基于无人机的电力故障巡检技术研究

基于无人机的电力故障巡检技术研究

莫虎宇

云南电网有限责任公司文山砚山供电局 云南 砚山 663100

摘要：当前，国家大力推进智能电网建设，在为各行业提供电力供应的同时，日益增加的电网设备元器件也面临着庞大的故障维保需求。采用传统人力为主的电力故障巡检模式无法达到高覆盖率及精准维修的效果，在无人机技术取得长足进步的背景下，基于无人机的电力故障巡检技术及平台得以应用，从而使电力巡检迈入信息化、智能化及规范化轨道。

关键词：无人机；电力故障；巡检技术；要点

无人机电力巡检技术依托物联网、大数据、AI及移动互联终端，现已实现智能化及自主化操作。尤其是在电网一体化建设推进过程中，无人机技术在电力故障巡检中的作用日益凸显。

一、无人机电力故障巡检技术概述

无人机简称UAV，是一种飞行器，该飞行器围绕飞行自动化控制，在其上加载相应的设备及飞行任务。无人机显著特点是低风险、便捷性、高效率。从分类上看，用于电力巡检的无人机主要有无人直升机、多旋翼无人机及固定翼无人机。无人机电力故障巡检技术从概念上看是无人机在电力系统巡检中得以应用的一种形式或方案。该技术的核心要点是借助于新一代技术信息的集成，实现电网系统智能化监控及管理，确保电网系统的长期稳定运行[1]。这一方案具备了电网系统及设备的在线监测功能、故障定位功能、远程巡检功能及快速响应功能。在技术优势上看，则具备环保、高效、安全等优点。无人机电力巡检技术在发展历程上紧随大数据、物联网、人工智能、移动互联等最新科技，从具体应用方式上看，国内电力企业及国外电力企业多使用多旋翼无人机对电力网络进行巡检作业，为了提高巡检精度及故障定位效率，在多旋翼无人机中多装设有辅助设备及元件，如红外热相仪、机载相机、激光雷达等具备传感器功能模块的装置，以达到对电网系统全方位及多角度的监测。

值得注意的是，无人机电力故障巡检技术在具体技术的选择及使用上多以成熟化的技术为主，一是无人机自主飞行技术。无人机自主飞行是最为关键及核心的技术，在当前实践中，借助电网系统三维模型构建及路线规划、导航及避障功能辅助，无人机电力故障巡检可实现高效率及高精度。二是数据处理及管理技术。无人机电力巡检涉及到海量提取到的数据，对这些数据参数进行管理时需要做到准确且不遗漏，这就对无人机电力巡检数据处理及管理技术提出了高要求。在这一技术的实现上，主要是在数据采集模块、数据分析模块、数据存储模块及数据共享模块的共同作用下完成，以提高电力系统运维管理质量。

无人机巡检技术应用于电力系统的基本原理是通过智能检测技术中支持下的中央核心、现场检测及后端数字操作等模块，实现无人机在电力系统中的信息数据收集及中短程电力网的检测及排故[2]。从技术原理上看，主要是依托监控技术，在固定翼无人机巡检过程中，使用自带的遥控功能及成图技术，对电网传输线路进行监测，尤其是对一些故障多发部位，如电网绝缘子性能、线路完整性、杆塔等进行全过程检查。在检查覆盖半径上，无人机检测通常能够实现不小于100km的检测区间。

二、无人机在电力故障巡检中的技术应用要点

（一）常规电力巡检中无人机技术的应用

电力巡检中的常规巡检是确保电网安全运行的基础前提，在电网常规巡检中，无人机技术能够起到显著作用。供电企业结合电力检查计划，对需要定检的线路进行划分，然后在实时监控、数据采集、现场作业等环节针对性借助无人机装置及模块设备达到电网监测的目的。尤其是涉及到地形状况较为复杂的区域，如山区地貌下架设高杆塔，采用人力进行检测费时费力且成本较高，对线路的检查也较易遗漏，此时通过无人机技术，一是可以对电网线路进行全程观测，找出关键部位安全隐患，二是能够通过无人机电网线路巡检，降低电网运维的成本，提高常规巡检的效益。例如，某电力企业下属供电局针对本地区电网巡检，采购使用大疆S900及大疆精灵4无人机10台，实现了百公里长度电网无人机巡检，发现并处理电网内150余条故障，然后借助GPS动态导航系统及故障数据库技术，完成了电网自动化控制系统的定期排故，一方面降低了故障排除的时间成本，另一方面又缩短了电网故障排除时间，使电网运行达到最优化程度。再比如，国家电网公司在湖北宜昌试点复亚智能“无人机+云平台”电力巡检方案，利用无人机对输电线路、变电站等设备进行巡检，实现对电网系统设备状态的实时监测、故障及时处理，大大提高了电网安全运行水平。而利用无人机在山区输电线路上进行夜间巡检，避免了人工巡检难度大、危险系数高的情况，提高了巡检效率和安全性。

（二）电网精细巡检中无人机技术的应用

    除了对电网进行常规巡检外，考虑到电网运行的客观环境及高峰期用电需求的满足，还需要对电网展开精细巡检作业[3]。这一环节中，无人机技术的应用能够弥补传统巡检模式的不足，针对性地对关键电力参数及区域进行精细化巡检及处理。一是清理电网运行区域内的各类障碍物及杂物，通过无人机加装异物清理装置实现；二是协助电网运维，例如在电网的布线设计及施工中，无人机可以起到辅助作用。之所以电网精细巡检过程中无人机能够发挥其技术优势，主要在于其工作原理：选配飞行距离及时间较长的无人机类型，借助无人机传输线技术，配备可视监视器及热成像设备装置，对电网运行故障进行定位并上传，实现小故障的自检及大故障的反馈。以某电力企业下属供电站为例，该供电站肩负的输配电任务较重，尤其是用电高峰期较长。电网运行管理部门在对区域内电网历史故障进行梳理后发现，在B地110kV输电线路中经常发生导线断股及短路，由于张力线达到了1000m且跨度较大，故障线路距离地线超出50m，故障检修极为困难，由此也导致运维人员无法对断股数进行界定。这一情况下，供电局采取精细巡检模式，使用无人机对需要检测的线路进行监控可视化处理，无人机在横向及纵向飞行时可以精确拍摄故障线路的原图，借助热成像及数据传输技术，将故障图片传到地面处理中心，运维人员据此判定断股数，实现了故障的精准快速处理。

（三）电网故障检查中无人机技术的应用

电网故障检查中无人机技术的应用主要体现在故障点的查找及处理上。输电线路及设备损坏或跳闸时，此时极易导致绝缘子出现放电及闪洛，进而导致绝缘体釉层出现脱落或者绝缘体悬挂，最终引起电网大面积故障[4]。这种状况下采用人工维修更换带有一定的危险性，通过应用无人机技术则能够快速进行排故。例如，某地500kv输电线路处于多雨地区，线路故障较为频繁，某次在故障检查中发现线路中附着漂浮物，通过观察监测，输电线路中线及架空地线之间没有足够的安全距离，进而增大了跳闸故障的概率。在此类故障的处理上，利用无人机能够实现输电线路导线的准确定位，找到导线放电烧灼点位，然后借助无人机搭载的设备模块，如喷火系统等，对架空地线中的附着物进行清除，实现故障的快速处理。

结语

    在电力需求越来越高的背景下，要确保电力输电线路安全运行，需要在电力运维环节加以强化。无人机在电力线路故障巡检环节能够发挥自身的技术优势，提高巡检效率及精度，降低巡检成本，保障电力企业经济效益。

参考文献：

[1] 蔡汝婷,陈伟强. 无人机电力巡检中的故障估计与容错控制研究[J]. 自动化与仪器仪表,2021(11):160-167.

[2] 钟映春,张文祥,王波,等. 电力巡检无人机自主降落的引导系统与策略[J]. 光学精密工程,2022,(11):1362-1373.

[3] 谢皓凌,谢春. 固定翼无人机在输电线路通道巡检中的应用[J]. 电力设备管理,2023(1):2-4.

[4] 陈学峰. 智能识别技术在无人机电力巡检中的应用[J]. 集成电路应用,2023,(2):242-243.