如今,無人機已廣泛應用于輸電線路巡檢。國網寧夏超高壓公司研發了無人機通信指揮車成套裝備,進一步提高了無人機巡檢的智能化水平,實現了無人機自主巡檢規模化應用。
無人機巡檢有了專用通信指揮車
作者:田園 李波
11月7日,在±800千伏哈密—鄭州特高壓直流線路寧夏段,5架無人機從國網寧夏電力有限公司超高壓公司自主研制的無人機通信指揮車中飛出。按照預先設定的航線,這幾架無人機分別拍攝線路導線、金具連接點等關鍵部位。巡檢結束后,無人機自動返航。巡檢影像資料上傳至智能巡檢管控平臺,平臺自動生成巡檢報告。
國網寧夏超高壓公司負責寧夏境內3292.2千米的超高壓、特高壓輸電線路的運維工作。隨著電網規模逐年增長,對巡檢效率、精細度的要求也不斷提升。該公司深入研究無人機智能巡檢技術,研發了基于自動巡檢系統和智能巡檢管控平臺的無人機通信指揮車成套裝備,提升了輸電線路巡檢質效。
以需求為導向確定研發路線
寧夏是“西電東送”工程的重要送端。隨著寧夏電網的快速發展,傳統的人工巡檢方式已不能滿足電網精益化運檢的要求。國網寧夏超高壓公司應用無人機技術,建立了“人巡+機巡”的線路運檢模式。
輸電線路巡檢使用的無人機對起飛環境、存放條件及搬運方式有嚴格要求。巡線時,運維人員攜帶無人機設備尋找有利起飛點。飛行過程中,無人機拍攝畫面的準確性以及規避障礙物的靈敏度取決于運維人員的技術水平。受續航能力、信號強度等因素限制,一架無人機平均連續作業時長僅為30分鐘。
寧夏超高壓電力工程有限公司作為國網寧夏超高壓公司的科技成果轉化單位,組建輸電運檢創新團隊,針對改善起飛環境、提供電量補給、提升作業精度等需求開展研究。2020年12月,創新團隊通過實地勘查無人機應用情況,確定了具體的研究方向:以無人機通信指揮車為載體,研發自動巡檢系統,實現無人機自主飛行、自動充換電、厘米級精準降落;研發智能巡檢管控平臺,包含巡檢任務制訂與調度、圖像管理、隱患缺陷識別等模塊,實現無人機巡檢結果的智能分析。
創新團隊把無人機通信指揮車機巢的飛行起降平臺由一個增加為左、中、右三個。平臺全部展開后最多能滿足五架無人機同步起降。傳統“一人遙控一機”操作方式轉變為“一人一車遙控多機”,實現了無人機集群起降。同時,團隊成員在三個飛行起降平臺上分別安裝機械臂。機械臂配合智能充電系統完成無人機電池的拆卸、安裝、充電操作。
結合現場應用不斷改進性能
2021年1月,創新團隊完成國網寧夏超高壓公司運維的750千伏及以上5984基交、直流鐵塔激光點云圖像掃描工作,并建立標準化自動巡檢航線庫。隨后,無人機通信指揮車成套裝備進入試點應用階段。
按照操作流程,運維人員領取巡檢任務后將指揮車開到現場。經一鍵操作,三個飛行起降平臺展開,無人機起飛進行自主巡檢作業,拍照并識別線路缺陷。任務完成后,無人機按照全局路徑規劃算法依次精準降落。車輛行駛途中,無人機可自動更換備用電池并設定已使用電池的充電時間。使用無人機通信指揮車巡檢的效率是單人操作無人機巡檢的7.5倍。
經過兩個月的試用,創新團隊發現負責拆裝電池的機械臂內部精密元件易受路途顛簸影響移位,無人機自動更換電池時無法達到毫米級精度。
在查閱相關資料后,創新團隊決定用激光感應定位技術取代原有的機械位置行程定位技術。團隊成員在機械臂操作部位與無人機電池卡槽處分別加裝激光雷達傳感器。傳感器確定二者方位后,機械臂再更換電池。經測試,即使機械臂發生元件位移仍能利用激光精準定位電池位置,并快速移動實現對接。
拓展創新成果功能和應用場景
2021年5月,無人機通信指揮車正式投入使用。同年8月,成套成果完成升級測試,國網寧夏超高壓公司與第三方單位簽訂成果轉化協議,推動產品走向市場。
2022年年初,創新團隊優化了智能巡檢管控平臺中的圖像管理模塊,引入5G無線傳輸技術,使照片能隨時拍攝隨時導出,減少了巡檢人員用內存卡二次讀取的工作量。創新團隊還建立融合電網、作業環境等相關數據的線路典型缺陷數據庫,利用“數據+算力+算法”的邊緣計算技術提高圖像識別的準確率。
為了保障電力設備周圍環境的安全性,創新團隊給無人機通信指揮車增加了黑飛反制系統。系統具備飛行數據實時上報、禁飛區域告警等功能。無人機通信指揮車在重要線路區域執行任務時,會在半徑3千米的區域內布設電子圍欄,防止其他無人機對輸電線路造成破壞。
9月6日,國網寧夏超高壓公司巡檢人員使用無人機通信指揮車巡檢330千伏侯橋變電站周圍線路。智能巡檢管控平臺自動分析無人機回傳圖像時,發現一條出線的多個絕緣子串被塑料薄膜纏繞。巡檢人員立即使用車輛配備的車載激光清障儀清理了異物,消除了線路隱患。
“升級后的無人機通信指揮車實現了工程驗收、應急救援、安全管控等多場景應用,進一步降低了巡檢人員的作業難度和強度。”國網寧夏超高壓公司設備部副主任曹凱說。
無人機通信指揮車成套裝備技術成果已申請國家發明專利6項、軟件著作權3項,獲得實用新型專利授權9項、外觀設計專利授權1項。國網寧夏超高壓公司將持續推進成果轉化應用,形成可復制、可推廣的輸電線路智能化運檢模式。