鄧明

（廣東電網(wǎng)有限責任公司廣州南沙供電局，廣東 廣州 511400）

在現(xiàn)代經(jīng)濟及技術支持下，電網(wǎng)工程規(guī)模持續(xù)擴大，出現(xiàn)了數(shù)字電網(wǎng)、智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)等，對電網(wǎng)建設與管理的影響非常大。傳統(tǒng)管理模式無法滿足電網(wǎng)智能化、數(shù)字化技術要求。運用無人機技術可提高智能電網(wǎng)作業(yè)效率，實現(xiàn)地理測繪、航空攝影，為各行業(yè)發(fā)展提供技術保障。國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)注重研究和應用無人機巡檢技術，驗證無人機技術在電網(wǎng)運行維護中的應用效果，同時可以降低運維勞動強度，提高巡檢質(zhì)量。

1 無人機在智能電網(wǎng)中的應用優(yōu)勢

1.1 無人機技術

無人機技術的運用不受地理交通影響，可以應用到任何環(huán)境中。注重無人機飛行軌跡、起降地點、速度控制，借助機載設備可實現(xiàn)對地掃描、測量攝影等操作。

無人機設備作為信息采集平臺、任務作業(yè)平臺，按照任務實際需求，搭載掃描設備，結合地面信息接收與處理系統(tǒng)。遵循預設飛行路線，全面完成作業(yè)任務。與衛(wèi)星系統(tǒng)相比，無人機技術的便捷性與精確性較高。

1.2 無人機技術的應用意義

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，用電負荷量相應增加，應當保證電網(wǎng)運行安全性，將其作為社會關注熱點。電網(wǎng)運行維護問題較多，尤其是電力線路段差異大，不管是人工定期巡查、直升機巡航，還是采用在線監(jiān)測裝置，都應當滿足運行維護需求。制造和維護無人機優(yōu)勢顯著，操控技術簡單，可以作為影像采集、遙感測量、移動監(jiān)控等平臺。搭載任務載荷設備，利用移動作業(yè)指揮車，有效交互電網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，支持電網(wǎng)運維工作。

2 無人機典型應用場景

2.1 人機協(xié)同巡視

用電網(wǎng)設備進行常規(guī)巡視時，采用無人機、人工協(xié)同巡檢模式，由技術人員操控無人機，利用搭載可見光相機、紫外成像裝置、紅外熱成像，全面做好精細化巡視，回傳現(xiàn)場圖像、視頻數(shù)據(jù)。地面人員采用人工判斷、智能自動識別等方式，準確查找和評估設備缺陷。技術人員通過分析，掌握設備缺陷問題，尤其是桿塔瓶口缺陷，注重提升巡檢效果[1]。

2.2 故障設備快速巡查

電網(wǎng)設備發(fā)生故障會減緩人工排查速度，整體效率低下。當遇到復雜地形環(huán)境時，明顯延長人工到達時耗，不能有效開展工作。采用無人機巡視故障時，可第一時間趕到故障現(xiàn)場，及時檢測設備損傷與故障情況，縮短故障排查時間，降低不良風險，全面提升故障巡查效率。對于外力因素導致的電網(wǎng)故障，借助無人機可巡查災情，掌握電網(wǎng)損失情況，為供電裝置搶修提供決策依據(jù)。

2.3 排查外部風險隱患

電網(wǎng)設備外部風險涉及設施保護區(qū)、施工作業(yè)區(qū)等區(qū)域。利用無人機測繪技術、全球定位系統(tǒng)模塊，可以實現(xiàn)精準化定位。利用高分辨可見光設備、三維激光掃描設備、全景相機，可以測繪變電站線路走廊，確保全景影像、正射影像、三維模型的精確度，收集和判斷安全隱患距離，掌握樹障生長信息。

2.4 輔助電網(wǎng)規(guī)劃設計

電網(wǎng)線路途經(jīng)地區(qū)地理環(huán)境復雜，采用衛(wèi)星遙感影像、載人航空器影像規(guī)劃路徑，不能確保數(shù)字資料精確度，還會加長觀測時間。利用無人機航空測繪技術，可短時間內(nèi)測量和采集影像資料，從而形成正射影像或三維影像，制定個性化線路規(guī)劃方案。

2.5 電力工程與檢修

電力線路架線施工中，注重建設引導線。進行人工展放操作時，地理因素影響較大，施工組織難度大，會明顯增加危險性，對工程效率與成本影響大。通過無人機展放引導線，可以提升操作效率，減少不良安全隱患。工程竣工驗收時，不再使用人工登塔方式，開始應用無人機巡檢模式，利用搭載可見光相機，拍攝和記錄不良缺陷，不僅可以降低人工勞動強度，還可以縮短運輸時間。電網(wǎng)檢修操作中，通過無人機搭載噴火裝置，可以清楚電力線路導地線懸掛異物。

2.6 施工現(xiàn)場督查與巡查

在施工現(xiàn)場開展督查工作時，檢查人員深入施工現(xiàn)場，勞動操作強度大，會降低整體檢查效率。采用無人機搭載可見光相機，有效監(jiān)察作業(yè)現(xiàn)場施工進度，不僅可以查看作業(yè)布置、操作進度，還可以監(jiān)督安全器具使用情況。利用無人機搭載喊話器，可以有效指導現(xiàn)場人員施工。

2.7 無人機助力配網(wǎng)工程驗收工作

以往進行驗收工作時，基本采用人工登檢、地面望遠鏡查看的方式，費時費力，工作效率較低。上下塔耗時較長，而且人在塔上局限性太大，人工驗收存在大量視線死角，如果這些缺陷沒有被發(fā)現(xiàn)就投運，那后果不堪設想。無人機可以在高空對鐵塔、金具、導線連接點、瓷橫擔綁扎、線路通道等驗收點進行各角度全方位拍照，將無人機行動靈活、拍照清晰等優(yōu)點運用到配網(wǎng)線路項目的驗收工作當中。

2.8 無人機擔任“空中哨兵”

在臨近電力線路的外力施工作業(yè)區(qū)域，利用空中“哨兵”速度快、受地形影響小、覆蓋面廣的特點，制定自動巡航路線，自動巡視時，當后臺人員發(fā)現(xiàn)有異常，立即啟動無人機前往機械上空適當位置喊話警告，及時監(jiān)控現(xiàn)場。如果對方?jīng)]有第一時間停止及離開，運用無人機確定“標靶”位置，迅速安排運行維護人員到場，對違章作業(yè)行為進行“精準打擊”及旁站。

3 無人機關鍵技術與研究方向

3.1 智能自主巡檢

應用無人機技術可以實現(xiàn)智能自主巡檢，研發(fā)智能無人機裝備，確保環(huán)境適應性、作業(yè)智能化、接口標準化。關鍵技術要點包括航線自動規(guī)劃、巡檢起降平臺、自動識別與控制、動態(tài)定位。研究和開發(fā)自主銜接起降平臺，具備自主化充電、起降等功能。利用三維數(shù)據(jù)、激光點云自主規(guī)劃航線，利用衛(wèi)星系統(tǒng)保障動態(tài)定位精度，利用邊緣計算法自動識別和控制機載AI前端。透過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，自動識別圖像信息，實現(xiàn)無人機集群協(xié)同操作。

3.2 擴展作業(yè)技術范圍

在智能電網(wǎng)施工現(xiàn)場，注重拓展技術應用范圍，采用無人機技術測試絕緣子憎水性，檢測樹障距離、瓷質(zhì)絕緣子零值。注重研究和分析常規(guī)檢修技術，包括帶電水沖洗、物料吊裝、噴涂防污染涂料。通過無人機技術檢測，加大作業(yè)協(xié)同監(jiān)護力度[2]，同時落實作業(yè)保障與現(xiàn)場核查，提升電網(wǎng)設備檢測水平，同時落實智能化檢修操作。

3.3 智慧巡檢管理

無人機巡檢管理系統(tǒng)的整體計算能力較低，優(yōu)化整合效果不佳。利用5G技術、云計算技術、大數(shù)據(jù)技術可以加強無人機環(huán)境感知力，自主識別目標屬性，優(yōu)化整合空域，指揮控制多機設備。同時注重規(guī)劃集權協(xié)同路徑，交互協(xié)同語義，提升技術可行性。智慧巡檢管理對無人機管控的精細化、信息化與標準化要求較高，融合多元巡檢數(shù)據(jù)，建立時序信息數(shù)據(jù)庫，主要存儲巡檢影像圖像。采用智能化算法，科學分析數(shù)據(jù)信息，更新和完善缺陷智能識別算法。聯(lián)合無人機設備、相關業(yè)務平臺，不僅可以聯(lián)動信息，還可以共享數(shù)據(jù)。采用人工智能技術、云霧邊技術管理無人機智慧巡檢全過程。

4 無人機技術在智能電網(wǎng)巡檢中的應用實踐

4.1 無人機智能巡檢技術

4.1.1 線路通道巡視

輸電線路的巡檢周期比較固定，通常每2個月為1周期，特殊情況下，可能會縮短或者延長巡檢周期。無人機沿著線路方向飛行，實現(xiàn)自動拍照，開啟便捷巡視通道。無人機通道巡視的優(yōu)勢如下：①降低傷亡率，具備較高安全性。與人工巡視方式相比，無人機可以減少體力勞動，可有效跨越河流、高山等特殊地區(qū)。②受地理條件限制小。選擇適宜的起飛點，無人機可以遵循制定路徑、飛行策略運行。當遇到洪澇、地震等自然災害時，可以巡檢受災區(qū)域電力線路。③巡視效率高、速度快。一般情況下，無人機通道巡視時，飛行速度為10 m/s，飛行距離為每小時數(shù)千米。短線路飛行1～2架次即可完成巡檢任務，避免人員投入大量時間與精力。④巡視范圍廣，直觀性強。無人機高空飛行，沿著線路路徑巡視，可以擴大云臺視野范圍。直觀展示出通道保護區(qū)對電網(wǎng)安全的影響，比如山體塌方、釣魚、機械施工、工程建設等[3]。

4.1.2 線路樹障巡視

輸配電線路運行期間，由于線下樹竹生長，會發(fā)生放電跳閘事故，對電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性影響大。利用輸電線路路懸鏈方程、專業(yè)軟件，可準確計算架空線路、地面物體的交跨距離。電力運維部門按照計算結果處理危害樹障點，積極預防樹障跳閘事故發(fā)生。

4.1.3 桿塔精細化巡視

對桿塔進行精細化巡視時，密切觀察導地線、桿塔本體、絕緣子、金具的缺陷與不足。相比于人工登塔巡視法，利用無人機拍攝桿塔不同部件，具有如下優(yōu)勢：高效率，高安全性，無需人工登塔巡查；無死角，無人機在巡視在運線路、驗收新建線路方面，所發(fā)揮的優(yōu)勢顯著。

4.1.4 其他巡視技術

無人機云臺視角廣闊，且操控性能優(yōu)越，可以廣泛應用到電網(wǎng)中。其他巡視技術的作用如下：①360°全景技術。運用無人機航拍技術制作360°全景影像，明確線路桿塔周邊地形地貌，同時指導線路走向規(guī)劃、站址規(guī)劃等。②故障查詢。當輸電線路發(fā)生故障時，運用無人機可查看金具、瓷瓶、放電灼燒痕跡，無需人員反復登桿查看。③地形測繪技術、三維實景建模技術。通過無人機云臺正射、傾斜攝影，運用專業(yè)軟件技術，可對地形進行三維、平面重建，具備測量體積、測量面積、測量距離的功能。

4.2 技術要求及巡檢方案

4.2.1 技術要求

對無人機通道、樹障進行巡視時，應當設置飛行前控制參數(shù)。設置自動返航電量，保證無人機返航時電量充足。通常情況下，返航電量為電池電量的30%。選擇無人機起飛降落點，設置巡檢飛行塔里程。起降點與線路桿塔距離較近，應確保無人機電量充足，完成巡檢任務。通常情況下，控制在500 m以內(nèi)。高海拔地區(qū)注意起降點周邊高物體問題，防止無人機發(fā)生碰撞事故。設置航向重疊度、旁相重疊度，確保進入測區(qū)的高度正確。

4.2.2 巡檢方案

無人機巡檢期間，需規(guī)劃線路巡視路徑，選擇無人機起降點、每架次覆蓋桿塔數(shù)量時，巡檢小組攜帶2架無人機。無人機巡檢之前，應制定飛行計劃指標。飛行計劃管理結束后，規(guī)范執(zhí)行飛行任務。利用現(xiàn)場飛行軌跡，實時上傳巡檢數(shù)據(jù)。完成飛行任務后，利用管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建模分析巡檢數(shù)據(jù)。利用專家診斷、模型優(yōu)化分析，導出作業(yè)成果報告，同時比較飛行數(shù)據(jù)指標。利用應用架構，可管理無人機巡檢任務資源、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)與指標。無人機進行通道巡檢的時間短、速率高，將鄰近線路、交叉線路融入到巡檢任務中，可以縮短車輛行程，全面提升巡檢效率。無人機進行樹障巡視期間，對無人機姿態(tài)穩(wěn)定性要求高，巡檢飛行速度緩慢，長線路單獨規(guī)劃路徑。精細化巡視主要包含全手動操控，無特殊路徑規(guī)劃需求，可以滿足無人機遙控、圖傳距離等要求。全自動化、精細化巡視，要求密切記錄操控軌跡，后續(xù)巡視的便利性強[4]。

5 無人機技術未來發(fā)展趨勢與作用

5.1 建設智能數(shù)字化電網(wǎng)

數(shù)字電網(wǎng)、智能電網(wǎng)是重要發(fā)展趨勢，利用現(xiàn)代信息技術，自動感知狀態(tài)，一體化管控作業(yè)，提升電網(wǎng)信息數(shù)字化、決策指揮智慧化水平，注重控制和維護電網(wǎng)智能化運行。采用無人機技術，優(yōu)化設計電網(wǎng)規(guī)劃，掌握準確的點云數(shù)據(jù)，全面做好數(shù)字化重建工作。利用無人機設備，獲取影像數(shù)據(jù)，利用設備工況參數(shù)，融合分析相關數(shù)據(jù)信息。在無人機設備上搭載不同載荷，可以有效維護電網(wǎng)運行，做好應急搶險、檢修檢測、施工監(jiān)督等工作。

5.2 建立立體化巡檢體系

建立和完善智能巡檢體系，落實管理體系，加大技術支持力度，建設智慧管理與控制平臺。采用此種方式，有助于提升無人機智能巡檢水平，智能識別缺陷問題，科學分析數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)無人機巡檢技術的智能化、標準化發(fā)展。電網(wǎng)設備巡視時，合理應用無人機技術，轉(zhuǎn)變自主巡檢模式。利用狀態(tài)在線監(jiān)測、帶電檢測技術，提高通道可視化水平，同時建立立體化巡檢體系，有效彌補人工巡檢的不足。

5.3 建設新能源電網(wǎng)

在應用新能源后，建設問題也會影響智能電網(wǎng)規(guī)劃，智能電網(wǎng)必須滿足電網(wǎng)整體發(fā)展需求，不斷加強新能源能力、電力能源供應能力。在智能電網(wǎng)發(fā)展過程中，應當滿足新能源的發(fā)展需求。研發(fā)新設備，促進技術更新升級，以此提升城市配電網(wǎng)的可靠性和兼容性，提高城市電力能源的供應質(zhì)量，全面提升電網(wǎng)的應急供電能力和安全性。所以，建設智能電網(wǎng)期間，注重建設和安裝地線、桿塔、導線，避免受到工作地線影響。建設智能電網(wǎng)，采用無人機技術勘察場地環(huán)境，確保工程負責人掌握地區(qū)實際情況，制定科學化施工方案。采用無人機技術，對施工現(xiàn)場狀態(tài)進行監(jiān)控，管理人員掌控工程進度，完成相關施工工作。智能電網(wǎng)建設期間，采用無人機技術可提升工作效率，減少高危施工作業(yè)。

6 結束語

綜上所述，在電網(wǎng)技術發(fā)展進程中，逐漸出現(xiàn)了數(shù)字電網(wǎng)、智能電網(wǎng)、信息通信技術，相應擴大了無人機技術應用范圍，將其作為任務載荷平臺、自動巡檢作業(yè)平臺，擴展無人機技術應用范圍，以此提升智能電網(wǎng)運行效益。在未來發(fā)展中，智能電網(wǎng)將會朝著數(shù)字化電網(wǎng)、立體化巡檢體系、新能源電網(wǎng)方向發(fā)展，為社會提供優(yōu)質(zhì)電能服務。