基于无人机巡视技术的配网差异化运维策略

基于无人机巡视技术的配网差异化运维策略

周浑强

(广西电网有限责任公司贵港平南供电局广西537300)

摘要：为了能实现输电线路上无人机的自动巡检，提出了无人机自动飞行及相机自动拍摄的控制方法。自动飞行控制是基于测量无人机与输电线路相对距离的一种PID控制，但输电线路本身是一种镂空的线状结构且无人机巡检的环境比较复杂使得传统视觉测距方法的应用受限。通过结合输电线路姿态及拍摄角度，建立了符合应用场景的测距模型并测量了无人机相对输电线路的水平及垂直飞行距离，而且在此测距模型的基础上建立了自动拍摄的PID控制机制。最后，通过对无人机自动飞行及自动拍摄的控制进行仿真验证了无人机自动巡检的可行性。

关键词：无人机巡视；差异化；运维策略

引言

A县位于山区，地形多属于山地，环境复杂，许多配电线路跨越高山与河流。加上近年来，经济不断发展，该地区的用电量不断增加，配电网也随之不断发展壮大。截止2018年1月中旬，A供电局管辖地区的10kV配电架空线路87条共1659多km，公用配电变压器1226台，配电设备的不断增加，而从事配电运维工作的人员不足80人，线路设备日常巡视维护工作压力巨大。如何利用有限的人力资源完成巨大的配电设备巡视运维工作，成了A供电局管理创新探索的重中之重。

1无人机巡视技术简介

1.1多旋翼无人机简介目前应用于配网巡视的无人机种类多，但多为四旋翼和六旋翼的多旋翼无人机。多旋翼无人机具有以下几方面的优点。

无人机可垂直起飞和降落，无需任何辅助装置，不需要专门的机场和跑道，对环境要求极低，可在野外随处起飞和降落。

无人机飞行精度高，可长时间悬停、前飞、后飞、侧飞和盘旋等。多旋翼无人机能在平原、湖泊、高山等地形地貌下飞行巡检，可以利用空中优势，全方位、高精度检查输电线路运行情况，因此能够很好地弥补人工巡检的不足。

无人机速度可控范围大，智能化程度高，可实现程控自主飞行及自动返航等多种先进功能;操作十分简便有效，有较强的容错能力，系统性能稳定可靠、机动灵活，运行成本低。

4）在夜晚，无人机同样也能发挥作用，无人机搭载的热成像设备，可以通过温度异常变化对比值，发现隐蔽性较强的故障点，比如导线、线夹、引流线有无发热点，绝缘子、杆塔有无击穿发热等。结合传统可见光巡线，热成像巡线能顺利完成夜间输电设备故障巡检，大大提高故障点检测的准确性，为故障抢修赢得宝贵的时间。

1.2多旋翼无人机运维作业目前多旋翼无人机在配网运维中可以开展以下几类作业：正常巡视、故障巡视、灾情勘察、杆塔定位等。

正常巡视：按照多旋翼巡检计划对架空线路本体、附属设施、线路通道等进行的常规巡检作业。

故障巡视：运行单位为查明线路故障点，故障原因及故障情况等所组织的线路巡检作业

3）灾情巡视：当发生地震、泥石流、山火、严重覆冰等自然灾害后，根据需要派出无人机对受灾地区进行灾情调查拍摄和录像取证，搜集设备受损及环境变化情况的作业。

4）杆塔定位：利用无人机收集杆塔经纬度坐标，坐标精确度高，将收集的杆塔经纬度坐标数据录入雷电定位系统，能更好的监控落雷情况，更好的做好配电线路防雷工作。

2基于无人机巡视技术的配网差异化运维策略

2.1配网差异化运维策略概念

文献配电线路、设备差异化运维策略是以强化现有基础数据管理，采用各类信息化管理手段（如电网SCADA系统、配电自动化系统、生产信息系统等），以及各类离线、在线的检测手段（如红外检测、局部放电检测等），开展配电线路、设备状态评价和重要性评估，按照设备健康度和重要度两个维度对设备进行管控级别划分，对不同管控级别的设备实施分层、分类、分专业管控，达到防止故障发生，减少故障停运时间与停运损失，提高设备利用率的目的。制定配网差异化运维策略要经过以下几个方面工作：开展设备状态评价，确定设备健康度；开展设备重要性评估，确定设备重要度；根据设备风险矩阵，确定设备管控级别；制定工作计划，开展运维工作。正常情况，文献市区配电线路及设备巡视周期为1个月一次，郊区及农村地区配电线路及设备巡视周期为3个月一次，引入配网差异化运维策略后，线路巡视周期如实记录。

2.2基于无人机巡视技术的差异化运维策略

（1）无人机巡视技术配网运维应用总体情况A供电局从2017年7月份在配网运维中引进无人机巡视技术，目前全局已拥有无人机15台，自主培训无人机飞行人员13人，已经能利用无人机对配电线路及设备进行正常巡视、故障巡视、监察巡视、灾情勘察、杆塔经纬度定位等工作，至今该局已利用无人机开展各类巡视1600多km，并为全局85条公用配电线路制定了“人巡＋机巡“差异化巡视策略。（2）选取典型10kV配电线路A局引入无人机技术后，选取10kV工业园Ⅰ线、10kV大洲线和10kV新太线3条农村线路作为无人机巡视技术应用的试点选路。结合该3条线路的历史资料及实际勘察资料，将3条路线线行走廊情况分类及人巡、机巡巡视方式制定。10kV大洲线正常巡视周期为每3个月一次，特殊巡视每月/1次（实际三个月2次，1次结合正常巡视开展）。（3）基于无人机技术巡视的差异化运维策略优势1）利用无人机进行巡视，缩短巡视时间。以试点线路10kV大洲线为例，该条线路总长度22km，全线基本跨山过江（跨山过江杆塔共119基，路边杆塔约40基），以现有人工巡视模式每两个人一组共两组进行巡视，如果每一基杆塔都到位巡视，巡视159基杆塔至少花费80h。但如果使用无人机巡视，一人飞行一人监护仅花费人工巡视的1/16的时间也就是5h（机巡139基跨山过江杆塔约3h，人巡40基路边杆塔约2h）就可以巡视完毕。以试点线路10kV工业园Ⅰ线雷击故障后线路特巡为例，要查找该线路雷击后线路及设备损坏情况，必须在继续停电的情况下登杆进行。利用无人机可以在不停电的情况下对全线避雷器、绝缘子雷击损伤情况进行全方位巡视，很方便简易的找出所有受损的设备，甚至对安装在高山上的杆塔顶部存在放电痕迹、雷击损坏的避雷器、绝缘子以及受损的导线等设备缺陷也能很容易查找出来。另外，当遇到冰雪水灾、地震、滑坡等自然灾害及架设在既有猛兽和有毒生物的高山密林的杆塔，人工巡线无法开展，利用无人机也能轻松进行巡视。2）利用无人机作业效果更佳。利用无人机对杆塔进行经纬度定位，不仅快速、而且能精确到小数点15位，而利用手机定位不仅慢而且只能精确到小数点2位，精确度更高。另外，对于例如洪水、火情等灾害，利用无人机进行勘察及监控比人工监控更直观、明了，而且对于灾情的发展情况掌控的更准确，大幅提升洪水防控和火灾防控能力。

3无人机技术短板

目前无人机仍然存在以下几方面的不足。1）无人机蓄电池续航能力低，一块电池大约只能飞行15～20min，就会被迫返航更换电池，大大降低工作的可续型。另外因为无人机电池续航能力低，为保证巡视工作量，只能更多的配备电池。2）目前无人机采用2.4G频段的数字全高清视频传输技术，仅在100MW的发射功率下传输图像，如果控制面板与无人机相隔一座大山或在干扰源影响大的情况下，将导致传输回来的信息失真，甚至无人机将不受控制而坠毁。

结语

对于类似于A供电局配电线路因架设在山地、跨越河流等复杂环境造成的巡视运维难的问题，引入了无人机巡视技术，大大提高了该局工作效率，降低了该供电局配电巡视运维的压力。但该局还应继续优化基于无人机巡视技术的配网差异化运维策略，并克服无人机技术现有的技术缺点，从而进一步提升无人机技术在该局配网运维的优势，让无人机切实减负基层、为基层运维工作服务。

参考文献:

[1]彭向阳，等．基于无人机多传感器数据采集的电力线路安全巡检及智能诊断［J］.高压技术，2015，41（1）

[2]邓荣军，等．基于遗传算法的输电线路无人机巡检路径规划［Ｊ］．计算机测量与控制，2015，23（4）

[3]王万国，等．基于无人机图像的输电线断股与异物缺陷检测方法［J］计算机应用，2015，35（8）