数字化时代输电线路管理工作的转型与发展

赖勇耀,杨荣浩,刘 晖

(1.国网赣州供电公司,江西 赣州 341000; 2.国网赣州市大余县供电分公司,江西 大余 341500)

0 引 言

随着输电线路总长度不断增加,传统的输电线路管理模式已经不能满足和保障电网安全运行的要求。因此,输电线路管理工作的转型升级迫在眉睫。传统的输电线路管理工作需要大量的人力、物力,才能完成设备缺陷(树障、异物、设备异常等)发现、外破管控、缺陷处理等工作,但是这种低效率的模式越来越难以为继。该文结合当下热门的智能设备和巡检技术,提出一种新型输电线路管理模式。在该管理模式下,通过智能设备采集输电线路的运行信息,将信息传送到数字化平台进行分析以发现设备缺陷,再由管理人员根据危急程度对缺陷进行分类处理,并将处理结果反馈给数字化平台,由此来提高输电线路管理工作的效率和可靠性。

1 无人机巡检

由于自然条件等因素限制,部分地区的输电线路无法进行人工巡检,或者人工巡检效率低,无法满足当前输电线路运维管理的需求。因此,需要借助无人机来提高输电线路巡检的覆盖率和巡检效率,从而实现对输电线路运行情况的全面管控[1]。

国外从20世纪50年代初期开始探索利用有人直升机开展线路巡检工作,至1990年代后期,欧美等发达国家和地区已较为广泛地开展了有人直升机巡视、检修及带电作业等[2]。国家电网公司和南方电网公司在2013年开始推广机巡作业,两年间开展直升机巡线9.2×104km,杆塔18.5万基,累积作业5 681 h,此后无人机巡检在全国逐步发展。无人机巡检不仅具备有人直升机巡检的优点,还可以实现自动化作业。近年来,随着大疆等科技公司的研发推广,无人机逐步在中国电力行业得到广泛应用。目前在电力行业广泛应用的电力无人机中,最长飞行时间可达2.5 h,最长续航里程可达60 km,可以满足输电线路多种巡检作业要求。无人机及其相关技术的发展为电网巡检方式提供了全新的选择。无人机巡检具有自动化程度高、巡检效率高、巡检成本低等特点,具有明显的技术、经济优势,是近年电力巡检模式的重大进步[3-5]。

1.1 树障分析

现阶段无人机已能承担输电线路巡检中的多项重要工作,其拍摄的照片可以辅助实现树障点的分析工作。无人机采集的可见光照片,通过特定的处理可以合成3D点云模型,从而分析出影响输电线路运行的树障点[6],如图1所示。此前树障点的查找工作只能由运维人员到达相应杆段,通过肉眼或者简单的工具进行估算判断,不仅误差较大,而且效率低下。现在通过无人机采集线路的照片,再经过相关软件处理,就可以实现树障距离的准确分析,大大提高了线路运维管理工作的效率和可靠性。

图1 照片合成点云模型分析树障点

1.2 红外测温

无人机搭载的红外镜头,可以拍摄红外照片,对线路设备进行温度检测和分析,如图2所示。目前最先进的红外镜头温度灵敏度可达0.05 ℃,能够精确找出运行设备中的温度异常点[7]。传统的人工手持红外测温仪器采集温度数据时,因红外镜头距离被检测设备较远,采集的温度数据误差很大;而无人机搭载红外镜头可以实现近距离、精确部位的测温,能更加准确地分析设备温度,及时发现缺陷并进行处理。

图2 无人机拍摄的红外照片检测设备温度

1.3 精细化巡检

无人机还可以搭载高像素的变焦镜头,其拍摄的照片可以清晰准确地发现销钉级缺陷,如图3所示。因此,无人机可以用来完成高空验收或精细化巡检工作。与以往人工登塔检查作业相比,使用无人机进行巡检作业显著降低了作业人员的安全风险,且提高了工作效率。

图3 无人机拍摄的照片发现销钉级缺陷

与此同时,当下各种智能算法的研究,使无人机巡检应用更加广泛。例如,文献[8-10]提出了几种基于无人机巡检图像的输电线路设备本体隐患智能检测算法,使输电线路杆塔关键部件隐患检测识别的准确率得到提升。另外,无人机搭载激光雷达进行输电杆塔3D建模技术也正在快速发展[11]。无人机在输电线路巡检工作中的应用还在不断扩大,是数字化时代输电线路管理工作中的一大利器。

2 智能监控

输电线路点多面广、情况复杂,线路通道下异物悬挂、施工破坏、山火、覆冰、地质滑坡等异常情况时有发生,严重影响电网安全运行,甚至危及人身安全。在传统运维模式下,需要运维人员前往现场对异常情况进行一对一管控,不仅效率低,而且容易发生错判、漏判,造成电网失稳。在数字化时代下,可以利用无人机拍摄输电线路通道照片,排查出通道内的危险点。在风险较大的杆段装设智能监控设备,通过智能监控系统的分析判断,及时对影响线路运行的情况进行管控,减少线路跳闸等情况的发生。

智能监控是由图像识别技术、视频监控技术以及无线网络技术相结合组成的新型监控技术,可以为电网的安全运行保驾护航。传统的监控系统通常只有视频录制和拍照功能,大部分判别任务还是由人工操作来完成,不但费时、费力,而且漏报、错报的现象经常发生,给监控人员带来极大的不便[12]。智能监控技术可以弥补传统监控技术的不足,其通过无线局域网进行组网,将各个监控点的图像实时传回控制中心,再经过控制中心的图像识别系统,对监拍画面进行智能识别分析[13-15],及时将输电线路通道内的异物、施工、山火、覆冰等异常情况进行报警,从而使运维人员快速做出反应,及时消除影响电网安全运行的隐患。智能监控技术配合夜视摄像头,还可以实现24小时不间断监控[16],为电网的安全运行提供全时段的保护。当输电线路发生外力破坏时,智能监控系统可以保存监控点的视频资料,方便完成事故分析及设备损坏索赔等工作。通过监控设备采集的信息,配合图像识别系统,实现了输电线路通道危险点的自动判断,弥补了人工管控效率低下及漏判错判的缺点,有效解决了输电线路通道危险点管控难的痛点。智能监控系统画面如图4所示。

图4 智能监控系统画面

3 激光除异物

输电线路运行环境复杂,容易受到鸟窝、塑料薄膜、风筝等异物的侵扰,异物一般会缠绕在导线或地线上,极易造成线路跳闸,影响电网安全运行。在传统管理模式中,处理异物需要申请停电,然后由运维人员登塔高空作业处理,不仅过程比较繁琐,而且作业人员安全风险较高。近年来,高功率激光器技术发展迅速,实验室中的半导体激光器输出功率达到上千瓦,光电转换效率达到60%～70%,光纤激光器功率最大也达到千瓦级[17],为高功率激光器在输电线路上的应用提供了可能。

在新型管理模式下,使用激光清除异物成为一种新的处理方案。激光清除异物的基本原理为发射激光远程作用于缠挂或黏附部位,利用激光的热效应使异物熔化并将其击落[18]。激光除异物具有无接触、速度快、准确度高等优点,在不停电的情况下也能从地面准确高效地清除输电线路上的障碍物。此方法能明显降低人力、物力成本,提升作业的安全性,具有极大的发展与应用前景[19-20]。根据国网赣州供电公司(以下简称赣州公司)统计,2019～2021年有60多起因异物侵扰而影响线路安全运行的事件,赣州公司全部采用高功率激光器完成了上述异物事件的处理工作,实现了不停电、无接触作业。以赣州公司使用的激光器为例,最大功率可达800 W,瞄准精度可达0.6 m,能在5～40 ℃环境中工作,装置简便易携带,操作也比较简单。在处理异物时,只需选择合适的架设点将激光器组装好,经过简单调试便可以快速地消除或者切断异物的缠绕点,使异物脱离输电线路,从而保障电网的安全运行。高功率激光器的应用使清除异物工作变得简单高效,未来高功率激光器还会广泛应用于输电线路融冰等领域[21]。激光除异物现场如图5所示。

图5 激光除异物现场

4 数字化平台

上述新设备、新技术需通过一个系统将其整合,才能发挥最大作用,这就是数字化平台。数字化平台是将多种设备采集的输电线路运行信息进行分析处理、综合研判的网络平台。数字化平台可以将无人机巡检信息、智能监控信息、运维人员人工采集的信息、其他各种新设备采集的信息等汇集在管控中心,通过系统智能化处理,分析出输电线路的运行情况,从而更加高效地进行输电线路的管理工作。

各种设备采集到的输电线路运行信息,将传送到数字化平台,系统会根据管理人员自定义的标准对输电线路的运行情况进行判断。当系统判定有影响电网安全运行的危急缺陷时,数字化平台会立即发出警报,提醒管理人员及时进行处理;当系统判定缺陷不影响电网安全运行时,会将相关缺陷信息保存在数据库中,方便管理人员进行分类汇总。所有缺陷处理结果都会重新传回数字化平台,使设备缺陷从发现到处理完整闭环[22]。数字化平台运行框架如图6所示。

图6 数字化平台运行框架

通过数字化平台,各种新的运维技术可以进行联动,破除了各个环节的壁垒,极大提高了输电线路管理工作的效率和质量。但是目前所设想的数字化平台主要还是依靠人工进行操作处理。机器学习已经成为当前技术发展的热点,由于其良好的学习、识别、分类能力,在故障检测与诊断技术中受到了越来越多的关注[23-25]。今后可以在数字化平台中加入机器学习等智能算法,提高其智能化程度,这样数字化平台可以将各种信息进行自动分析处理,成为输电线路管理工作的“司令部”。

5 结 语

提出了一种结合无人机、大功率激光器、智能监控、数字化平台等多种手段进行输电线路管理的新模式,该模式可以降低人员劳动强度和安全风险,提高管理效率和质量。

所提出的新型管理模式采集到的线路运行信息较少,更多依靠人工进行操作处理。因此,今后还需要补充更多的数字化设备来采集输电线路的运行信息,通过加入智能算法来提升数字化平台的智能化程度,并且扩大各种新设备在输电线路缺陷处理工作中的应用,进一步打造高效化、自动化、智能化的管理模式。