电网无人机巡检技术应用研究

李文乐

（国网冀北电力有限公司超高压分公司大同分部，山西大同 037000）

0 引言

当今时代，无人机技术飞速发展，为多个领域带来了创新性应用，为电网巡检提供了前所未有的机会。国家电网敏锐地捕捉到这一趋势，2020 年制定了《无人机智能巡检作业体系建设工作方案》。这个方案不仅是对无人机新技术应用的探索，更是对传统电力巡检模式的一次颠覆性创新。

运用先进无人机技术，结合数据处理和分析能力，构建一个高效准确的智能巡检体系。而这一体系的建设不仅仅是技术层面的创新，更涉及管理和运营的深度变革。首先，国家电网提出了以无人机为主导的协同自主巡检模式，这意味着在未来的电力巡检中，无人机将扮演主角，大大提高巡检的效率和安全性。与此同时，这种模式还强调了协同作业，即通过各种技术手段和管理策略，确保无人机、人工智能以及其他相关技术的高效整合与协作。

国网电力输出明确以提升无人机自主巡检作业和智能分析能力为核心目标。这表明，未来的电力巡检不仅仅是简单地采集图像和数据，更重要的是能够对这些数据进行智能分析，及时发现潜在的风险和问题。为了支撑这一目标的实现，方案还提出了完善无人机智能巡检作业的管理体系和技术支持体系，确保从技术到管理，从策略到执行，整个体系都能够高效运作。

1 应用无人机电力巡检技术的重要性

随着电力网络的复杂性和覆盖范围的扩大，输电线路的巡检和维护显得尤为重要。大型电力网络不仅覆盖广泛的地理区域，还常常面临各种各样的天然环境和人为挑战。从平原到高山，从沙漠到雨林，电力线路往往经过最为险峻和恶劣的地形，这给巡检工作带来了巨大的难度。

由于各种地理和气候条件，输电线路、电线杆和铁塔的运行环境往往相对恶劣。例如，在高山或丘陵地带，巡检人员需要攀登或长时间徒步，以到达线路或铁塔的位置。此外，由于电力网络的广泛分布，巡检人员需要长时间在户外工作，面对风吹日晒、雨淋雪打等自然条件。这不仅给他们的身体健康带来风险，也增加了工作的难度和时间。然而，巡检的重要性是不可或缺的。电力线路和相关设施的维护状况直接关系到电力的稳定供应和用户的安全。任何小小的故障或损坏都可能导致电力供应中断或电力事故。因此，及时准确地检查并维护电力线路和设施，对于电力公司和用户来说都是至关重要的。

但在实际操作中，由于人员、物资和技术的限制，传统的巡检方式往往难以满足需求。尤其是在广大的农村和偏远地区，地形和气候的挑战使巡检工作难度大大增加。这不仅影响了电力的稳定供应，也给电力公司带来了巨大的经济压力，因此可以用无人机巡检代替偏远山区人工技术。

在各级城市中，生产一线线路检查的人员较少，国网电线则绵延数千公里。雨雪等气候环境较差，电力传输功能可能会受到削弱，因此线路检查工作很难很好地完成。

在这样的背景下，无人机技术的引入无疑为电力巡检带来了革命性的变革。作为一种新型的电检工具，无人机集成了多种先进技术，如无线遥控、自动导航和高清摄像等，使其在电力巡检中显示出卓越的性能。无人机的远程控制能力意味着巡检人员不再需要亲自到达线路或铁塔的位置，而只需要在地面操作无人机，即可完成巡检任务。这大大减少了人员的体力消耗和安全风险，也缩短了巡检的时间和成本。

无人机的高清摄像技术可以为巡检人员提供清晰准确的图像信息。这不仅使员工能够更加详细地检查线路和设备的状况，也消除了传统巡检中肉眼视觉偏差和光学器件性能问题带来的误差。无人机的低成本和可操控性，使其成为电力巡检的首选工具。与传统的人工巡检相比，使用无人机可以大大减少人力、物资和时间的消耗，也大大提高了巡检的精确性和效率。

无人机技术的引入为电力巡检带来了革命性的变革。其高效、安全、准确的性能不仅满足了电力公司的需求，也为用户带来了稳定、安全的电力供应。未来，随着技术的进一步发展和应用，无人机在电力巡检中的作用将会更加突出，也将为电力行业带来更多的机会和挑战。

2 电网无人机巡检关键技术

2.1 续航技术

由于无人机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杆塔，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巡航。

2.2 数据收集技术

数据收集技术包括物联网、AI 技术、人工智能、5G、边缘计算、云计算等，它们在无人机智能巡航中扮演着重要的角色，这些技术的全面发展和综合运用是实现真正意义上的无人机智能自主巡航的关键。物联网技术可以实现设备之间的互联互通，使无人机能够实时获取大量的数据。AI 技术和人工智能则赋予了无人机自主决策和智能分析的能力，使其能够更好地应对复杂环境。5G 技术提供了高速稳定的通信支持，边缘计算和云计算则可以处理和存储海量数据。这些技术的协同作用可以进一步提升输电线路巡检工作的效率，确保电力系统的可靠性和安全性。因此，无人机需要多领域技术协同发展，以应对日益复杂的电网巡检需求。

2.3 自主巡检技术

在现代电力输电体系中，无人机技术的引入被视为一种创新手段，它能够帮助工程师和技术人员更高效、安全地检查和维护输电线路。值得注意的是，不同地理和气候条件下的输电线路巡检，都对无人机技术提出了不同的需求和挑战。例如，地形地貌的复杂性、不稳定的风速和风向等因素，都会对无人机的飞行稳定性和拍摄质量产生影响。此外，由于无人机的软硬件条件限制，如续航能力、重量和尺寸等，使其无法满足长时间、大范围的巡检需求。这意味着，传统的无人机巡检模式往往需要人工干预，且需要多次更换无人机和电池，增加了作业的复杂性和成本。

研发团队提出了一种输电线路无人机自主巡检的解决方案。首先，通过固化作业点和建立标准化航线库，无人机可以自主执行巡检任务，无需人工干预。用户只需在无人机运维管控系统中一键触发巡检任务，无人机就会自动飞行、拍摄，并实时回传巡检视频。此外，运维管控系统还可以自动下载巡检图像，分类、分析并生成巡检报告，大大减少了人工筛选、识别和存储的工作量。

无人机自主巡检技术的引入，不仅提高了巡检的效率和准确性，还大大降低了运维人员的工作难度。传统的无人机巡检需要专业的操控技能，而自主巡检技术则允许运维人员摆脱烦琐的数据整理工作，将更多的精力投入输电专业核心技术的学习和研究中。实际应用中，自主巡检技术还显示出对电力通道隐患的高效治理和检查能力。

随着技术的不断发展，无人机自主巡检技术将更加完善，更多的功能和特性将被引入，如智能识别、自动决策等。这将进一步提高无人机在电力输电线路巡检中的作用和价值，也将为电力行业带来更多的机会和挑战。

2.4 图像识别技术

图像识别作为现代技术的一部分，对红外成像、紫外成像以及POS 系统进行深度判读。这种技术能够准确地找出线路中的微小问题，并及时地进行修复。这不仅提高了线路的安全性，还能大大减少由于设备故障导致的电力停供时间。在电力巡检中，采集的数据量巨大。为了提高数据处理的效率，多传感器立体过滤技术应用而生。它可以对大量数据进行快速有效的过滤，只保留对巡检有意义的数据，从而大大提高了工作效率。

深度学习模型，特别是卷积神经网络（CNN），已经在图像识别领域取得了突破性进展。这些模型可以自动从数据中学习特征，并进行准确的分类。在电力巡检中，这意味着可以自动识别出线路中的各种缺陷，如裂纹、腐蚀等，从而大大提高巡检的准确性和效率。电力线路周围的环境变化快速，导致图像背景复杂，增加了图像识别的难度。为了解决上述问题，研发人员正在探索多种优化策略。其中之一是增强学习，它可以使无人机在飞行中自动调整其飞行姿势，以获得最佳的拍摄效果。引入更先进的图像识别算法，如迁移学习，可以帮助模型更好地适应复杂的背景，从而提高识别的准确性。未来，随着技术的不断发展，无人机和图像处理技术将在电力巡检中发挥更大的作用。不仅能够提高巡检的效率，还能大大降低人为因素带来的风险，确保电网的稳定和安全运行。

3 无人机巡检技术在电网传输中的应用

3.1 植被管理应用

在电网管理中，植被的控制至关重要，因为过近的植被可能对电力线路造成威胁。传统的植被管理方法依赖于地面观察和载人飞机巡查，这些方法不仅成本高昂，而且在复杂地形中的准确性有限，无人机可以提供一种高效的解决方案。

无人机能快速扫描电力线路走廊，并创建精确的二维和三维模型，这些模型能够测量植被与电线之间的准确距离，从而帮助电力公司设置安全的间隔。这种方法的优势在于，无人机可以在短时间内覆盖大面积区域，且在数据获取和处理上远比传统方法高效。

通过使用无人机，电网公司能够更有效地管理植被，减少由植被引起的电网故障和停电事件，提高电网的整体可靠性和安全性。

3.2 详细检查与标准化数据

详细检查是电网巡检中的一个核心环节，涉及对电网构件的细致审查。在传统巡检模式中，这一过程不仅耗时而且劳动强度大，因为检查人员需要亲自检视每个电塔的所有组件。此外，由于缺乏标准化，传统检查所收集的数据难以进行自动化分析和缺陷识别。

无人机技术在此方面进行了显著改进。无人机可以被编程执行自动化飞行路线，以高精度检查高耸的电网资产。它们能够创建详细的3D 点云图，无需人工操作员冒险攀爬高空，大大降低了安全风险。此外，无人机携带的高分辨率摄像头和传感器可以捕获电网构件的每一个细节，无论是腐蚀、裂纹还是其他形式的损伤。

无人机收集的数据具有高度的标准化，这意味着这些数据可以被直接输入分析软件中，自动识别潜在的缺陷和问题。这种标准化的数据输出极大地提高了巡检的效率，减少了人为错误，并且使电网运营商能够更快速、准确地做出维护和修复决策。

通过无人机技术，电网巡检过程变得更加闭环和高效。从数据的收集、处理到故障的诊断和响应，每个环节都得到了优化，确保了数据的完整性和巡检的高效率。

3.3 热成像检查

热成像检查在电网巡检中起着至关重要的作用，它帮助识别因过热可能导致的电网问题。在无人机技术出现之前，这种检查通常依赖于地面设备或昂贵的直升机巡检，这些方法不仅成本高，而且难以覆盖所有高大结构，反应时间较慢。

无人机改变了热成像检查的方式，配备了放射热传感器的无人机可以从多个角度捕捉电网资产的图像，这不仅提高了检查的全面性，也增强了检查的精确性。无人机的操作简单快捷，能够迅速起飞，不受复杂设置要求的限制，对电网的响应更为及时。

在进行热成像检查时，无人机可以提供关于电网资产的可视化和实时温度读数。这些数据对于快速识别问题至关重要，如过热的变压器或有缺陷的绝缘体，通过实时捕捉这些信息，电网运营商可以迅速采取行动，进行必要的维护或更换，从而预防可能的故障和停电。

无人机的灵活性允许它们在复杂的环境中进行操作，如高山或密林地区，这些区域对于传统热成像方法来说是一个挑战。因此，无人机不仅提升了热成像检查的效率，还扩大了巡检的范围，保证了电网的整体稳定性。

3.4 故障检查与响应

电网系统中的故障检查是一个关键环节，它要求快速准确地识别和响应潜在的问题，以避免更大规模的电力中断或设备损坏。在无人机技术未被广泛应用之前，这一过程主要依赖于人工巡检和地面设备，这些方法不仅耗时，而且很难涵盖所有可能的故障点。

无人机为故障检查带来了显著的改进。由于其独特的空中视角，无人机能够快速地捕捉电网资产的全貌，这使得检查团队能够迅速准确地定位任何故障，从而及时采取必要的维护或修复措施。这种快速反应的能力在紧急情况下尤为重要，因为及时发现和修复故障能够显著减少由停电引起的损失。

3.5 夜间巡检解决方案

夜间巡检是电网管理中一个特别具有挑战性的领域。在光线不足的情况下，传统的巡检方法效率低下，且风险较高。人工巡检在夜间视线受限的条件下难以执行，而使用载人飞机或地面车辆进行巡检则成本昂贵且效果有限。无人机技术为这一挑战提供了有效的解决方案。

配备了探照灯和热传感器的无人机能够在低光照条件下，甚至在夜间进行有效的巡检。这些设备使无人机能够清晰地捕捉到电网设施的图像，即使在环境光线极为有限的情况下也可以进行巡检。

无人机在夜间巡检中的使用大大提高了巡检的安全性和有效性。通过远程操作无人机，减少了工作人员在夜间或恶劣天气条件下的直接暴露风险。此外，无人机的灵活性和机动性使得它们可以迅速部署到关键地点，执行必要的检查工作，打破了传统巡检方法的局限。

通过无人机进行的夜间巡检不仅提高了电网资产的监测频率，还为电网管理提供了额外的层次，确保了电网在24 小时内的连续安全运行。这种全天候的监控能力对于预防故障和及时响应至关重要。

4 结语

通过利用无人机进行巡检，可以有效地解决传统巡检方法无法解决的问题。在电力输送领域，传统的巡检方式早已无法满足现代社会日益增长的需求，特别是在高压电力线巡检方面，无人机技术的出现为此问题提供了一个创新的解决方案。与传统方式相比，无人机技术在巡检高压电力线时具有明显的优势，它可以覆盖更广阔的区域，而且可以更快速地完成任务。无人机可以在各种天气和地理环境下工作，大大提高了巡检的灵活性和可靠性。无人机还可以携带多种传感器，如红外线、紫外线和高分辨率相机等，能够捕捉到传统方法遗漏的问题。

无人机技术为电力输送领域带来了革命性的改变。它不仅提高了工作效率，降低了成本，还为确保电网的稳定和安全运行提供了有力的技术支持。因此，这是一个值得继续深入研究和推广的领域。