數字化時代輸電線路管理工作的轉型與發展

賴勇耀,楊榮浩,劉 暉

(1.國網贛州供電公司,江西 贛州 341000; 2.國網贛州市大余縣供電分公司,江西 大余 341500)

0 引 言

隨著輸電線路總長度不斷增加,傳統的輸電線路管理模式已經不能滿足和保障電網安全運行的要求。因此,輸電線路管理工作的轉型升級迫在眉睫。傳統的輸電線路管理工作需要大量的人力、物力,才能完成設備缺陷(樹障、異物、設備異常等)發現、外破管控、缺陷處理等工作,但是這種低效率的模式越來越難以為繼。該文結合當下熱門的智能設備和巡檢技術,提出一種新型輸電線路管理模式。在該管理模式下,通過智能設備采集輸電線路的運行信息,將信息傳送到數字化平臺進行分析以發現設備缺陷,再由管理人員根據危急程度對缺陷進行分類處理,并將處理結果反饋給數字化平臺,由此來提高輸電線路管理工作的效率和可靠性。

1 無人機巡檢

由于自然條件等因素限制,部分地區的輸電線路無法進行人工巡檢,或者人工巡檢效率低,無法滿足當前輸電線路運維管理的需求。因此,需要借助無人機來提高輸電線路巡檢的覆蓋率和巡檢效率,從而實現對輸電線路運行情況的全面管控[1]。

國外從20世紀50年代初期開始探索利用有人直升機開展線路巡檢工作,至1990年代后期,歐美等發達國家和地區已較為廣泛地開展了有人直升機巡視、檢修及帶電作業等[2]。國家電網公司和南方電網公司在2013年開始推廣機巡作業,兩年間開展直升機巡線9.2×104km,桿塔18.5萬基,累積作業5 681 h,此后無人機巡檢在全國逐步發展。無人機巡檢不僅具備有人直升機巡檢的優點,還可以實現自動化作業。近年來,隨著大疆等科技公司的研發推廣,無人機逐步在中國電力行業得到廣泛應用。目前在電力行業廣泛應用的電力無人機中,最長飛行時間可達2.5 h,最長續航里程可達60 km,可以滿足輸電線路多種巡檢作業要求。無人機及其相關技術的發展為電網巡檢方式提供了全新的選擇。無人機巡檢具有自動化程度高、巡檢效率高、巡檢成本低等特點,具有明顯的技術、經濟優勢,是近年電力巡檢模式的重大進步[3-5]。

1.1 樹障分析

現階段無人機已能承擔輸電線路巡檢中的多項重要工作,其拍攝的照片可以輔助實現樹障點的分析工作。無人機采集的可見光照片,通過特定的處理可以合成3D點云模型,從而分析出影響輸電線路運行的樹障點[6],如圖1所示。此前樹障點的查找工作只能由運維人員到達相應桿段,通過肉眼或者簡單的工具進行估算判斷,不僅誤差較大,而且效率低下。現在通過無人機采集線路的照片,再經過相關軟件處理,就可以實現樹障距離的準確分析,大大提高了線路運維管理工作的效率和可靠性。

圖1 照片合成點云模型分析樹障點

1.2 紅外測溫

無人機搭載的紅外鏡頭,可以拍攝紅外照片,對線路設備進行溫度檢測和分析,如圖2所示。目前最先進的紅外鏡頭溫度靈敏度可達0.05 ℃,能夠精確找出運行設備中的溫度異常點[7]。傳統的人工手持紅外測溫儀器采集溫度數據時,因紅外鏡頭距離被檢測設備較遠,采集的溫度數據誤差很大;而無人機搭載紅外鏡頭可以實現近距離、精確部位的測溫,能更加準確地分析設備溫度,及時發現缺陷并進行處理。

圖2 無人機拍攝的紅外照片檢測設備溫度

1.3 精細化巡檢

無人機還可以搭載高像素的變焦鏡頭,其拍攝的照片可以清晰準確地發現銷釘級缺陷,如圖3所示。因此,無人機可以用來完成高空驗收或精細化巡檢工作。與以往人工登塔檢查作業相比,使用無人機進行巡檢作業顯著降低了作業人員的安全風險,且提高了工作效率。

圖3 無人機拍攝的照片發現銷釘級缺陷

與此同時,當下各種智能算法的研究,使無人機巡檢應用更加廣泛。例如,文獻[8-10]提出了幾種基于無人機巡檢圖像的輸電線路設備本體隱患智能檢測算法,使輸電線路桿塔關鍵部件隱患檢測識別的準確率得到提升。另外,無人機搭載激光雷達進行輸電桿塔3D建模技術也正在快速發展[11]。無人機在輸電線路巡檢工作中的應用還在不斷擴大,是數字化時代輸電線路管理工作中的一大利器。

2 智能監控

輸電線路點多面廣、情況復雜,線路通道下異物懸掛、施工破壞、山火、覆冰、地質滑坡等異常情況時有發生,嚴重影響電網安全運行,甚至危及人身安全。在傳統運維模式下,需要運維人員前往現場對異常情況進行一對一管控,不僅效率低,而且容易發生錯判、漏判,造成電網失穩。在數字化時代下,可以利用無人機拍攝輸電線路通道照片,排查出通道內的危險點。在風險較大的桿段裝設智能監控設備,通過智能監控系統的分析判斷,及時對影響線路運行的情況進行管控,減少線路跳閘等情況的發生。

智能監控是由圖像識別技術、視頻監控技術以及無線網絡技術相結合組成的新型監控技術,可以為電網的安全運行保駕護航。傳統的監控系統通常只有視頻錄制和拍照功能,大部分判別任務還是由人工操作來完成,不但費時、費力,而且漏報、錯報的現象經常發生,給監控人員帶來極大的不便[12]。智能監控技術可以彌補傳統監控技術的不足,其通過無線局域網進行組網,將各個監控點的圖像實時傳回控制中心,再經過控制中心的圖像識別系統,對監拍畫面進行智能識別分析[13-15],及時將輸電線路通道內的異物、施工、山火、覆冰等異常情況進行報警,從而使運維人員快速做出反應,及時消除影響電網安全運行的隱患。智能監控技術配合夜視攝像頭,還可以實現24小時不間斷監控[16],為電網的安全運行提供全時段的保護。當輸電線路發生外力破壞時,智能監控系統可以保存監控點的視頻資料,方便完成事故分析及設備損壞索賠等工作。通過監控設備采集的信息,配合圖像識別系統,實現了輸電線路通道危險點的自動判斷,彌補了人工管控效率低下及漏判錯判的缺點,有效解決了輸電線路通道危險點管控難的痛點。智能監控系統畫面如圖4所示。

圖4 智能監控系統畫面

3 激光除異物

輸電線路運行環境復雜,容易受到鳥窩、塑料薄膜、風箏等異物的侵擾,異物一般會纏繞在導線或地線上,極易造成線路跳閘,影響電網安全運行。在傳統管理模式中,處理異物需要申請停電,然后由運維人員登塔高空作業處理,不僅過程比較繁瑣,而且作業人員安全風險較高。近年來,高功率激光器技術發展迅速,實驗室中的半導體激光器輸出功率達到上千瓦,光電轉換效率達到60%～70%,光纖激光器功率最大也達到千瓦級[17],為高功率激光器在輸電線路上的應用提供了可能。

在新型管理模式下,使用激光清除異物成為一種新的處理方案。激光清除異物的基本原理為發射激光遠程作用于纏掛或黏附部位,利用激光的熱效應使異物熔化并將其擊落[18]。激光除異物具有無接觸、速度快、準確度高等優點,在不停電的情況下也能從地面準確高效地清除輸電線路上的障礙物。此方法能明顯降低人力、物力成本,提升作業的安全性,具有極大的發展與應用前景[19-20]。根據國網贛州供電公司(以下簡稱贛州公司)統計,2019～2021年有60多起因異物侵擾而影響線路安全運行的事件,贛州公司全部采用高功率激光器完成了上述異物事件的處理工作,實現了不停電、無接觸作業。以贛州公司使用的激光器為例,最大功率可達800 W,瞄準精度可達0.6 m,能在5～40 ℃環境中工作,裝置簡便易攜帶,操作也比較簡單。在處理異物時,只需選擇合適的架設點將激光器組裝好,經過簡單調試便可以快速地消除或者切斷異物的纏繞點,使異物脫離輸電線路,從而保障電網的安全運行。高功率激光器的應用使清除異物工作變得簡單高效,未來高功率激光器還會廣泛應用于輸電線路融冰等領域[21]。激光除異物現場如圖5所示。

圖5 激光除異物現場

4 數字化平臺

上述新設備、新技術需通過一個系統將其整合,才能發揮最大作用,這就是數字化平臺。數字化平臺是將多種設備采集的輸電線路運行信息進行分析處理、綜合研判的網絡平臺。數字化平臺可以將無人機巡檢信息、智能監控信息、運維人員人工采集的信息、其他各種新設備采集的信息等匯集在管控中心,通過系統智能化處理,分析出輸電線路的運行情況,從而更加高效地進行輸電線路的管理工作。

各種設備采集到的輸電線路運行信息,將傳送到數字化平臺,系統會根據管理人員自定義的標準對輸電線路的運行情況進行判斷。當系統判定有影響電網安全運行的危急缺陷時,數字化平臺會立即發出警報,提醒管理人員及時進行處理;當系統判定缺陷不影響電網安全運行時,會將相關缺陷信息保存在數據庫中,方便管理人員進行分類匯總。所有缺陷處理結果都會重新傳回數字化平臺,使設備缺陷從發現到處理完整閉環[22]。數字化平臺運行框架如圖6所示。

圖6 數字化平臺運行框架

通過數字化平臺,各種新的運維技術可以進行聯動,破除了各個環節的壁壘,極大提高了輸電線路管理工作的效率和質量。但是目前所設想的數字化平臺主要還是依靠人工進行操作處理。機器學習已經成為當前技術發展的熱點,由于其良好的學習、識別、分類能力,在故障檢測與診斷技術中受到了越來越多的關注[23-25]。今后可以在數字化平臺中加入機器學習等智能算法,提高其智能化程度,這樣數字化平臺可以將各種信息進行自動分析處理,成為輸電線路管理工作的“司令部”。

5 結 語

提出了一種結合無人機、大功率激光器、智能監控、數字化平臺等多種手段進行輸電線路管理的新模式,該模式可以降低人員勞動強度和安全風險,提高管理效率和質量。

所提出的新型管理模式采集到的線路運行信息較少,更多依靠人工進行操作處理。因此,今后還需要補充更多的數字化設備來采集輸電線路的運行信息,通過加入智能算法來提升數字化平臺的智能化程度,并且擴大各種新設備在輸電線路缺陷處理工作中的應用,進一步打造高效化、自動化、智能化的管理模式。