淺談無人機在10kV配網架空線路的應用前景

王孝錦

摘要：10kV配網架空線路是現代電力系統中的主要設施，隨著社會人群對電能的需求越來越大，該線路數量大幅增長，整體架構也變得更加復雜，這時線路運維、檢修工作的難度大幅增長，以往普遍使用的人工巡檢模式已經無法滿足工作要求。為此，10kV配網架空線路管理部門引進了無人機巡檢技術，該項技術成功彌補了人工巡檢模式的不足，能夠幫助人工了解10kV配網架空線路情況，做好運維、檢修工作。

關鍵詞：無人機;10kV配網架空線路;應用

為了滿足人們的電力需求，配電線路的數量不斷增加，分布范圍越來越廣。許多配網線路位于地形復雜且環境惡劣的區域，顯著增加了配電線路出現問題的可能性。為了確保正常供電，必須及時維修或更換出現問題的配電線路，因此確保配網架空線路檢查工作的效率非常重要。無人機在配網架空線路檢查工作中具有很大的應用優勢，檢查人員可以通過無人機檢查配網架空線路的故障，顯著減少了塔架攀登高空作業，有效地減少了工作量。

1無人機檢查的優缺點

將無人機設備應用于電網配網架空線路檢查可以有效改變以往效率低下和人力資源浪費的問題。目前，無人機檢查處于發展的初級階段，在實際應用中仍然存在一些弊端。一方面，無人機設備的體積小和電容量低，縮短了檢查時間，且難以用于遠距離配電線路檢查。另一方面，無人機設備的遠程控制范圍小，存在距離限制，且系統相對便宜，因此不能自動識別配電線路的缺陷。但是，與傳統的手動檢查方法相比，使用無人機檢查配電線路具有一定的優勢。首先，無人機設備的基礎是自主懸停技術和自定義導航技術，可以防止與配電線路碰撞，并提高檢查的安全性。其次，它可以有效地分析惡劣天氣下配網架空線路中出現的問題，并找出發生問題的地方，以快速解決問題并恢復電路系統。最后，無人機設備分為手動和自動駕駛兩種類型，使用時可以根據需要選擇合適的類型。在某些應用中，兩種操作方法都可以減少人員的使用，這也提高了檢查的速度和電力公司的經濟效益。

2配網架空線路無人機智能巡檢現狀

無人機智能巡檢技術是一種由飛手遠程操控無人機，通過機載傳感設備對架空高壓配網架空線路進行巡查和檢修的技術。根據無人機機體結構的不同，可將無人機分為無人直升機、多旋翼無人機、固定翼無人機和復合翼無人機。其中，無人直升機體積較大，控制難度和使用成本較高，已很少應用于配網架空線路巡檢中;多旋翼無人機小巧靈活，可垂直起降、精準懸停，但它可承受的負載較小，機動性和飛行高度較低，且續航時間較短;固定翼無人機巡航速度較快，且續航時間長，但需要跑道起降，也無法懸停;結合了多旋翼和固定翼的復合翼無人機兼具多旋翼和固定翼無人機的優勢，但其成本較高，尚未在高壓配網架空線路巡檢中使用。在配網架空線路無人機巡檢中，無人機是承載監測配網架空線路運行狀態遙感設備的平臺。常用的遙感檢測手段包括可見光成像、紫外成像、紅外熱成像、激光雷達電能等。其中，可見光遙感檢測利用相機等可見光采集設備，檢查肉見可見的配網架空線路及其附屬電力設備的特性和性質變化，已被廣泛應用配網架空線路無人機巡檢工作中;紫外遙感檢測主要利用紫外遙感設備，檢測配網架空線路和電力設備是否發生電暈放電或局部閃絡的現象。由于成本較高，紫外遙感檢測尚未在配網架空線路無人機巡檢中被廣泛使用;紅外遙感檢測主要利用紅外熱像儀等設備，檢測運行中的電力設備是否出現過熱缺陷的現象;激光雷達檢測主要用于配網架空線路的地理信息測繪和定位導航中。無人機在巡檢配網架空線路的過程中，會拍攝大量的配網架空線路和附屬電力設備的圖片數據。由于這些圖片的智能處理還處于研究階段，后期還是需要人工處理。此外，現有配網架空線路巡檢無人機還不能做到完全自主巡檢，巡檢質量嚴重依賴的無人機巡檢人員專業水平。

3無人機在10kV配網架空線路的應用

3.1自主巡檢技術

自主巡檢技術是10kV配網架空線路無人機巡檢技術研究中的重點課題，該項技術在理論上能夠讓無人機自主飛行、運作，基本可以擺脫人工。根據現有研究成果可知，可以使用激光雷達、實時動態高精度定位技術來實現無人機自主巡檢，其中激光雷達技術能夠自動獲取飛行線路的高精度三維點云數據，由此能對飛行線路進行規劃，而實時動態高精度定位技術能夠對無人機實際飛行路線進行控制，確保無人機飛行路線與規劃路線吻合。現實情況中自主巡檢技術尚處于研究階段，因為該項技術的實施涉及到無人機飛行時的航高、坐標、慣性等多種不確定的因素，所以該項技術在目前研究中的成本會比較高。同時，無人機在對10kV配網架空線路進行巡檢時要考慮到桿塔巡檢的精細程度，而激光雷達技術在這方面還不夠成熟，無法投入實際運用，這是該項技術未來的研究方向。此外，自主巡檢技術還有很多待研究的點，如無人機續航問題、地面工作站巡檢任務采集功能等，這些問題不但尚未解決，也沒有產生對應的技術，這也是后續需要研究的重點。

3.2作業安全管控

無人機巡檢技術在任何應用領域中都需要得到安全管控，這一點在10kV配網架空線路巡檢中更加重要，稍有不慎是可能損害電路的，甚至會引起一些災害。針對安全管控問題，現代無人機巡檢技術都是嚴格依照國家提出的安全作業標準來實施的，此舉確實大幅提升了技術實施的安全性，但也導致無人機巡檢技術的功效未能充分發揮。這一條件下，為了同時兼顧作業安全管控與無人機應用價值的充分發揮，國內相關組織通過研發得出了無人機可視化綜合管理系統，該系統具備無人機視頻實時回傳、無人機實時管理、遠程操控等功能，能讓無人機在巡檢中保持良好的安全性。但該系統提出的時間比較短，只適用于型號特定的無人機上，且此類無人機一般不滿足10kV配網架空線路巡檢要求。同時，國內電網公司還在2017年研發提出過無人機巡檢作業飛行數據記錄器、無人機巡檢業務模塊，借助記錄器與業務模塊能實現無人機巡檢作業全過程監管、且沒有明顯的缺陷，因此記錄器與業務模塊至今仍在沿用，其主要研發方向是完善兩者功能。

3.3問題識別技術

在相對較早的無人機巡檢技術應用中可知，10kV配網架空線路巡檢人員一般是操作無人機，利用無人機搭載的攝像設備對線路局部進行拍攝，隨后人工對拍攝圖像進行分析，最終得出判斷結果，確認問題位置、類型、規模等。這種方式確實行之有效，但依舊依賴人工，在人工不穩定性的影響下有可能作出錯誤判斷，同時無人機拍攝圖像存在清晰度等方面的缺陷，人工不一定能作出判斷。因此，在現代無人機巡檢技術研發中提出了問題識別技術概念，該項技術主要就是讓無人機系統具備自主判斷問題的能力，根據當前研究成果可知，該項技術已初具雛形，即近些年國家電網公司在物聯網技術支撐下，結合深度神經網絡算法、大數據和圖像識別技術等實現了問題識別技術，使得無人機系統能夠自動分析10kV配網架空線路上的問題，并生成巡檢報告，免去了人工分析的環節。該項技術的研發時間很短，目前還存在很多缺陷：問題識別中，有相當一部分問題還無法被量化判定，現在使用的深度神經網絡算法在識別問題時容易受問題類型相似性干擾，最終出現誤判，如絕緣子問題識別中，假設絕緣子上有明顯污跡，算法就會根據污跡是否存在、污跡存在位置特征來進行判斷，這時絕緣子附近的污跡也可能被列入算法范圍，受非絕緣子上的污跡影響，算法可能會認為絕緣子上存在污跡，需要進行清理，此類現象還有很多，說明該項技術有待完善;問題分類。即為了保障問題識別技術能順利實施，電科院對10kV配網架空線路的常見問題進行了分類，大體包括桿塔、導地線、絕緣子、大尺寸金具、小尺寸金具、基礎、通道環境、接地裝置、附屬設施，這是問題識別技術的實施基礎，技術系統可借助缺陷算法來進行分類判斷。但在相關實踐測試中發現，現有的缺陷算法還不夠完善，尤其在效率與準確性上不達標，這也說明問題識別技術還有待研究。

4結語

總體而言，在配網架空線路檢查工作中，無人飛行器具有很大的應用優勢，有效地代替了人力，能進行高效、準確的檢查工作，顯著降低了檢查人員的工作強度，有效減少了配電線路故障。準確、快速的調查減少了人力、物力的投入，有效地保證了配網架空線路檢查工作的安全，極大地促進了電力領域的技術創新。

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