基于电力线路的智能巡检研究

严积玉

摘要：我国幅员辽阔，为保证全国各地的可靠供电，需建设较多的高压输电线路。而线路巡检是保证高压输电线路正常运行的重要手段，对我国电力的可持续供应和经济的安全、快速发展具有重要意义。最近十几年，随着国家经济的高速发展，架设的高压输电线路越来越多。在这种背景下，如果采用传统的人工巡检模式巡检数量如此之多的输电线路，将会不可避免地存在着作业强度大、巡检周期长、部分线路检修危险等问题。近年来，国家电网公司积极引进无人机智能巡检技术，提升输电线路巡检工作的自动化程度，改进巡检工作模式，以期实现输电线路的精确、高效、经济巡检。

关键词：电力线路;智能巡检

1现有线路巡检方式的产品方案

当前，输电线路现状，主体体现在三个方面：规模大：截至2018年年底，全国电网35千伏及以上输电线路回路长度183万千米，比上一年增长4%;其中，220千伏及以上输电线路回路长度73万千米;条件差：35kV输电线路主要分布在城市外围;110kV及以上输电线路，多分布在人迹荒芜的崇山峻岭、高原戈壁等位置;易损坏：架空线路，基础易下沉、杆塔易倾斜、线路易覆冰、材料易锈腐、通道易遮挡。因此，在政策导向方面，国网鼓励各单位积极采用先进技术和科学管理手段，全面做好线路的巡视、检测、维修、管理工作。现有输电巡检方式，采用多方位协同巡检模式，主要包括4个方面：（1）人工巡线：借助各种检测设备采集数据，可以近距离细致巡视、检查设备、线路状况，但巡检时间长、安全风险高，效率低下，无法完成复杂环境中的线路巡检。（2）无人机巡检：可快速获取电力线路和设备的可见光、红外波段等影像资料，缩短巡检时间。但受限于通信及供电问题，无法独立承担如此大规模的输电线路巡检工作，巡检结果准确性受到模式识别算法的影像太大，灵活性不足。（3）移动机器人巡检：在机器人上搭载各类传感器，使用机器人在电缆通道中开展巡检，获取电缆数据。（4）直升机巡检：适用于复杂环境中的线路巡检，例如跨河流、山区、沼泽等地域，但成本高昂、局限性大、安全风险高、无法开展精细化巡视。

2无人机智能巡检的应用场景

无人机应用场景广泛，可用于摄影测量、应急救灾、公共安全、资源勘探、环境监测等领域。其具有安全、灵活、成本低和高效率的优点，特别是在应急通信领域发挥了重要的作用。（1）野外山地站点和线路巡检工作。在野外山地站点和线路巡检工作中，传统的综合代维作业管理模式需要耗费大量人力进行巡检和维护。通过引入智能化、可视化的无人机智能识别功能后，实现了对不可达或难达的基站以及光缆线路进行精细化的智能维护作业，降低了作业难度，有利于提高作业效率。（2）前后台联动处理故障。通过人机结合方式实现了现场维护人员和后台技术专家联动，现场人员通过无人机智能识别将现场的设备状态传送给后台，技术专家无需到现场即可完成故障定位并指导现场人员完成疑难故障处理。在智能维护作业模式的基础上叠加人机结合方法，能够有效缩短故障处理的时间。

3基于电力线路的智能巡检关键技术要点

现阶段，输电线路巡检无人机主要包括小型、中型多旋翼及固定翼无人机。巡检方式主作业员人工操作无人机巡检，这种巡检方式所需数据处理方式主要通过现场人员辨别和后期图像数据分析处理2种方式，虽然较传统方式提升了巡检效率，但是智能化程度不足使其仍不能满足现阶段电网巨大的巡检需求。随着物联网、5G、边缘计算和云计算等技术不断成熟和商业化运用的不断完善，将会助推无人机巡检模式向自主化智能巡检转变。

3.1图像处理技术

传统的电力巡检工作都需要进行人工的检查，准确性与效率性都不高。而图像处理技术可以打破海量图像的技术难题，取代人工进行图像的检测，减少人为的失误。无人机中融入了图像处理技术，可以更好地进行电力巡检工作，提高电力巡检的效率性与准确性。

3.2自主巡航技术

无人机自主巡航是输电线路无人机智能巡检技术的核心组成部分。其巡航的区域主要分为塔间区域和近塔区域。目前，输电线路无人机巡检并不具备自主或自动巡检能力，通常采用的方式是：人工预先设定运行的轨迹，然后基于GPS按预定轨迹飞行。该方法存在明显的不足：（1）无法适应检测目标或者周围环境随时间可能发生的变化，容易发生安全事故。例如，当树木生长至输电线路附近时，无人机有较大可能撞上树木，造成无人机坠毁。（2）该方法对无人机定位的精度有着较高的要求。然而，常用的民用无人机GPS的定位误差可高达10m。虽然利用载波相位差分技术能克服这一问题，但是该技术需要建立较多的基站，以覆盖输电线路所处的较为广阔的范围，因而将该项技术应用于输电线路无人机自主巡航的成本太高，并不切合工程实际。目前，机器视觉技术是解决上述问题的潜在解决方式，也成为了该领域的研究热点。此外，采用GPS和机器视觉辅助技术的组合导航系统是输电线路无人机智能巡检的未来发展趋势。

3.3续航

现阶段输电线路巡航无人机主要以小型多旋翼机型为主，而小型无人机占主要部分，小型无人机续航时间基本在1h以内，需要频繁更换电池，续航时间成为制约无人机自主续航的主要问题之一，现阶段解决续航问题的2个主要方向是采用移动式和固定式机巢2种方式。移动式机巢属于较为成熟的无人机载具平台，根据特定的巡检任务设定相应飞行轨迹，无人机根据任务设定，按照既定路线完成线路巡检任务，任务完成后自动返回至移动式机巢，在机巢进行充电或人工换电，并将数据通过移动载具进行初步处理后传输至巡检监控平台。这种巡检方式在一定程度上解决了无人机续航问题，并且由于载具平台具备一定的通信中继、边缘计算等功能，实现了无人机半自动蛙跳式巡检。固定式机巢一般安装于供电所或固定线路塔杆，根据巡检任务无人机自动起飞，在完成巡检任务后自动降落至机巢中进行充电，同时通过机巢进行初始数据处理并将数据上传至巡检监控平台，该模式最大限度地实现了无人机自主智能巡航，但是受限于供电所间距过大以及塔杆承重和塔杆机巢充能问题，该种无人机自主巡航模式还需要进一步解决无人机塔杆机巢的充能及安装成本等问题，虽然一些研究试图通过光伏、风能以及微波供能与激光供能的方式解决这一问题，但是光伏和风能存在一定的不稳定性，而现阶段微波供能与激光供能效率较低，尚无法充分解决现有问题。

3.4GIS智能巡检系统

当无人机进行电力巡检工作时，有的工作人员并不熟悉巡检路线与设备的情况，经常会出现走错路或人为导致设备出错的情况，将巡检效率拉低。针对这种情况，可以进行结构的简化，利用GIS系统中的新型智能巡检模式来进行巡检工作。GIS系统可以有效地帮助巡检人员进行基础信息、專业知识、设备信息的熟悉与管理。此外，还可以在将线路信息导入进手持设备中，让工作人员可以进行交叉跨越与线路走向等重要线路信息的获取，再进行无人机作业点规划的完善，实现电力巡检的智能化。

4结束语

基于本文提出了电力线路的智能巡检解决方法，开发了相应的巡检系统，该系统摆脱了传统纸质化巡检的作业方式，实现从巡检任务下发巡检任务管理和执行巡检成果回收的半自动化、智能化的巡检处理机制，有利于减轻巡检人员和巡检工作管理人员的工作负担，可以极大提高工作效率。后期，将主要从两个方面开展工作。一方面，进一步对现有的方案进行完善，在保证功能的同时，全面开展性能方面的优化。另一方面，有针对性选择区域进行方案应用落地的试点，巩固现有研究的成果，力争研究的价值最大化。

参考文献

[1]缪希仁，刘志颖，鄢齐晨.无人机输电线路智能巡检技术综述[J].福州大学学报（自然科学版），2020，48（02）：198-209.

[2]刘志颖，缪希仁，陈静，江灏.电力架空线路巡检可见光图像智能处理研究综述[J].电网技术，2020，44（03）：1057-1069.