无人机技术在智能电网中的典型应用及发展趋势

2022-11-15邓明

科技与创新 2022年9期

邓明

（广东电网有限责任公司广州南沙供电局，广东广州 511400）

在现代经济及技术支持下，电网工程规模持续扩大，出现了数字电网、智能电网、能源互联网等，对电网建设与管理的影响非常大。传统管理模式无法满足电网智能化、数字化技术要求。运用无人机技术可提高智能电网作业效率，实现地理测绘、航空摄影，为各行业发展提供技术保障。国家电网、南方电网注重研究和应用无人机巡检技术，验证无人机技术在电网运行维护中的应用效果，同时可以降低运维劳动强度，提高巡检质量。

1 无人机在智能电网中的应用优势

1.1 无人机技术

无人机技术的运用不受地理交通影响，可以应用到任何环境中。注重无人机飞行轨迹、起降地点、速度控制，借助机载设备可实现对地扫描、测量摄影等操作。

无人机设备作为信息采集平台、任务作业平台，按照任务实际需求，搭载扫描设备，结合地面信息接收与处理系统。遵循预设飞行路线，全面完成作业任务。与卫星系统相比，无人机技术的便捷性与精确性较高。

1.2 无人机技术的应用意义

随着社会经济发展，用电负荷量相应增加，应当保证电网运行安全性，将其作为社会关注热点。电网运行维护问题较多，尤其是电力线路段差异大，不管是人工定期巡查、直升机巡航，还是采用在线监测装置，都应当满足运行维护需求。制造和维护无人机优势显著，操控技术简单，可以作为影像采集、遥感测量、移动监控等平台。搭载任务载荷设备，利用移动作业指挥车，有效交互电网管理信息系统，支持电网运维工作。

2 无人机典型应用场景

2.1 人机协同巡视

用电网设备进行常规巡视时，采用无人机、人工协同巡检模式，由技术人员操控无人机，利用搭载可见光相机、紫外成像装置、红外热成像，全面做好精细化巡视，回传现场图像、视频数据。地面人员采用人工判断、智能自动识别等方式，准确查找和评估设备缺陷。技术人员通过分析，掌握设备缺陷问题，尤其是杆塔瓶口缺陷，注重提升巡检效果[1]。

2.2 故障设备快速巡查

电网设备发生故障会减缓人工排查速度，整体效率低下。当遇到复杂地形环境时，明显延长人工到达时耗，不能有效开展工作。采用无人机巡视故障时，可第一时间赶到故障现场，及时检测设备损伤与故障情况，缩短故障排查时间，降低不良风险，全面提升故障巡查效率。对于外力因素导致的电网故障，借助无人机可巡查灾情，掌握电网损失情况，为供电装置抢修提供决策依据。

2.3 排查外部风险隐患

电网设备外部风险涉及设施保护区、施工作业区等区域。利用无人机测绘技术、全球定位系统模块，可以实现精准化定位。利用高分辨可见光设备、三维激光扫描设备、全景相机，可以测绘变电站线路走廊，确保全景影像、正射影像、三维模型的精确度，收集和判断安全隐患距离，掌握树障生长信息。

2.4 辅助电网规划设计

电网线路途经地区地理环境复杂，采用卫星遥感影像、载人航空器影像规划路径，不能确保数字资料精确度，还会加长观测时间。利用无人机航空测绘技术，可短时间内测量和采集影像资料，从而形成正射影像或三维影像，制定个性化线路规划方案。

2.5 电力工程与检修

电力线路架线施工中，注重建设引导线。进行人工展放操作时，地理因素影响较大，施工组织难度大，会明显增加危险性，对工程效率与成本影响大。通过无人机展放引导线，可以提升操作效率，减少不良安全隐患。工程竣工验收时，不再使用人工登塔方式，开始应用无人机巡检模式，利用搭载可见光相机，拍摄和记录不良缺陷，不仅可以降低人工劳动强度，还可以缩短运输时间。电网检修操作中，通过无人机搭载喷火装置，可以清楚电力线路导地线悬挂异物。

2.6 施工现场督查与巡查

在施工现场开展督查工作时，检查人员深入施工现场，劳动操作强度大，会降低整体检查效率。采用无人机搭载可见光相机，有效监察作业现场施工进度，不仅可以查看作业布置、操作进度，还可以监督安全器具使用情况。利用无人机搭载喊话器，可以有效指导现场人员施工。

2.7 无人机助力配网工程验收工作

以往进行验收工作时，基本采用人工登检、地面望远镜查看的方式，费时费力，工作效率较低。上下塔耗时较长，而且人在塔上局限性太大，人工验收存在大量视线死角，如果这些缺陷没有被发现就投运，那后果不堪设想。无人机可以在高空对铁塔、金具、导线连接点、瓷横担绑扎、线路通道等验收点进行各角度全方位拍照，将无人机行动灵活、拍照清晰等优点运用到配网线路项目的验收工作当中。

2.8 无人机担任“空中哨兵”

在临近电力线路的外力施工作业区域，利用空中“哨兵”速度快、受地形影响小、覆盖面广的特点，制定自动巡航路线，自动巡视时，当后台人员发现有异常，立即启动无人机前往机械上空适当位置喊话警告，及时监控现场。如果对方没有第一时间停止及离开，运用无人机确定“标靶”位置，迅速安排运行维护人员到场，对违章作业行为进行“精准打击”及旁站。

3 无人机关键技术与研究方向

3.1 智能自主巡检

应用无人机技术可以实现智能自主巡检，研发智能无人机装备，确保环境适应性、作业智能化、接口标准化。关键技术要点包括航线自动规划、巡检起降平台、自动识别与控制、动态定位。研究和开发自主衔接起降平台，具备自主化充电、起降等功能。利用三维数据、激光点云自主规划航线，利用卫星系统保障动态定位精度，利用边缘计算法自动识别和控制机载AI前端。透过卷积神经网络，自动识别图像信息，实现无人机集群协同操作。

3.2 扩展作业技术范围

在智能电网施工现场，注重拓展技术应用范围，采用无人机技术测试绝缘子憎水性，检测树障距离、瓷质绝缘子零值。注重研究和分析常规检修技术，包括带电水冲洗、物料吊装、喷涂防污染涂料。通过无人机技术检测，加大作业协同监护力度[2]，同时落实作业保障与现场核查，提升电网设备检测水平，同时落实智能化检修操作。

3.3 智慧巡检管理

无人机巡检管理系统的整体计算能力较低，优化整合效果不佳。利用5G技术、云计算技术、大数据技术可以加强无人机环境感知力，自主识别目标属性，优化整合空域，指挥控制多机设备。同时注重规划集权协同路径，交互协同语义，提升技术可行性。智慧巡检管理对无人机管控的精细化、信息化与标准化要求较高，融合多元巡检数据，建立时序信息数据库，主要存储巡检影像图像。采用智能化算法，科学分析数据信息，更新和完善缺陷智能识别算法。联合无人机设备、相关业务平台，不仅可以联动信息，还可以共享数据。采用人工智能技术、云雾边技术管理无人机智慧巡检全过程。

4 无人机技术在智能电网巡检中的应用实践

4.1 无人机智能巡检技术

4.1.1 线路通道巡视

输电线路的巡检周期比较固定，通常每2个月为1周期，特殊情况下，可能会缩短或者延长巡检周期。无人机沿着线路方向飞行，实现自动拍照，开启便捷巡视通道。无人机通道巡视的优势如下：①降低伤亡率，具备较高安全性。与人工巡视方式相比，无人机可以减少体力劳动，可有效跨越河流、高山等特殊地区。②受地理条件限制小。选择适宜的起飞点，无人机可以遵循制定路径、飞行策略运行。当遇到洪涝、地震等自然灾害时，可以巡检受灾区域电力线路。③巡视效率高、速度快。一般情况下，无人机通道巡视时，飞行速度为10 m/s，飞行距离为每小时数千米。短线路飞行1～2架次即可完成巡检任务，避免人员投入大量时间与精力。④巡视范围广，直观性强。无人机高空飞行，沿着线路路径巡视，可以扩大云台视野范围。直观展示出通道保护区对电网安全的影响，比如山体塌方、钓鱼、机械施工、工程建设等[3]。

4.1.2 线路树障巡视

输配电线路运行期间，由于线下树竹生长，会发生放电跳闸事故，对电力系统运行稳定性影响大。利用输电线路路悬链方程、专业软件，可准确计算架空线路、地面物体的交跨距离。电力运维部门按照计算结果处理危害树障点，积极预防树障跳闸事故发生。

4.1.3 杆塔精细化巡视

对杆塔进行精细化巡视时，密切观察导地线、杆塔本体、绝缘子、金具的缺陷与不足。相比于人工登塔巡视法，利用无人机拍摄杆塔不同部件，具有如下优势：高效率，高安全性，无需人工登塔巡查；无死角，无人机在巡视在运线路、验收新建线路方面，所发挥的优势显著。

4.1.4 其他巡视技术

无人机云台视角广阔，且操控性能优越，可以广泛应用到电网中。其他巡视技术的作用如下：①360°全景技术。运用无人机航拍技术制作360°全景影像，明确线路杆塔周边地形地貌，同时指导线路走向规划、站址规划等。②故障查询。当输电线路发生故障时，运用无人机可查看金具、瓷瓶、放电灼烧痕迹，无需人员反复登杆查看。③地形测绘技术、三维实景建模技术。通过无人机云台正射、倾斜摄影，运用专业软件技术，可对地形进行三维、平面重建，具备测量体积、测量面积、测量距离的功能。

4.2 技术要求及巡检方案

4.2.1 技术要求

对无人机通道、树障进行巡视时，应当设置飞行前控制参数。设置自动返航电量，保证无人机返航时电量充足。通常情况下，返航电量为电池电量的30%。选择无人机起飞降落点，设置巡检飞行塔里程。起降点与线路杆塔距离较近，应确保无人机电量充足，完成巡检任务。通常情况下，控制在500 m以内。高海拔地区注意起降点周边高物体问题，防止无人机发生碰撞事故。设置航向重叠度、旁相重叠度，确保进入测区的高度正确。

4.2.2 巡检方案

无人机巡检期间，需规划线路巡视路径，选择无人机起降点、每架次覆盖杆塔数量时，巡检小组携带2架无人机。无人机巡检之前，应制定飞行计划指标。飞行计划管理结束后，规范执行飞行任务。利用现场飞行轨迹，实时上传巡检数据。完成飞行任务后，利用管理系统数据库建模分析巡检数据。利用专家诊断、模型优化分析，导出作业成果报告，同时比较飞行数据指标。利用应用架构，可管理无人机巡检任务资源、数据、系统与指标。无人机进行通道巡检的时间短、速率高，将邻近线路、交叉线路融入到巡检任务中，可以缩短车辆行程，全面提升巡检效率。无人机进行树障巡视期间，对无人机姿态稳定性要求高，巡检飞行速度缓慢，长线路单独规划路径。精细化巡视主要包含全手动操控，无特殊路径规划需求，可以满足无人机遥控、图传距离等要求。全自动化、精细化巡视，要求密切记录操控轨迹，后续巡视的便利性强[4]。

5 无人机技术未来发展趋势与作用

5.1 建设智能数字化电网

数字电网、智能电网是重要发展趋势，利用现代信息技术，自动感知状态，一体化管控作业，提升电网信息数字化、决策指挥智慧化水平，注重控制和维护电网智能化运行。采用无人机技术，优化设计电网规划，掌握准确的点云数据，全面做好数字化重建工作。利用无人机设备，获取影像数据，利用设备工况参数，融合分析相关数据信息。在无人机设备上搭载不同载荷，可以有效维护电网运行，做好应急抢险、检修检测、施工监督等工作。

5.2 建立立体化巡检体系

建立和完善智能巡检体系，落实管理体系，加大技术支持力度，建设智慧管理与控制平台。采用此种方式，有助于提升无人机智能巡检水平，智能识别缺陷问题，科学分析数据信息，实现无人机巡检技术的智能化、标准化发展。电网设备巡视时，合理应用无人机技术，转变自主巡检模式。利用状态在线监测、带电检测技术，提高通道可视化水平，同时建立立体化巡检体系，有效弥补人工巡检的不足。

5.3 建设新能源电网

在应用新能源后，建设问题也会影响智能电网规划，智能电网必须满足电网整体发展需求，不断加强新能源能力、电力能源供应能力。在智能电网发展过程中，应当满足新能源的发展需求。研发新设备，促进技术更新升级，以此提升城市配电网的可靠性和兼容性，提高城市电力能源的供应质量，全面提升电网的应急供电能力和安全性。所以，建设智能电网期间，注重建设和安装地线、杆塔、导线，避免受到工作地线影响。建设智能电网，采用无人机技术勘察场地环境，确保工程负责人掌握地区实际情况，制定科学化施工方案。采用无人机技术，对施工现场状态进行监控，管理人员掌控工程进度，完成相关施工工作。智能电网建设期间，采用无人机技术可提升工作效率，减少高危施工作业。