浅谈无人机在10kV配网架空线路的应用前景

王孝锦

摘要：10kV配网架空线路是现代电力系统中的主要设施，随着社会人群对电能的需求越来越大，该线路数量大幅增长，整体架构也变得更加复杂，这时线路运维、检修工作的难度大幅增长，以往普遍使用的人工巡检模式已经无法满足工作要求。为此，10kV配网架空线路管理部门引进了无人机巡检技术，该项技术成功弥补了人工巡检模式的不足，能够帮助人工了解10kV配网架空线路情况，做好运维、检修工作。

关键词：无人机;10kV配网架空线路;应用

为了满足人们的电力需求，配电线路的数量不断增加，分布范围越来越广。许多配网线路位于地形复杂且环境恶劣的区域，显著增加了配电线路出现问题的可能性。为了确保正常供电，必须及时维修或更换出现问题的配电线路，因此确保配网架空线路检查工作的效率非常重要。无人机在配网架空线路检查工作中具有很大的应用优势，检查人员可以通过无人机检查配网架空线路的故障，显著减少了塔架攀登高空作业，有效地减少了工作量。

1无人机检查的优缺点

将无人机设备应用于电网配网架空线路检查可以有效改变以往效率低下和人力资源浪费的问题。目前，无人机检查处于发展的初级阶段，在实际应用中仍然存在一些弊端。一方面，无人机设备的体积小和电容量低，缩短了检查时间，且难以用于远距离配电线路检查。另一方面，无人机设备的远程控制范围小，存在距离限制，且系统相对便宜，因此不能自动识别配电线路的缺陷。但是，与传统的手动检查方法相比，使用无人机检查配电线路具有一定的优势。首先，无人机设备的基础是自主悬停技术和自定义导航技术，可以防止与配电线路碰撞，并提高检查的安全性。其次，它可以有效地分析恶劣天气下配网架空线路中出现的问题，并找出发生问题的地方，以快速解决问题并恢复电路系统。最后，无人机设备分为手动和自动驾驶两种类型，使用时可以根据需要选择合适的类型。在某些应用中，两种操作方法都可以减少人员的使用，这也提高了检查的速度和电力公司的经济效益。

2配网架空线路无人机智能巡检现状

无人机智能巡检技术是一种由飞手远程操控无人机，通过机载传感设备对架空高压配网架空线路进行巡查和检修的技术。根据无人机机体结构的不同，可将无人机分为无人直升机、多旋翼无人机、固定翼无人机和复合翼无人机。其中，无人直升机体积较大，控制难度和使用成本较高，已很少应用于配网架空线路巡检中;多旋翼无人机小巧灵活，可垂直起降、精准悬停，但它可承受的负载较小，机动性和飞行高度较低，且续航时间较短;固定翼无人机巡航速度较快，且续航时间长，但需要跑道起降，也无法悬停;结合了多旋翼和固定翼的复合翼无人机兼具多旋翼和固定翼无人机的优势，但其成本较高，尚未在高压配网架空线路巡检中使用。在配网架空线路无人机巡检中，无人机是承载监测配网架空线路运行状态遥感设备的平台。常用的遥感检测手段包括可见光成像、紫外成像、红外热成像、激光雷达电能等。其中，可见光遥感检测利用相机等可见光采集设备，检查肉见可见的配网架空线路及其附属电力设备的特性和性质变化，已被广泛应用配网架空线路无人机巡检工作中;紫外遥感检测主要利用紫外遥感设备，检测配网架空线路和电力设备是否发生电晕放电或局部闪络的现象。由于成本较高，紫外遥感检测尚未在配网架空线路无人机巡检中被广泛使用;红外遥感检测主要利用红外热像仪等设备，检测运行中的电力设备是否出现过热缺陷的现象;激光雷达检测主要用于配网架空线路的地理信息测绘和定位导航中。无人机在巡检配网架空线路的过程中，会拍摄大量的配网架空线路和附属电力设备的图片数据。由于这些图片的智能处理还处于研究阶段，后期还是需要人工处理。此外，现有配网架空线路巡检无人机还不能做到完全自主巡检，巡检质量严重依赖的无人机巡检人员专业水平。

3无人机在10kV配网架空线路的应用

3.1自主巡检技术

自主巡检技术是10kV配网架空线路无人机巡检技术研究中的重点课题，该项技术在理论上能够让无人机自主飞行、运作，基本可以摆脱人工。根据现有研究成果可知，可以使用激光雷达、实时动态高精度定位技术来实现无人机自主巡检，其中激光雷达技术能够自动获取飞行线路的高精度三维点云数据，由此能对飞行线路进行规划，而实时动态高精度定位技术能够对无人机实际飞行路线进行控制，确保无人机飞行路线与规划路线吻合。现实情况中自主巡检技术尚处于研究阶段，因为该项技术的实施涉及到无人机飞行时的航高、坐标、惯性等多种不确定的因素，所以该项技术在目前研究中的成本会比较高。同时，无人机在对10kV配网架空线路进行巡检时要考虑到杆塔巡检的精细程度，而激光雷达技术在这方面还不够成熟，无法投入实际运用，这是该项技术未来的研究方向。此外，自主巡检技术还有很多待研究的点，如无人机续航问题、地面工作站巡检任务采集功能等，这些问题不但尚未解决，也没有产生对应的技术，这也是后续需要研究的重点。

3.2作业安全管控

无人机巡检技术在任何应用领域中都需要得到安全管控，这一点在10kV配网架空线路巡检中更加重要，稍有不慎是可能损害电路的，甚至会引起一些灾害。针对安全管控问题，现代无人机巡检技术都是严格依照国家提出的安全作业标准来实施的，此举确实大幅提升了技术实施的安全性，但也导致无人机巡检技术的功效未能充分发挥。这一条件下，为了同时兼顾作业安全管控与无人机应用价值的充分发挥，国内相关组织通过研发得出了无人机可视化综合管理系统，该系统具备无人机视频实时回传、无人机实时管理、远程操控等功能，能让无人机在巡检中保持良好的安全性。但该系统提出的时间比较短，只适用于型号特定的无人机上，且此类无人机一般不满足10kV配网架空线路巡检要求。同时，国内电网公司还在2017年研发提出过无人机巡检作业飞行数据记录器、无人机巡检业务模块，借助记录器与业务模块能实現无人机巡检作业全过程监管、且没有明显的缺陷，因此记录器与业务模块至今仍在沿用，其主要研发方向是完善两者功能。

3.3问题识别技术

在相对较早的无人机巡检技术应用中可知，10kV配网架空线路巡检人员一般是操作无人机，利用无人机搭载的摄像设备对线路局部进行拍摄，随后人工对拍摄图像进行分析，最终得出判断结果，确认问题位置、类型、规模等。这种方式确实行之有效，但依旧依赖人工，在人工不稳定性的影响下有可能作出错误判断，同时无人机拍摄图像存在清晰度等方面的缺陷，人工不一定能作出判斷。因此，在现代无人机巡检技术研发中提出了问题识别技术概念，该项技术主要就是让无人机系统具备自主判断问题的能力，根据当前研究成果可知，该项技术已初具雏形，即近些年国家电网公司在物联网技术支撑下，结合深度神经网络算法、大数据和图像识别技术等实现了问题识别技术，使得无人机系统能够自动分析10kV配网架空线路上的问题，并生成巡检报告，免去了人工分析的环节。该项技术的研发时间很短，目前还存在很多缺陷：问题识别中，有相当一部分问题还无法被量化判定，现在使用的深度神经网络算法在识别问题时容易受问题类型相似性干扰，最终出现误判，如绝缘子问题识别中，假设绝缘子上有明显污迹，算法就会根据污迹是否存在、污迹存在位置特征来进行判断，这时绝缘子附近的污迹也可能被列入算法范围，受非绝缘子上的污迹影响，算法可能会认为绝缘子上存在污迹，需要进行清理，此类现象还有很多，说明该项技术有待完善;问题分类。即为了保障问题识别技术能顺利实施，电科院对10kV配网架空线路的常见问题进行了分类，大体包括杆塔、导地线、绝缘子、大尺寸金具、小尺寸金具、基础、通道环境、接地装置、附属设施，这是问题识别技术的实施基础，技术系统可借助缺陷算法来进行分类判断。但在相关实践测试中发现，现有的缺陷算法还不够完善，尤其在效率与准确性上不达标，这也说明问题识别技术还有待研究。

4结语

总体而言，在配网架空线路检查工作中，无人飞行器具有很大的应用优势，有效地代替了人力，能进行高效、准确的检查工作，显著降低了检查人员的工作强度，有效减少了配电线路故障。准确、快速的调查减少了人力、物力的投入，有效地保证了配网架空线路检查工作的安全，极大地促进了电力领域的技术创新。

参考文献

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