杨鑫　周攀　李斌　秦硕　高爽　张派

摘要：配电网运维面临巡视人员数量少、运维资产体量大、设备及通道环境复杂等客观局面。本文以提质增效为目的，探索无人机在10kV配电架空线路的新应用，大力发展可视化监拍和红外热成像等无人机前沿技术，旨在提升配电网精细化巡检水平，解放人力和时间成本，将核心人员用于核心业务，实现配电专业管理模式的转型提升和人员作业模式的高质高效。本文总结了无人机智能巡检发展现状，提出配电线路无人机巡检的应用场景，详细描述了无人机智能综合管控系统，对未来无人机配电网智能巡检模式的发展进行展望。

关键词： 配电网;无人机;精细化巡检;智能巡检模式;提质增效

Application of UAVs in Intelligent Inspection of 10KV Distribution Line

YANG Xin ZHOU Pan* LI Bin QIN Shuo GAO Shuang ZHANG Pai

（State Grid Beijing Changping Electric Power Co.， Ltd.， Beijing， 102200 China）

Abstract： The operation and maintenance of distribution network is faced with objective situations such as a small number of inspectors， a large volume of electrical equipment assets， and complicated surroundings. Based on the quality and effectiveness improvement as the goal， this paper explores the new application of unmanned aerial vehicles （UAVs） in 10kV distribution line， and vigorously develops UAVs cutting-edge technologies such as visual monitoring and infrared thermal imaging， aiming to enhance the level of distribution network refinement checking， liberate the labor and time costs， apply the core staff to the core business， and realize the transformation and upgrading of professional management mode and the high quality and efficiency of personnel operation mode. This paper summarizes the development status of UAVs intelligent inspection， puts forward the application scenario of UAVs inspection using in distribution line， describes the UAVs intelligent integrated control system in detail， and looks forward to the development of UAVs intelligent inspection mode of distribution network in the future.

Key Words： Power distribution network; UAVs; Refinement checking; Intelligent inspection mode; Quality and effectiveness improvement

0 引言

配電网是电力系统与用户直接相连的部分，为确保人民生活和企业生产用电的安全可靠性，提升客户优质服务感知度，配电网运维管理压力与日俱增。配电架空线路及设备架设于街道、河畔、山区、丛林等，运行环境复杂^[1-2]，目前仍采用人工逐级杆塔巡线的方式，过度依赖巡线人员自身素质和工作经验，且部分山区线路受限于路径崎岖，巡视折返时间成本高，传统人工巡视仰视视角存在盲区，对于设备正上方缺陷无法观测，存在巡线周期长、巡视效率低、巡视不到位等现象^[3]。依托无人机自主巡检等先进技术减员增效是未来的发展方向，特别是在山区线路日常巡视、地区灾后现场勘查、故障线路应急抢修等方面需求迫切。

1 无人机发展现状

我国在上世纪80年代开始进行载人直升机的巡检工作，但是由于巡检费用高、灵活机动性差、巡检飞行安全系数低等诸多原因，此项工作未能得到很好的开展^[4]。近年来，随着科技发展和空域申请条件放宽，无人机在输电线路智能巡检方面得到广泛应用。

在管理方面，2015年7月国家电网公司针对架空输电线路无人机巡检系统配置导则、固定翼无人机巡检系统、无人直升机巡检系统、固定翼无人机巡检技术规程、直升机巡检作业规范等发布企业标准，2019年6月国家电网公司设备管理部编制《架空输电线路多旋翼无人机巡检影像拍摄指导手册（试行）》，规范多旋翼无人机巡检的安全要求、技术要求、作业流程、巡检路径、拍摄规则和巡检资料归档等，旨在提升无人机巡检的质量和效率，同时为缺陷智能识别技术提供标准化样本数据，加快缺陷智能识别技术研究进度。近年来，我国初步建立无人机管理体系，规范无人机日常使用、保养维修、代维服务等业务流程，发展多地无人机培训学校，组织开展无人机培训取证，实现人才储备。

在应用方面，实现无人机自主巡检，采用“无人机飞行+人工图像筛查”的方式完成可见光精细化巡检;通过机载激光雷达对重要输电走廊和设备本体进行扫描，实现无人机自主巡检航线规划，以点云数据为基础对通道内危险源进行精准建账;通过固定翼无人机开展通道可见光巡检，单日巡视通道可达70公里;通过多旋翼无人机搭载双光相机对耐张线夹、引流管等进行温度测量，与手持式测温仪相比，无人机测温误差在5摄氏度左右;通过倾斜摄影对危险点三维重构与实景还原，树线净空距离测量误差在0.5米内;实现复杂通道环境360全景感知，经处理后隐患点图像可360度任意旋转。通过无人机采集、提取专业数据，处理还原现场实际情况，实现输电线路本体的精细化巡检、输电线路通道的可视化监控，确保隐患全量闭环、精准管控。

目前，输电线路专业对无人机的应用已取得阶段性成果，但10kV配电线路专业对于无人机巡检的工作开展仍处于前期摸索阶段。国家电网公司尚未编制配电线路无人机巡检影像拍摄指导手册等相关规程标准，配电线路无人机巡检作业体系尚未建设。

2 配电无人机典型应用场景

通过借鉴无人机在高电压等级输电线路应用的成功经验，以“机巡替代”提高专业生产力，弥补配电线路传统运维模式的短板。与输电线路相比，配电架空线路长度较短、杆塔较低，线路电磁辐射较小，对无人机抗干扰能力和纠偏能力要求较低^[5]，配电杆塔上电气设备距离较近，无人机拍摄一张照片可直接覆盖三相，且拍摄精度和拍摄数量要求远低于输电线路，但是配电线路走廊情况复杂，存在交叉跨越、高空障碍等情况，部分线路处于人口密集区，起飞条件差。配电无人机典型应用场景多样化，主要有以下几类：

2.1 故障查线

对于避雷器、绝缘子上方雷击受损，线路开关本体上方炸裂等隐蔽性故障点，巡视人员自地面仰视角度无法观测，需停电逐级登杆检查才能发现。无人机可通过俯视或平视视角，快速发现故障点，弥补传统人工巡视的视觉盲区，全方位无死角高清还原现场实际情况。

Fig. 1 UAVs inspection found hidden defects of arrestor breakdown

2.2 线路巡视

对于部分跨河流、跨山峰等人工接近难度较大的山区线路，无人机航线规划可化曲为直，巡视不受地形和路径限制，降低人工巡线时间成本，提高巡视效率。

Fig. 2 UAVs inspection turns path curve into straight

2.3 灾情勘察

对于山体滑坡、林区山火、洪水地震等对抢修人员人身安全造成极大威胁的严重自然灾害，利用无人机进行现场勘查，实时传回图像和数据信息，使抢修人员第一时间获悉现场情况，便于后续进行高效决策部署，筹备抢修物资，分配人员力量，安全有序把控抢修全过程。

2.4 状态检测

对于肘型头变压器、导线接头等宜采用红外测温仪和超声波检测仪等状态检测设备排查配电架空线路设备的过热缺陷和局放缺陷，但状态检测结果受测量距离影响信号衰减较大，检测精度难以保障，无人机搭载的状态检测设备可缩短状态检测距离，使得状态检测结果更加精确^[6-7]。

2.5 特殊巡视

对于施工作业、鸟害、異物搭挂等缺陷隐患开展特殊巡视时，通过无人机可对线路情况进行快速筛查，相较于人工巡视更加便捷高效。

2.6 线路评估

对于故障高发线路、“煤改电”线路、重过载线路、短时接地信号频发线路等重点线路进行巡视检查，通过无人机全面分析线路缺陷隐患，为线路整体情况的评估提供数据支撑。

2.7 工程验收

配网工程建设周期短，多数工程均为当日停电施工当日恢复送电，充分利用无人机空中悬停拍照并实时传回的特点，4k高清图像真实还原现场情况，高效发现“销钉级”缺陷，突破传统人工验收效率低，验收存在盲区的瓶颈^[8]。

Fig. 3 UAVs acceptance makes up for the blind spot of manual acceptance

3 配电无人机智能综合管控系统

针对无人机巡检业务流程各个环节，建设配电无人机智能综合管控系统，采用国家电网公司、省公司、地市公司三级架构，不同的用户具有不同的操作权限和管理权限。开通无人机飞行空域申请网上审批渠道，可实时更新空域申报数据和审批流程状态，同时接入无人机巡检实时数据，展示巡检全过程和空域预警信息，实现无人机作业全天候监控、作业管理与现场无缝连接、巡检数据智能化分析、巡检资源集约化管控和科学调配等功能。

3.1 航线规划系统

配电杆塔距离地面位置较低，与线路通道环境融合度较高，采用传统激光雷达扫描定位的方式难以区分配电杆塔与现场环境，定位效果较差，目前采用“示教飞行”的模式完成航线规划，定位效率较低。配电无人机智能综合管控系统深度融合地理位置信息与配电网电力线路拓扑关系，采用自动优化的经纬度数据精确采样地理位置信息，优化航线规划;实时更新配电网电力线路拓扑并增减采样点，动态调整无人机自主巡视航线规划。

3.2 通信链路系统

无线通信因山峰阻挡等存在信号盲区，开发地面中继点和空中中继模式相结合的复合通信数据链，满足无人机超视距条件下的巡线需求^[9-10]，通过移动航母车载中继器实现通信链路，或采用移动背包等便携式移动中继器，实现网络信号远距离传输，高效完成复杂地形区域的巡线任务。

3.3 数据采集系统

现阶段无人机可以实现一键起飞自主巡检，进行图像采集并实时回传。通过优化后的航线规划可围绕配电杆塔电气设备进行批量图像采集，回传至系统后自动处理生成360度智慧全景实时感知空间，真实还原现场情况;进行设备温度采集，清除背景热源对设备热点的干扰，回传至系统进行分析处理。

3.4 AI智能缺陷识别系统

目前缺陷数据的分析比对和定级研判主要依靠人工完成。通过分析多种常见设备的外形特征和热故障特征形成缺陷类型数据库，作为判断设备缺陷的重要辅助依据，区分常见的电力设备轮廓并进行取样分析，实现缺陷识别和定级定性。设置温度阈值，结合设备历史测温数据初步筛选温度异常点位，增设预警提示。

3.5 科学调配系统

结合变电站、供电所等场所，建设分布式无人机机巢及调拨平台，根据巡检任务优化无人机派出机制，实现无人机就地调拨。建立通用的配电架空线路和电力设备空间数据库，实现与无人机通讯连接，实时显示无人机巡检状态、巡检方位和安全距离;增加遇险安全设计，关联气象预报预警，如遇不满足飞行条件的恶劣天气，提前进行自主研判，就近机巢降落，确保飞行安全。

3.6 设备管理系统

设置分布式无人机和电池管理仓，主要功能包括库存管理、预约管理、出入库管理、飞行记录、电池充电管理等。设备管理系统可直接查询各管理仓内无人机情况和电池使用情况，优化无人机电池充电模式，提升无人机续航能力，实现对设备的全寿命周期管理。

3.7 VR模拟仿真培训系统

完善无人机培训和考核标准，立足电网巡检需要，深化无人机岗位技能培训工作，推动无人机在电力行业规范应用、规模发展。VR模拟仿真培训系统可以进行培训人员现场实操训练，提高运维人员的综合素质，确保发生突发情况时及时进行人员干预，有效进行应急处置。

Fig. 4 Simulate practical training through the VR simulation training system

4 总结与展望

配电无人机智能综合管控系统通过深度融合物联网与大数据、人工智能等技术，可以实现电力设备的综合评价、智能诊断、预测预警、辅助决策和智慧指挥。推动无人机管理体系不断完善，通过配电线路无人机自主巡检，解放核心生产力，可以实现传统运维模式的转型提升，为电力行业发展带来新的机遇。

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