(tǒng)，利用圖像識別技術和相應算法對缺陷進行檢測[3]；在基于LTE230電力專網(wǎng)的配網(wǎng)智能檢測系統(tǒng)中，無人機還可作為信息中轉(zhuǎn)站，通過無線通道接收配網(wǎng)智能終端及其他無線傳感發(fā)出的無線信號及數(shù)據(jù)，并將收集到的信息暫時儲存，巡檢結(jié)束后返回基站由技術人員處理收集到的信息[4]。對于災后應急搶險巡視，無人機可對道路阻塞、環(huán)境惡劣區(qū)域的設備進行巡視，運用航拍技術輔助運維人員迅速掌握配網(wǎng)線路及設備受損情況，降低人身傷害風險，提高搶修效率。

2.2 在現(xiàn)場勘察中的應用前景

將無人機與VR 技術結(jié)合能使飛行更加安全高效便捷，在電網(wǎng)應用中發(fā)揮更大優(yōu)勢[5]。VR 技術可為操作人員提供身臨其境的沉浸感，通過VR 眼鏡實時觀看巡檢過程中的影像，有助于提高操作人員對無人機周邊環(huán)境和障礙物的感知能力，能夠進一步改善避障效果，降低操作難度。近年來無人機公司正在不斷研究改進無人機和VR 的結(jié)合技術。在穿越機/競速無人機領域就搭載了FPV（第一人稱視角）設備，使飛手和賽事現(xiàn)場的觀眾能夠通過無人機鏡頭實時觀看飛行過程，體驗坐在駕駛艙內(nèi)的感覺。

配網(wǎng)架空線路開展綜合檢修、業(yè)擴工程、新建工程等工作需提前進行現(xiàn)場勘察，了解設備周邊環(huán)境，審查安全措施是否符合現(xiàn)場實際條件。對于穿梭在農(nóng)村建筑、山區(qū)池塘等復雜地形的配電線路，依靠人工沿線一根根桿塔進行勘察往往將耗費大量時間和精力。搭載VR 設備的小型無人機具備靈活輕便、噪音干擾小、危險系數(shù)低的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精準便捷的飛行，可應用于輔助工作負責人和工作票簽發(fā)人開展現(xiàn)場勘察工作。既能快速收集現(xiàn)場信息，掌握線路交叉跨越、T 接點、臨近帶電部位等情況，又能夠減少無人機飛行噪音、意外墜機風險對周邊居民造成的影響。目前公司系統(tǒng)內(nèi)，變電運維人員已開始學習使用VR 型無人機對GIS 變電站開展設備巡視，此項技術具備可行性。

2.3 在現(xiàn)場管控中的應用前景

無人機自身搭載的高清廣角攝像頭可進行俯仰-90°到30°旋轉(zhuǎn)，具有高空視角優(yōu)勢，在配網(wǎng)開展架空線路作業(yè)中可輔助進行安全管控。對于配網(wǎng)線路帶電作業(yè)現(xiàn)場，如周邊有較多樹木、交叉跨越或鄰近導線等復雜環(huán)境，運用無人機可為工作負責人和專責監(jiān)護人提供更多方位視角，保障作業(yè)安全；后期隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和電力無線專網(wǎng)進一步構建完善，還可實現(xiàn)遠程視頻傳輸對作業(yè)現(xiàn)場進行可靠管控。對于違章施工對電力設備產(chǎn)生威脅甚至造成破壞的事件，可采用無人機進行喊話提醒和調(diào)查取證，便于配電部門進行后續(xù)的維權工作。

近年來在應用于配網(wǎng)架空線路的無人機技術領域涌現(xiàn)出許多新成果，作為搭載平臺其具備的功能正向多元化發(fā)展，從而更好地適應各種配網(wǎng)工作需求。利用無人機可在智能配網(wǎng)架空線路領域輔助開展多項業(yè)務，能夠有效減輕人員負擔，降低作業(yè)風險，提高工作效率和質(zhì)量，有利于提高配網(wǎng)供電可靠性，具有十分可觀的應用前景。