10kV配电网架空线路无人机自动精细化巡检技术分析

曾嘉松

摘要：电力供应对于当代社会十分重要，为了促使配电网架空线路运行效果更加可靠，可将无人机应用于其中，针对农田、工地以及水区等工作人员难以全面开展巡检工作的位置，进行无人机自动精细化巡检。而为了提升其中的工作質量及效率，则有必要对配电网架空线路无人机自动精细化巡检技术的构成和应用进行深入分析。

关键词：配电网架空线路;无人机;自动精细化巡检技术

配电网线路具有分布范围广和运行环境复杂的特点，在长期持续运行的过程中，其中可能出现导线、金具或绝缘子断股、腐蚀、过热等各项情况，若不及时采取有效的处理措施，则可能影响正常供电。传统上，配电网巡视工作主要由工作人员开展，不仅工作强度较大，且严重依赖工作人员的经验，特别是在农田、工地、水区范围之内，因为受到地理条件以及环境等多方面因素的限制，通常巡视周期较长，且巡视效率和质量均较低。随着科技的发展，无人机巡检技术越来越成熟，将其应用于配电网架空线路巡检工作之中，有利于提升配电网架空线路巡检工作的效果。

一、无人机自动精细化巡检平台

（一）无人机

配电网线路相关的设备种类较多，且设备设备的数量较多，与此同时，设备之间的间距较小，并且，运行环境较为复杂，特别是部分线路需要经过人口较为密集的区域，卫星定位信号可能出现被短暂遮挡或部分缺失的情况。以此为基础，对无人机进行应用，需要了解其工作流程，见图1，并保障无人机自身具备良好的可靠性，坠机风险、坠机伤害均相对较低，起降便捷，能够搭载可见光以及红外测温设备，环境适应能力较强，携带较为便捷，小型车辆可对其进行运输。

（二）地面站套件

地面站套件由两个部分组成，分别为无人机遥控成套设备以及无人机地面站装置。对地面站套件进行应用，需要首先将航线策略软件加载入无人机遥控成套设备之中，由工作人员携带无人机、高亮屏以及遥控器开展作业。因为在工作过程中可应用自动精准起降功能以及远程控制功能，所以即使工作人员未掌握无人机的控制技能，只要可对无人机进行维护和保养，即能够开展具有系统性的运营工作。

1.自主起飞降落

通过应用无人机遥控成套设备，工作人员可对无人机飞行信息进行实时获取，并能够根据由预先制定的航线策略开展任务。基于此，只要对航线控制策略进行合理应用，即可保障无人机得到精准的降落，降落精度为±10cm，而巡检精度则可以达到±5cm.

2.无人机自动精细化巡检

通过预先设定的航线策略，工作人员可顺利开展配电线路自动化巡检。基于后台的建立的杆塔模型，无人机还可以调整巡视策略，或者根据实际任务需求更换搭载云台或者其他功能部件（多光谱、热成像）实现目标对象进行精准拍摄、热成像拍摄、10kV配电线路航带拍摄等。[1]。

（三）自动飞行原理

1.预建模处理

预建模处理是现在无人机自动飞巡、自动精细化巡检广泛采用的方案之一。通过搭载RTK模块的无人机采集目标配电线路的三维模型，定位每一个巡检对象的三维坐标，实现批量生成无人机航线策略。通过预建模处理，三维模型中还能实现风险障碍可视化，在规划10kV配电线路自动精细化巡检航线内的存在的线路交叉跨越、树木障碍、建筑物障碍、跨越桥梁高速铁道的潜在障碍风险可以一目了然的展示。一般地10kV配电线路线行采取以下航线策略：①10kV配电线路线行树木障碍控制为2.5M内;②建筑物障碍控制为3M内;③交叉跨越采取7米原则，即小于7米采取跨越策略，大于7米采取穿越策略规避风险;④跨越桥梁、高速及铁道一般采用裕度跨越，以规避载具同行产生的风险。

2.一键高效自主巡视

预建模处理生成的航线策略可以导入无人机飞控系统，可以将巡检任务中的巡检路径发送至无人机，通过机载RTK实时差分定位，仅需一键启动，即可开始无人机的巡检工作，且不仅能够定点起降，还可精准拍摄，精准悬停。

3.巡检过程实景可视

使用平台与无人机飞控系统进行对接，可通过三维实景对无人机飞行状态进行实时且直观的监控，还能够应用高清影像与专家进行远程协同巡视，并解决其中的疑难问题。对其中的智能识别模块进行应用，能够实现缺陷位置的自动标注，可以对巡检人员起到提醒作用。

4.巡检成果便捷处置

巡检工作结束之后，巡检成果由移动应用打包，并统一发送至服务器处，工作人员即可通过线路或是任务等多个渠道，对训练成果进行便捷的查找和管理，同时还可开展历史数据的追溯工作，对配电网架空线路中存在的缺陷进行准确标注、复核或消缺等各项工作，均十分便捷。

二、无人机自动精细化巡检技术的应用

（一）巡检任务执行

在开展巡检工作的过程中，通过应用巡检控制方案以及相关的安全策略，工作人员仅需将无人机携带至工作现场，并且通过云端在巡检控制端下载和生成巡检路径即可，之后点击“起飞”，开始针对目标线路进行巡检。巡检过程中，无人机能够根据既定的周期以及任务执行对象进行全面的巡检，过程中需要拍照并将照片传回至管控平台，以落实自动精细化巡检工作[2]。

（二）结果处理

以电力巡检任务之中杆塔编号、线路名称等各项关键信息为基础，结合无人机在开展巡视过程中的飞行坐标，对巡检设备相匹配的台账属性以及ID进行检索，即可落实无人机在开展巡检工作过程中，所发现的缺陷及设备属性匹配工作，也就能够构成以地理信息空间信息为基础的巡检成果管理工作体系，同时也可根据高精度的复拍影像对缺陷进行识别。而对于巡检管理工作来说，需要针对巡检结果开发可自动整理和命名的工具，该工具能够对成果照片内部信息进行读取，并对比配电电杆坐标，可以自动命名成果并自动储存于不同的文件夹之中，以提升巡检结果整理工作的便捷和准确性[3]。

（三）应用效果

1.常规巡视

使用无人机对某一射击场中的线路开展巡检工作，可将整片待巡检区域划分为28段巡检路徑，采用自主飞行模式，仅需三个小时即刻完成巡检工作。在此过程中，发现22处缺陷，其中包含1处严重缺陷，缺陷类型以线箍缺失或松动为主。对于这一类缺陷来说，若由工作人员于地面开展巡检工作，则难以有效明确，也就必然难以对其进行及时有效的处理，从而易导致配电网架空线路中出现导线脱落情况，进而则能够引起接地障碍。

2.超视距、无信号巡检

由于一般无人机巡检通常有信号瓶颈在无遥控信号的任务目标必须采取转移、登高、信号增强才能开展。而采用自动精细化巡检的方案可以实现超视距、无信号巡检，即满足：无人机返航电量满足、巡检航线障碍满足，就可以实现超视距、无信号巡检，起飞后等待返航即可，大大提高巡检效率。

3.淀区线路特巡

使用无人机针对淀区杆塔开展巡检工作，该配电网架空线路属于防汛保电线路，长度在1.5km左右，共有13根杆塔，存在5处一般缺陷。于淀区线路开展无人机巡检工作，可以免去工作人员的涉水作业，也就能够大幅度降低租借船只的成本，同时还可提升巡视工作的便捷性、安全性和准确性。

4.外破高发区特巡

某区域开展建设施工工作之后，大量配电网线路位于施工范围之内，施工方使用围栏将施工场地与外界进行阻隔，由此，不仅人工巡视工作开展的难度较大。，且具有一定的危险性。以此为基础，应用无人机针对施工区域内的配电网架空线路进行巡检工作，长度为12.4km，共发现13处缺陷，另外存在三处隐患点。无人机完成以上全部工作，所需时间仅为3min，可见相对于工作人员，无人机不仅巡检结果准确率更高，且工作效率也更高，同时还可在一定程度上减轻工作人员的工作强度，并保障其工作过程中的安全[4]。

结束语：

当前，无人机已经在配电网的巡检工作、勘察工作以及大型活动保电工作等多项工作中得到了广泛应用，使用无人机对人工巡检进行替代，每千米所需的工作时间仅为5～8min，相对于传统的人工巡检模式效率提升了至少10倍。并且，无人机可于杆塔上方的角度出发对设备进行观察，对于瓷瓶损坏、线箍松动等在人工巡检过程中不易察觉的缺陷，能够更加及时的发现和明确，且可及时拍照或录制视频，并存档以便工作人员随时进行查看。由此，配电网架空线路的安全稳定运行获得了更加坚实的保障。

参考文献：

[1]黎华灿，余晓明，钟平，等. 一种输电通道无人机精细化巡检数据的自动分析管理方法，系统及存储介质：，CN110580529A[P]. 2019.

[2]许国伟，潘屹峰，贾庆雷. 基于POS信息和杆塔空间位置关系的输配电线路机巡照片归集方法研究及应用[J]. 电工技术，2020，No.518（08）：102-105+108.

[3]Wenyu Zhang，Rui Sun. 用于精细化无人机管控的GNSS/INS组合导航定位及完好性监测算法. 2020.

[4]黄金柱，冯辉，张春龙，等. 基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法及装置：，CN111077904A[P]. 2020.