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解读输电线路智能巡检系统的设计与实现

2022-04-26 108 上传者：管理员

摘要：随着时代的发展，人们对电能的需求不断增加，高压电网建设规模逐步扩大，同时输电网络也越来越复杂，在一定程度上，提高了人工地面故障巡查难度。地面上的检查通常会受到遮蔽物、距离等因素的干扰，很难有效判断绝缘子和相关电气设备是否处于良好状态。在某些特殊的天气条件下，通常很难通过正常爬塔来执行人工巡检。另外，在人们活动的区域，传输线经常受到外力的破坏。手动检查方法无法找到传输线错误。而且，不能及时阻止外力损坏传输线的问题。可以看出，通过在传输线上应用智能检查机器人来代替人工检查具有重要意义。

关键词：
人工巡检
无人机巡检技术
智能巡检系统
输电线路
高压电网
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尽管中国的输电线路距离很长，但在线监测和检查的信息却不全面、不可靠，而且变电站存在信息不对称的问题，导致智能电网运行不平衡。当前电力物联网的发展为传输线检测技术提供了新的研究和应用方向，提出了一种基于物联网的输电线智能检测系统的基本框架，并根据系统配置和功能要求，分析了输电线路能量技术、全自动无人机检测技术、检验数据物联网通信技术、检验图像目标检测和智能故障识别技术等关键技术，可以有效地集成输电线路的智能检验系统，以增加经济和社会效益，对工程有非常重要的应用价值。

1、输电线路巡视内容阐述

巡检任务是对线路本身、辅助设施、电力设施以及设施所在的环境进行检查，清楚地掌握检查范围内传输线的具体操作，并发现和检查任何可能导致故障的原因，在传输线运行期间确保了线路的稳定运行。目前传输线的检查主要包括故障检查、正常检查和特殊检查。过去，无论进行哪种检查，都是采用人工地面检查，只有在突发特殊情况时，才会出现人员灯塔巡视的情况，这种巡检模式的应用无法发挥出最佳的巡检作用和功能。

传统的人工检查方法的应用无法满足当前阶段根据不同线路的运行状况而不同的检查要求，从而影响了检查工作的效率，电力公司很难准确、及时地确定传输线具体的运行状况和条件，这无助于线路保护，不仅造成人力资源的浪费，而且影响输电线路的稳定安全运行[1]。

2、智能巡检系统的工作原理

该系统结合了全球定位系统（GPS）、手持计算机设备（PDA）和计算机网络通信技术的最新研发成果。无需在线路上安装信息识别介质，配备了便携式照明设备、笔记本计算机和PDA。在无线网络覆盖的区域中，工作人员可以完成线路检查定和规范记录。可以采用无线网技术随时随地处理故障问题，缺陷处理和出勤率识别正逐渐标准化、数字化和信息化。数据服务器收集记录客户端计算机上的各种信息，完成数据信息的存储、查询、分析、汇总和报告输出，有效地监督从缺陷发现到缺陷处理的整个过程，并实现对缺陷的闭环控制。同时，实现了PDCA的高效循环[1]。手持式计算机可以通过串行端口直接连接到装有PDA同步程序的客户端计算机，不仅可以下载编辑的工作说明，还可以在工作现场记录数据。网络多级组织垂直检查运营管理模式，上级部门可以随时查询、分析和计算下级机构的检查数据。

3、智能检测系统的技术优势

开发该系统时需考虑到该系统必须具有更强大的功能、新技术以及更长的生命周期，以便该系统能够与计算机技术的发展趋势保持同步。因此，系统开发采用了更加先进、流行、稳定和成熟的技术。该系统采用B/S架构，指明了技术发展的方向。B/S体系结构具有许多优点，特别是当软件系统的改进和升级变得更加频繁时，B/S体系结构产品显然会显示出更加便捷的功能。无论有多少用户，即使有多个分支机构也不会增加维护和升级工作量，在服务器上就可以执行此操作。如果位于远程位置，则只需要将服务器连接到互联网，大量节省人力、时间和金钱，可以立即进行维护和升级。因此，智能检测系统采用基于Web的企业计算机客户端，整个系统运行在Windows98或更高版本的操作系统上，在WindowsXP操作系统上运行最佳，并且易于操作[2]。

4、电力巡线技术现状

目前的输电线路巡检方式大致可以分为人工、机器人、直升机、无人机4种。检查时，使用电线杆等辅助设备完成电气设备检查。当线路位于偏远地区时，大大增加了操作人员的巡检难度，尤其是在恶劣的环境中。随着电力建设规模的扩大，劳动量和运维强度也随之增加，增加了操作人员的工作强度，但巡检效率却不尽如人意，传统的检验方法非常浪费人力。同时，常规的检查方式给工人带来了很大的风险，尤其是在悬崖、山地等恶劣地形，在雨、雪、冰冻等极端天气下，往往对人身安全构成威胁。输电线路具有分布广、地理环境恶劣、地形复杂，人工巡检方式面临时间长、风险大、强度高、效率低等诸多问题。机器人巡检具有巡检距离短、巡检速度慢、越障困难等缺点，应用范围有限；载人直升机航迹检查法由于投资成本高、人力多、管理复杂、技术储备繁杂等原因，并未得到广泛应用；而无人机巡检方法以其小型化、低成本、质量轻、操作方便等明显优势越来越受到电力企业的欢迎，在输电线路巡检领域的重要性日益凸显。无人机有助于解决交通不便的地区、林区、山区、河流、污染区、高架电报塔等难以维护和存在盲点的输电线路段问题。提高了巡检的质量和效率，降低了输电线路的运维成本，保护了巡检人员的人身安全。但无人机巡检方法也存在一些问题，需要探索和改进。大部分无人机巡检任务因缺乏配套机巢而无法移动，只能巡检部分线路缺陷，无人机巡检完成后仍需人工进行图像缺陷分析。经过调研发现，目前的无人机巡检还存在误检率高、人工成本高、难度大、难以保证检验质量等问题[3]。

5、输电线路智能巡检系统的设计要求

现有的检验方法是检验人员携带纸质检验工作簿，对设备进行检验，然后人工书写检验结果，巡检结束将巡检记录册汇总到电网中心备案，并根据故障记录采取必要的维修措施。这种使用纸质标准检验工作表的检验方法价格昂贵且携带不便。手工创建检验记录容易出现遗漏、错误等人为错误，不适合信息统计分析和检验。

利用无人机实现输电线路智能巡检可以对各种输入信息进行整合处理，包括无人机姿态、飞行环境、指挥信息等，命令信息包括来自遥控器的控制命令。通过控制地面控制命令和控制系统设置的控制命令的集成，无人机可以自主飞行并收集有关输电线路的信息，完成对输电线路的智能巡检。无人机在输电线路智能巡检过程中，既要实现起降、定轨导航等基本功能，又要实现定点数据采集和自动避障。在保障飞行安全的同时，实现输电线路智能巡检[4]。

6、输电线路智能巡检系统的设计与实现

6.1 输变电前端巡检系统

6.1.1 数据同步功能

服务器使用通信网络将数据实时传输到检查员的手持服务器，以实现数据同步。采用传感器同步技术，可以按小时汇总信息，并且可以将分析信息传输到每个终端，从而可以更快地检查传输线和变电站。

6.1.2 信息查询功能

传输和边线检查员使用手持终端查询信息，确定线路故障和隐患的位置以及自己的位置，以便员工可以到达正确的检查点，节省故障位置的时间并进行传输，可以提高线路巡检工作效率。

6.1.3 导航功能

检查人员可以使用输变电前端检查系统进行定位和导航。导航功能可以帮助员工快速到达工作场所，并可以帮助无人机制定最佳的检查路线。无人机的巡逻路线被记录并存储在数据库中，通过比较在后台检查路线的更改，并及时更新数据。

6.1.4 数据收集功能

前端检查系统使用各种传感器来协同工作以收集坐标和图像数据。传输线检查器使用便携式终端来设置需要数据收集的线的位置，获取各种数据（例如目标检查点的坐标），然后创建图像或数字模型，并将其传输到服务器进行处理，在目的地点执行传输和转换线路条件的特定分析[4]。

6.2 可见光遥感

可见光遥感巡检是使用图像稳定设备，照相机和其他可见光收集设备来检查用肉眼可以看到的电气设备的特性变化，设备要求简单，故障检测范围较宽，广泛用于无人机线路检查。由于无人机性能特征的差异，在执行可见光遥感时，旋转翼无人机和固定翼无人机的工作模式和焦点存在明显差异。旋翼无人机通常用于代替传统的手动检查方法。飞行员在检查地点附近起飞，并使用机载可见光图像采集设备进行检查。监视的主要目标是架空线，包括地线、绝缘子和配件，以及操作点附近的线路通道中的异常情况和隐藏的缺陷。固定翼无人机通常从固定的机场或临时起飞点起飞，沿着架空线或既定路线飞行，并不断拍摄这些线路的照片并将其连接起来，以形成全景视图或视频记录。监视的主要目标是线路通道和周围区域，沿线路的跨越环境以及其他宏观条件，监测了明显的设备故障，例如杆塔倒伏和断开连接。

6.3 电力巡检安全监督

智能电力检查安全隐患监控是通过3步分析和评估来监督每个运维检查工作的过程，以确保运维工作的完成，并防止运维检查过程中的隐患。首先，在执行每个运维任务之前，将维护事件、时间和环境因素、运维人员与分析相关联，以评估运维风险和评估相应监控的当前水平。根据风险评估的结果进行维护管理工作。其次，在运维工作的实施过程中，采用北斗定位技术和面部识别技术对运维人员的心理状态、运维检查轨迹、耗时等指标进行实时监控，避免了检查过程中不必要的错误，导致检查失败并带来安全隐患。最后，结合运维前后的监控情况，对运维工作进行全面评估，根据评估结果评估维护人员的工作，并使用总体评估和人员评估结果作为监督的重要指标[5]。

6.4 设备缺陷管理

在现场检查过程中收集的设备缺陷数据通过智能手机传输到系统空间数据库。现场记录包括缺陷记录、维护记录、设备帐户、缺陷通知、设备文件、线路图、技术问题和解答等。检验管理人员可以分析和查询生产线上的特定条件，以对生产线的维护缺陷计划进行分类和确定。通过查询查找生产线中的缺陷，计算生产线缺陷报告，对查询的缺陷记录进行分类、管理和清除，发布清除任务、汇总和打印。智能手机由检查员携带，对检查员的管理也就是对智能手机的管理。通过实时读取智能手机的GPS数据，检查速度是否到位，并自动生成巡逻轨迹图，以监控巡逻人员的位置和工作状态，并可以随时在现场了解错误信息，为现场人员提供远程技术支持。巡检管理人员可以通过智能手机实时跟踪在现场巡逻的人员，并根据巡逻人员发送的现场消息发送调度指令，协调检查任务。

6.5 巡检任务管理

检查管理人员根据检查工作的规定和实际情况，制定不同类型的检查工作，以满足各种输电线路的检查需要。用于此检查的智能手机编号、线路号、检查要求、检查类型和强制检查点，并且线路检查可以使用多个智能设备。可以检查同一条线或多条线，避免了由于同一杆或平行安装而导致线检查不一致的情况，可以精确控制检查员的检查路径，提高检查工作质量。设置扫描作业后，检查管理员将作业设置为已释放状态，检查人员登录系统以确认检查作业通过身份验证并需要完成。巡逻作业信息包括要巡逻的线路（由起点和终点标记），所需的检查点，工作的截止日期和完成时间，工作状态以及要检查的每个点的状态。巡检员可以通过USB接口将巡检作业下载到智能手机，然后启动线路巡检作业[5]。

6.6 在线监测智能技术

由于现代工业科学技术的飞速发展，整个社会的经济也在快速增长，为了实现工业经济的进一步发展，各行业必须对过去的工业技术进行改进，以实现自身的飞跃，不断前进，获得更大的经济效益。这一理念推动了整个社会的快速发展，中国的电力系统管理也不例外。考虑到中国电力系统的结构分布，在检查高压输出线路时，具有广泛易受各种地形环境影响的特点。因此，在输电线路巡检中可以利用在线监测技术及时监测全线运行情况，保障中国电力系统安全。例如，某电力单位想通过该项技术对±500kV输电线路整个电力线路的运行情况进行监控。这也是在线稽查技术首次运行到高压电输出线路的巡查工作中，通过最后的巡查结果发现，这项技术在安装运行中，需要通过前端监测分机和监控后台这2方面的组成方可对整个线路进行全面的检查，该装置主要利用太阳能电池从能量采集中获取能量，并依靠GPRS+3G/4G双通道通信方式检测全线信息，这样可以保证整线检测的稳定性。

6.7 自主检查技术

与手动控制的无人机相比，无人机巡检技术可以实现无人机的自动飞行、自动定位和精准拍摄功能，减少人员参与，进一步提高巡检质量和效率。现有的技术路径主要有建模与定位技术以及示教航线学习2种。其中，建模与定位技术是通过三维点云轨迹规划，实现无人机自主巡检。而示教航线学习是由熟悉输电线路的巡检员控制无人机对输电线路进行巡检。在巡检过程中，无人机会记录准确的航点位置信息，并将其存储在任务列表中。当下一次执行巡检时，无人机将根据存储的信息自动完成巡检任务。点云采集可通过激光雷达扫描或斜射实现，激光雷达扫描技术具有精度高、全天候、数据处理速度快、采集方式多样等优点。通过激光雷达扫描获取高精度激光点云，构建三维地图模型，提取关键特征空间参数。

基于三维地图模型的深度学习算法用于路线规划，可以自动选择正确的航点进行复杂的检查。根据规划轨迹，无人机可根据RTK定位技术实现自主巡检。此外，基于人工智能路径预测和人工智能目标识别的输电线路全自主飞行技术正在研究和应用中。数据采集系统搭载板载AI边缘计算模块和集成5G模块，实现前端AI目标识别跟踪、高清图视频实时传输、远程控制等功能。应用开发无人机自主巡检技术，采用人工训练、点云规划等方法逐步构建自主巡检路线库，逐步推进路线自动创建和调用、“一键操作”和标准化巡检拍摄，结合前端智能识别模块、5G、边缘计算等技术，实现无人机自动规划路线，有效提高无人机作业质量和效率。

7、结语

当前，对检查数据进行智能处理是无人机的一项紧迫任务，也是对无人机进行完全自主检查的关键技术，例如通过机器视觉辅助定位，机器视觉或激光雷达集成来获取检查图像。近年来，随着人工智能技术的兴起，例如多传感器无人机的定位和导航，机器视觉尤其是图像处理技术的飞速发展，在用于无人机的图像数据处理领域取得了具体的研究成果，并且已经通过多次技术验证，具有广泛的应用范围。

参考文献:

[1]吴浩鹏,计蕴容,李刚.基于移动终端的电力设备智能巡检系统设计[J].计算机时代,2016(5)55-58.

[2]吕文红,田昌英.基于GPS和RFID技术的智能巡检系统[J].电子设计工程,2012,20(2):97-99,103.

[3]赖奎,姚军艳,马承志,等.输电线路智能巡检系统的设计研究[J].广东电力,2016,29(7):105-110.

[4]江全才,魏飞翔.一种输电线路智能巡检系统设计与实现[J].三峡大学学报(自然科学版),2013(3):95-98.

[5]张建龙.输变电系统中变电运行故障及处理对策分析[J].黑龙江科学,2019,10(2):118-119.

文章来源：王泽武.输电线路智能巡检系统的实用化研究[J].科技与创新,2022,(08):85-87+91.