趙淼 邱曉光 王建利 郭凱

摘要：結(jié)合輸電線路外力破壞故障原因及檢修防治難題，本文提出了利用無(wú)人機(jī)配合檢修人員開(kāi)展線路檢修和故障防治工作的策略，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：輸電線路；外力破壞故障；無(wú)人機(jī)檢修

引言：

輸電線路能否維持安全穩(wěn)定運(yùn)行，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)能否維持穩(wěn)定供電。但就目前來(lái)看，輸電線路外力破壞故障已經(jīng)成為了影響線路安全的重要因素，而依靠人工巡檢等方式顯然無(wú)法滿足線路運(yùn)維管理需求。采用無(wú)人機(jī)配合人員進(jìn)行輸電線路外力破壞故障的檢修和防治，則能進(jìn)一步加強(qiáng)線路的管理，繼而為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

1輸電線路外力破壞故障原因及檢修防治難題

1.1外力破壞故障原因

國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司輸電檢修中心主要負(fù)責(zé)500kV輸電線路運(yùn)行維護(hù)工作，目前共負(fù)責(zé)101條輸電線路運(yùn)維管理，總長(zhǎng)8905.515公里。其中，1000kV、±800kV、500kV、220kV輸電線路分別為4條、2條、93條和2條，分布在京、津、冀等多個(gè)省市和自治區(qū)。近年來(lái)，伴隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，輸電線路遭到外力破壞造成的電力故障頻次越來(lái)越高，給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)了較大隱患。而故障產(chǎn)生的原因，一方面是由于極端天氣和人為災(zāi)害造成的，另一方面則是由施工破壞或不法分子偷竊引起的。輸電線路長(zhǎng)期在野外暴露，容易受極端天氣和周圍環(huán)境影響。持續(xù)降雪、降溫等惡劣天氣，將導(dǎo)致線路嚴(yán)重覆冰，出現(xiàn)過(guò)荷載等問(wèn)題，導(dǎo)致線路出現(xiàn)設(shè)備損壞、倒塔斷線等情況[1]。周圍人燃放煙花爆竹或山林火災(zāi)等事故的發(fā)生，同樣會(huì)導(dǎo)致線路遭到外力破壞。周圍居民進(jìn)行違章建筑的搭建，也可能導(dǎo)致線路因外力破壞出現(xiàn)跳閘斷電等事故。此外，不法分子采用暴力手段進(jìn)行線路設(shè)備的偷盜，也將導(dǎo)致線路故障的產(chǎn)生。

1.2檢修防治難題

結(jié)合故障原因可知，想要進(jìn)行輸電線路外力破壞故障的預(yù)防，還要加強(qiáng)線路巡檢。而在故障檢修方面，則要先進(jìn)行故障定位。但就目前來(lái)看，輸電線路較長(zhǎng)，并且具有分布廣的特點(diǎn)。國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司輸電檢修中心負(fù)責(zé)運(yùn)行維護(hù)的500kV輸電線路走廊途經(jīng)高山大嶺、建筑工地、河道等，所處地形復(fù)雜，沿線存在的安全隱患較多，單靠傳統(tǒng)的人工巡檢方法不僅要耗費(fèi)大量的人力、物力，同時(shí)難以實(shí)現(xiàn)外力破壞故障的有效防治。檢修中心負(fù)責(zé)公司負(fù)責(zé)運(yùn)維的部分區(qū)段線路位于山區(qū)，因氣候惡劣，輸電線路時(shí)常因風(fēng)偏、暴雪等因素發(fā)生非重合閘故障。在故障檢修方面，采用人工徒步登山方式進(jìn)行故障點(diǎn)查找不僅難以及時(shí)完成故障維修，也給人員作業(yè)帶來(lái)了較大的安全隱患。此外，受極端天氣等因素影響，導(dǎo)致輸電線路受到損傷，采用人工巡檢方式也難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路缺陷，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障防治。而一旦發(fā)生故障，安排人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察檢查，需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能確定故障位置和原因，不利于故障搶修工作的開(kāi)展。

2輸電線路外力破壞故障的無(wú)人機(jī)配合檢修與防治策略

2.1無(wú)人機(jī)運(yùn)維策略

針對(duì)輸電線路外力破壞故障檢修與防治工作難題，國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司輸電檢修中心提出了采用無(wú)人機(jī)運(yùn)維策略配合人員進(jìn)行線路檢修與防治的方案。具體來(lái)講，就是采用小型電動(dòng)無(wú)人機(jī)負(fù)責(zé)輸電線路巡檢，同時(shí)引入智能巡檢、無(wú)線充電、圖像識(shí)別、高清攝像等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要輸電通道的掃描和三維建模分析，完成線路設(shè)備及運(yùn)行環(huán)境三維重構(gòu)和實(shí)景還原，并對(duì)線路任意點(diǎn)距離進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。采用該種方法進(jìn)行高頻次運(yùn)檢作業(yè)，通過(guò)多光譜掃描完成線路光譜信息庫(kù)的建設(shè)，并將線路本體、金具等細(xì)節(jié)的影像資料傳輸至地面，則能為線路外力破壞故障的防治提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)。在線路檢修方面，可以利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行線路故障點(diǎn)查找，配合人員制定科學(xué)的故障檢修方案，從而使線路得以盡快修復(fù)。

2.2配合人員檢修防治

在實(shí)際檢修作業(yè)中，采用無(wú)人機(jī)配合人員進(jìn)行線路檢修，還要采用360°全景和傾斜攝影技術(shù)獲得線路的高清照片。為發(fā)揮無(wú)人機(jī)穩(wěn)定懸浮于空中的觀察優(yōu)勢(shì)，還要對(duì)無(wú)人機(jī)云臺(tái)姿勢(shì)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)金具、設(shè)備的零死角巡視，完成線路細(xì)致觀察。采用圖形處理技術(shù)，則能避免無(wú)人機(jī)巡檢獲得的圖形受飛行狀態(tài)、機(jī)械振動(dòng)等因素的干擾，減少圖像失真現(xiàn)象，加強(qiáng)圖像質(zhì)量控制，從而提高設(shè)備、部件等細(xì)節(jié)的檢修準(zhǔn)確率[2]。通過(guò)對(duì)傳回的高清圖像進(jìn)行觀察和對(duì)比，則能及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路存在的缺陷，并制定有針對(duì)性的線路檢修計(jì)劃。而輸電線路及部件圖像背景較為復(fù)雜，因?yàn)槠渲車h(huán)境和鏡像將不斷變化，給內(nèi)容辨識(shí)帶來(lái)了較大難度。針對(duì)這一問(wèn)題，還要根據(jù)輪廓特征和采取頻域圖像匹配與模型匹配等方法，從圖像特征中導(dǎo)出像素，實(shí)現(xiàn)圖像內(nèi)容的智能化識(shí)別。配合人員進(jìn)行線路檢修時(shí)，無(wú)人機(jī)應(yīng)與地面測(cè)控車保持較近距離，采用直通信鏈路模式實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸。利用機(jī)載自動(dòng)GPS采集系統(tǒng)，則能對(duì)拍攝得到的圖像進(jìn)行地理坐標(biāo)信息的加載，實(shí)現(xiàn)故障及隱患的有效定位，繼而為線路檢修提供便利。

在輸電線路外力破壞故障防治方面，可以將無(wú)人機(jī)與線路巡檢工作結(jié)合在一起，使無(wú)人機(jī)與線路保持一定安全距離巡檢，對(duì)輸電線路的缺陷進(jìn)行巡視，從而實(shí)現(xiàn)故障的有效預(yù)防。為避免電磁干擾，實(shí)際作業(yè)時(shí)應(yīng)使無(wú)人機(jī)在線路斜上方飛行?？紤]到線路電壓等級(jí)較高，需要在兩側(cè)進(jìn)行往返巡視[3]。無(wú)人機(jī)巡檢為超距離作業(yè)，還要采用空中或地面中繼通信方式。針對(duì)特殊地形，還要采用不同的無(wú)人機(jī)，確保無(wú)人機(jī)擁有足夠的飛行空間。采用無(wú)人機(jī)開(kāi)展線路巡檢作業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)輸電線路狀態(tài)的動(dòng)態(tài)管理。在巡檢的過(guò)程中，無(wú)人機(jī)可以將高清影像資料實(shí)時(shí)傳回地面，供巡線人員進(jìn)行分析。利用無(wú)人機(jī)對(duì)成百上千公里的線路走廊進(jìn)行全方位、多角度的立體觀察，不僅能夠掌握線路運(yùn)行情況，也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)樹(shù)木或建筑物等安全隱患，通過(guò)及時(shí)排除隱患提升電力線路安全運(yùn)行管理水平。在地區(qū)發(fā)生泥石流等自然災(zāi)害的情況下，也可以利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行線路巡檢，避免人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域作業(yè)。

2.3策略應(yīng)用效益分析

國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司輸電檢修中心通過(guò)采用無(wú)人機(jī)配合進(jìn)行輸電線路檢修和防治作業(yè)，獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以公司負(fù)責(zé)運(yùn)維的昌門線山區(qū)段為例，采用人工運(yùn)維方式平均需要8-9個(gè)小時(shí)查線時(shí)間，采用無(wú)人機(jī)則只需要2小時(shí)進(jìn)行故障點(diǎn)查找工作，可以使故障檢修時(shí)間縮短4小時(shí)左右。按照單條線路平均負(fù)荷1000MW、過(guò)網(wǎng)電價(jià)0.07元的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，停電6小時(shí)將造成40余萬(wàn)元直接經(jīng)濟(jì)損失。每年發(fā)生的非重合閘故障在10次左右，因此通過(guò)采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行線路外力破壞故障的防治，平均每年可減少400萬(wàn)元的直接經(jīng)濟(jì)損失。而有效防治停止事故的發(fā)生，則能為人們的生產(chǎn)、生活提供可靠保障，因此也能帶來(lái)一定的社會(huì)效益。

結(jié)論：

輸電線路外力破壞故障的發(fā)生，容易導(dǎo)致線路出現(xiàn)跳閘斷電等現(xiàn)象，從而給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)危害。而在故障檢修和防治方面，依靠人力難以及時(shí)完成線路缺陷和隱患的排除，無(wú)法滿足線路運(yùn)維目標(biāo)。采用電動(dòng)無(wú)人機(jī)、高清數(shù)碼攝像機(jī)等設(shè)備配合人員進(jìn)行線路檢修，則能為輸電線路運(yùn)維提供全新、高精度、安全的巡視方法，繼而為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供更多的安全保障。

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