電網行業中5G技術在無人機領域的應用場景及案例分析

李壯，魯杰，宋新利，白雪松，楊廣濤，范士清

（國網冀北電力有限公司承德供電公司，河北 承德 067000）

輸電線路巡視是電網運行維護部門的一項重要日常工作，此項工作的有效開展，可以及時發現存在的缺陷和隱患，避免重大電網事故發生。隨著無人機技術在輸電線路巡視方面的應用，發揮著越來越重要的作用，主要用于桿塔精細巡檢、線路通道巡視、應急巡視、線路及通道三維建模、樹障及三跨測量等。受原有通信網絡帶寬低、傳輸速度慢、傳輸延遲高的影響，現有的無人機巡視時采集的數據均儲存在無人機的存儲卡中，完成巡視后再將數據導出至計算機，由人工進行后續處理，但其時效性不佳，無法滿足現在快速、高效、及時的巡視工作需求。第五代移動通信技術（5G）具備大帶寬、低時延、廣連接的特性，可以解決現有無人機巡視方面存在的不足。本文將針對輸電線路巡視的主要內容、現狀和問題，結合具體案例介紹5G技術和無人機技術在輸電線路巡視中的應用。

1 電力線路巡視與檢查內容

傳統的輸電線路運維，主要依靠人工巡視來掌握線路運行狀況及周圍環境的變化，及時發現線路缺陷和隱患，預防事故的發生，并為輸電線路的檢修工作提供相應的依據，用以確定檢修工作的內容。輸電線路巡視，按巡視性質、任務和周期的不同，分定期巡視、特殊巡視、故障巡視、登塔巡視、夜間巡視等。

1.1 定期巡視

定期巡視也叫正常巡視。目的是為了全面掌握輸電線路本體的運行情況及沿線周邊的環境情況。巡視周期一般每月至少一次，在山火多發、高峰負荷時期等情況下，適當增加巡視次數，以便及時發現問題并采取對策，確保其安全運行。

1.2 特殊巡視和夜間巡視

特殊巡視是在發生自然災害、異常運行和過負荷等特殊情況之后，對輸電線路的全部或部分區段進行的巡視。夜間巡視是為了檢查線路金具及絕緣子的缺陷，一般在輸電線路負荷較大、空氣潮濕、無月光的夜晚進行，可發現白天巡視中不易發現的缺陷。

1.3 故障巡視

故障巡視是指當輸電線路發生故障時，組織進行的特殊巡視，用以查明輸電線路故障接地及跳閘原因，找出故障點，查明故障情況。

1.4 登塔巡視

在地面檢查較高的鐵塔上部時，如遇到部分構件看不清楚或產生疑問時，人工可以登上鐵塔，在保持足夠的帶電安全距離的情況下，對鐵塔上部進行觀察。

2 電力線路巡視工作現狀與問題

傳統輸電線路巡視模式，大多依賴巡視人員的肉眼或手持儀器，巡視人員根據經驗判斷潛在隱患。然而，純靠人工巡視本身就是一個巨大隱患，巡視人員很難發現全部隱患，而在電網的運行中，任何微小的問題都有可能造成輸電線路故障，從而導致電網的癱瘓，造成巨大的經濟損失；有時遇上雨雪大風等惡劣天氣，人工巡視更是寸步難行。輸電線路大多處于人煙稀少的山區，需要特巡的輸電線路占比高、巡視難度大、質量要求高，又讓愿意從事輸電巡視工作的人越來越少。

現有輸電專業人員數量少、人工效率低、危險系數高等問題日益突出，針對輸電專業人員數量與設備規模快速增長之間日益突出的矛盾，國家電網有限公司和中國南方電網大力推廣無人機自主巡檢，較人工巡視相比，無人機自主巡檢具有效率高、相對安全、缺陷發現及時、受地形因素影響小等優勢，但也存在一些的問題。無人機自主巡檢需要通信網絡提供支持，目前4G網絡的帶寬和延遲都對RTK的精準定位有一定影響；電池續航時間有限且低溫下放電能力較差；作業完成后仍需進行人工圖像缺陷識別與分析，無人機巡檢每年產生海量的圖片，對于海量圖片的篩選和識別對人力的需求極其巨大。以承德電網為例，配置無人機120架，年產生圖片約20萬張，依靠人工識別缺陷工作量極大，5G技術作為基礎的網絡通信保障，為輸電線路巡視工作的改善和優化提供了巨大空間。

3 無人機+5G電網巡檢

3.1 無人機+5G電網巡檢內容

輸電線路一般位于高山大齡，人工巡視的效率較低，小動物咬傷人員的事件也屢見不鮮。另外，輸電線路的鐵塔、導線、絕緣子等部件處于高空，使用無人機巡視既能避免高空作業的安全風險，也可以全視角查看鐵塔的細節情況，提高輸電線路的巡視質量。

在當前的4G網絡下，某些圖像細節的清晰度明顯不足，而5G網絡可實現最高下行速率1Gbps、上行速率100Mbps以上，無線空中接口雙向傳輸時延降至1ms，將使得視頻更加流暢清晰、巡視效果更優。無人機可搭載高清變焦相機、紅外相機、激光雷達等多種傳感器，通過5G網絡將圖像或視頻通過5G上行鏈路傳輸至多媒體服務器，用戶再通過計算機或移動設備從該服務器觀看，即可實現輸電線路巡視作業現場高清圖像或視頻的即拍即傳。現場操控無人機的人員與指揮中心人員進行協同作業，可以及時發現缺陷隱患并進行影像拍攝，巡視作業效率可提升40%～80%。

3.2 無人機+5G電網巡檢應用分析

自2016年承德電網開展無人機巡檢以來，已累計拍攝照片幾十萬張，發現銷釘級及以上設備缺陷千余項，線路跳閘故障點查找成功率從原來的不足60%，提升到現在的100%，大幅度提升了線路巡檢質量、故障查找效率和準確率。

（1）承德電網5G+無人機激光雷達三維建模輔助故障查找。無人機搭載激光雷達，對輸電線路及通道進行激光點云數據采集，通過三維重建，可大幅度提高輸電線路及通道隱患的發現效率和測距精度。無人機搭載激光雷達掃描需要高精度定位，在網絡RTK定位模式下，無人機采集衛星數據和基站數據，通過實時載波相位差分處理，得到厘米級的定位結果，實現點云數據的采集和精確建模。

輸電線路巡視人員發現110千伏XX線79-80號通道內，樹木長勢迅猛，距離導線距離已經較近，若存在高溫、大風、凍雨等極端天氣造成弧垂增大、舞動，可能導致線路跳閘，嚴重影響電網安全運行。為核實并消除隱患，承德電網輸電線路的運行維護部門依托5G網絡，運用無人機搭載的激光雷達對輸電線路通道及周邊的樹障情況進行全面的排查和精確測距。

以往遇到安全距離不足的問題，有兩種處理方式，一是輸電線路巡視人員通過運行經驗的進行評估，誤差較大；二是巡視人員攜帶經緯儀到達現場進行測量，承德地區為高山峻嶺較多，攜帶設備上山極為不便，且合適測量位置難尋，每次只能測量一處，效率低下。現在5G網絡條件下開展無人機巡檢作業，無人機任務設備到達隱患位置極快，40min的山路只需5min即可飛行抵達至合適位置，在高質量通信網絡下，通過航線自主飛行采集精確的輸電線路及沿線周邊地形、樹障等點云數據，通過專用圖形服務器進行三維建模后，巡視人員可以直觀的觀察到輸電線路通道走廊內目標物的空間位置和輪廓，確定導地線與地面、建筑、植被、樹障等目標物之間的距離，一次性排查通道內所有安全距離以內的隱患，大幅提高巡視效率，發現隱患的準確率和精準度。

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（2）承德電網5G+無人機遠程控制自主巡檢。承德電網所轄輸電線路覆蓋面積廣，多數輸電線路所處地形復雜、路途遙遠，如塞罕壩位于蒙古高原東南緣，地處內蒙古高原與河北北部山地的交接處，輸電線路巡視人員駐地至塞罕壩距離約200余公里，往返路程至少需要6個小時，巡視人員面臨距離遠、行車困難、人工到達困難、巡視效率低下等問題。

為此，承德電網輸電線路的運行維護部門在塞罕壩區域建設了固定式和移動式無人機自主巡檢系統，包括無人機自主巡檢管控系統平臺、全自主自動化機場，以及工業級無人機等組成部件，通過高質量的5G通信網絡，可以在指揮中心遠程控制數百公里以外的無人機自主巡檢系統，實現無人機啟動、負載裝卸、系統自檢，以及全自主巡檢作業。可對無人機自主巡檢系統覆蓋范圍內的輸電線路實現周期性巡視以及特殊巡視，做到全天待命、實時響應。應對突發的鐵塔或線路通道情況，可及時制定巡視任務，在數百里之外通過5G通信網絡傳回的實時視頻快速查看輸電線路的運行情況，極大縮短巡視所需時間。

在5G技術和無人機技術的加持下，電網行業正發生著革命性的改變，特別是在輸電專業體現尤為明顯，不斷推進輸電線路巡視由傳統人工巡視方式向著少人化、無人化、立體化、智能化轉變，不斷向智慧輸電的方向跨越提升。

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4 結語

據悉，“十四五”期間，國家電網有限公司和中國南方電網計劃投資約2.9萬億元推進電網的轉型升級。移動通信技術也由4G向5G時代快速邁進，5G技術為電網帶來了全新變革：在能源生產端，5G技術能夠滿足千萬級的傳感器連接和管理，對設備狀態進行監測、功率預測。在能源傳輸端，5G技術能夠賦能無人機，將“人巡”變為“機巡”，解放電網一線巡視人員的生產力；在能源用能端，5G技術可以及時響應用戶負荷控制，支撐高清影像和數據的實時回傳。