風電場集電線路智能巡檢方式初探

張冬梅 吉慶昌 常 碩

①河北水利電力學院 ②河北省高校水利自動化與信息化應用技術研發中心

因風電場內部路地形復雜且自然環境惡劣，傳統的人工巡檢模式已經難以滿足運維精細化管理的現實需求，故本文將構建基于懸掛式的風電場集電線路智能巡檢系統，其可以日夜兼程地在山區、丘陵、戈壁、果園、魚塘、高速公路、工廠、農田等巡檢人員難以達到的線路區段內進行高頻次數據采集，通過數據回傳到地面終端，經數據的整理分析后實現集電線路缺陷巡檢的“零死角”。

1 集電線路巡檢管理系統的研究現狀

風電項目建設選址一般為野外，風機間距大，布點分散，廠區道路在項目建設完成后普遍修繕較少。后期運維過程中，基本靠人工巡檢，存在巡檢時間長，巡檢路線道路難行等特點。西北、內蒙等地區風電場更是存在氣候環境惡劣，地廣人稀等特點。不同于電力電網，風電場管理中存在著人員少、任務重、利潤低的特點，對場站后期維護工作提出了更高的要求。同時，傳統人工巡檢故障上報一般難以記錄故障發生的準確位置。為解決傳統集電線路手工巡檢管理難以準確記錄故障發生的準確位置、管理效率低且時效性差的缺陷，近年來一些較為先進的輸電線路巡檢管理系統相繼出現，這些系統通過在桿塔上安裝信息鈕、信息螺栓或條形碼等自動識別器件，輔以后臺的計算軟件進行集中管理，但這些系統仍存在諸多缺陷，具體體現在：

第一，巡檢人員的責任心和素質高低將直接影響巡檢質量，巡檢人員責任心不強，帶來電桿和設備漏檢或漏項問題，不能確保巡檢檢查的質量；巡檢人員綜合素質不高，對應檢查的設備及項目理解不到位，容易造成檢查結果的記錄不夠規范，難于描述集電線路真實的運行狀況。

第二，信息鈕安裝復雜且長期暴露在野外，容易遭到損壞，不利于有效管理，會影響巡檢數據的正確性。

第三，巡檢人員現場手工填寫缺陷票，效率低下且缺陷描述不夠規范，使得線路缺陷匯總分析的工作量沒有實質性減少，影響了輸電線路巡檢管理效率的進一步提高。

第四，巡檢任務調度的管理采用定期按照規定線路的方式進行，不能夠很好的應對突發事件，不夠靈活。

現階段常用的無人機巡檢，由于操作簡便，可視性較強，深受廣大電力職工喜愛。但是受無人機遙控范圍限制和續航里程限制，無人機巡檢仍需在人工完成場區巡檢的情況下，在特定位置完成無人機放飛和收回，并未在根本上減輕運維人員的工作壓力。同時，由于風電場一般選址在長年風力較大地區，對無人機操作提出了較高的要求，如操作失誤，易發生人為安全生產責任事故。在此背景下，設計采用懸掛式巡檢儀自動巡檢的思路應運而生。

2 集電線路智能巡檢系統的設計

（1）集電線路智能巡檢系統的總體架構系統整體上由巡檢監測平臺、巡檢吊艙及自動拖動系統等三個部分構成，其中巡檢監測平臺負責對自動巡檢設備數據監控和圖像等進行回傳，并實時指揮和監控自動巡檢設備、巡檢數據及各類控制命令；任務載荷設備包含紅外測溫儀、數碼高清相機、紫外圖像、圖傳、GPS及各類傳感器，還可以根據輸電線路的實際巡檢需求來加載更多的巡檢設備。

安全防護為系統提供諸如數據安全、備份恢復、物理安全及網絡安全等安全防護硬件設備信息交互、數據存儲分析及共享服務等實現的支撐業務支撐作為具體應用和硬件設備間的橋梁，為具體應用提供基礎軟件運行平臺具體應用為輸電線路巡檢任務的開展提供具體應用服務。

巡檢吊艙應具備在快速移動、即時懸停的能力，機械機構能具備一定的負載能力，便于安裝各種監測儀器、信息傳輸設備。導軌自動拖動系統應包括吊艙巡檢路徑導引，桿塔自動充電塢。

（2）集電線路智能巡檢系統的功能劃分。

a、集電線路可視化項目組。后臺展示中，集電線路可視化項目組主要功能應包含如下幾個方面：①集電線路實時運行狀態的全景展示。通過可視化影像的拼接技術，集電線路的全景圖將在巡檢監測平臺上向后臺監控人員進行全方位展示；②集電線路實時溫度渲染。將巡檢過程中獲得的實時溫度數據、電暈放電情況回傳至監測平臺，監測平臺對回傳數據進行對比分析，對集電線路全景圖進行區域著色，過熱及放電部分分別選用不同亮色調進行渲染；③分機位軌跡展示。將不同巡檢吊艙的運動軌跡，用不同顏色標識，并回傳監測平臺，操作人員可實時掌握巡檢吊艙的運動軌跡，將巡檢吊艙位置信息與地理地圖坐標進行疊加。

b、輸電線路狀態分析模塊的規劃。輸電線路狀態分析模塊的功能主要包含如下方面：對自動巡檢系統的巡檢數據進行缺陷智能識別分析（包含放電點檢測、異常發熱點檢測等），將集電線路及其設備的缺陷及時在巡檢監測平臺進行展示，以便運維檢修人員采取必要的處理措施；對自動巡檢系統所獲取的相關缺陷數據（如班組、時間等）進行人工識別，并能夠進行缺陷的人工查詢和統計分析。

c、輸電線路運行隱患分析模塊的規劃。集電線路運行隱患分析模塊的功能主要包含如下方面：通過對巡檢數據的智能識別分析，對諸如垃圾、超高樹木等外部隱患進行監測分析；通過對巡檢數據的數據分類及統計分析，實現外部隱患的智能預警及輔助決策。

3 智能巡檢條件分析

本智能巡檢系統主要通過高清數碼相機檢測設備物理缺陷并直觀觀察設備外部環境，紅外測溫系統檢查設備連接點處（接頭、線夾等）是否存在過熱現象，紫外圖譜主要用于分析由于連接不良而造成的電暈放電情況。

巡檢吊艙通過自拖系統拖動，運動速度均勻，可做到三種監測同時進行，解決了無人機巡檢因設備重量原因需更換吊艙進行多次巡檢的問題，同時自拖系統的自動充電塢也可保證巡檢吊艙的可持續工作時間。

4 結束語

傳統人工巡檢方式需要巡檢人員登塔進行故障點的找尋，不少集電線路的平均查線時間在4小時以上，而本系統則可以在2小時內完成故障點的查找工作，節約大量的人力物力。此外，在環境惡劣的大江大河及山區等地開展輸電線路人工巡檢是非常困難的，例如桿塔金具缺陷由于視角限制難以發現，而本系統可以消除人工巡檢所存在的視覺盲點，并可通過搭載超聲波測距裝置來對線下樹障及施工鉆越點對導線凈空距離數據進行精準測量，為故障清除工作提供數據支撐。