基于无人机 3D建模对高压线路自主巡检的应用探究.pdf
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1、48第 46 卷 第 9 期2023 年 9 月Vol.46No.9Sep.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation1 引言山西万家寨引黄水务集团有限公司偏关分公司下辖五座大型泵站,主要承担着将万家寨水利枢纽大坝内的黄河水向省内太原、朔州、大同等地提供生活、生态和工业用水,同时担负着向首都永定河提供生态供水的重要任务。其中,总干线三座泵站的设计流量为 48 m3/s,年供水量 12 亿 m3;每座泵站安装 10 台立式单级单吸离心泵,8 工 2 备;单泵流量 6.45 m3/s,配套电机功率 12 MW
2、,总装机容量为120 MW。为保证各泵站用电设备的安全、稳定、可靠运行,辖区内共设有 110 kV 主电源变电站 5 座、110 kV 外引电源变电站 2 座,共有 110 kV、10 kV 架空输电线路 347.89 km、杆塔 2004 座。如何确保我司辖区内高压输电线路的安全、稳定、高效运行,成为关系到我司供水事业的兴衰,更是关系到供水沿线各大城市的重大民生问题。而传统高压架空输电线路的巡检方式主要依靠人工巡检,不仅效率低下、漏检率高,而且还存在高处坠落和意外触电的危险,已无法满足架空线路运维发展的需要1。因此,如何应用更加高效、便捷、安全的巡检方式取代传统落后的人工巡检,成为我们每个水
3、利和电力从业人员努力探索的重要课题。随着我国无人机技术日趋成熟和人工智能技术的突飞猛进发展,应用无人机对高压架空线路进行全方位、专业化、高效化巡检,已成为我司运维一体化改革创新研究的一大课题2。我司应用无人机自主巡检实现“不爬山、不登塔、3D 建模、自主巡查、隐患排查、远程可视化”巡检,从而极大地提高运维工作效率,并降低和消除巡检人员触电伤亡和高空坠落的风险3。2 无人机巡检的技术优势2.1 三维激光建模所谓三维(3D)激光建模,是指无人机搭载激光雷达通过对输电线路和杆塔进行激光扫描和惯导标定,生成高精度点云密度模型(图 1);再经过大疆智图或 TOVOS Powerline 专业图形处理软件
4、形成全方位、高精度、可视化的三维输电线路立体模型(图2)。图 1 实物与点云密度模型实时画面收稿日期:2023-06-20作者简介:韩建波(1987-),男,工程师,从事泵站生产运行与检修维护管理工作。基于无人机+3 D建模对高压线路自主巡检的应用探究韩建波(山西万家寨引黄水务集团有限公司偏关分公司,山西 偏关 036400)摘 要:高压架空输电线路因点多、线长、面广,且沿线地理环境复杂和交通不便等原因,导致传统人工巡检效率低、干扰多、准确性差。本文通过对无人机巡检技术的研究分析和我司的实际应用论证,展开对无人机巡检的发展前景进行探究,为相关行业开展和推广无人机巡检提供借鉴。关键词:无人机;三
5、维激光建模;高压线路;自主巡检;应用前景中图分类号:TM755文献标识码:B文章编号:1672-5387(2023)09-0048-04D O I:10.13599/ki.11-5130.2023.09.01549第 9 期图 2 3D 立体模型图通过该 3D 立体模型可清晰、直观、详细的对输电线路走廊的地形地貌和输电设施,进行细致的分析、测距、规划。从而对电力线路的规划设计和运行维护提供高精度测量数据成果,并为后期输电线路的运行、维护和管理提供更快速、更高效和更科学的运维决策依据。2.2 自主巡检根据 3D 激光建模生成的高精度点云模型,在此基础上结合巡检工作任务,按先后顺序标注巡检任务点(
6、图 3),并设置巡检动作(如拍照、测温、测距等)和航线后,无人机将自动生成飞行航线和航点动作进行自主巡检,可实现一次设置重复使用(图 4)。图 3 巡检点及航线标注 图 4 自主巡检随着无人机飞控技术的不断创新和日趋智能,无人机自主巡检过程中可实现智能避障、自动跟踪、自动变焦、智能返航和 RTK 厘米级高精度定位等功能。从而使自主巡检更加智能、高效和安全。2.3 传感技术无人机巡检可根据不同任务,搭载不同功能的传感器或集成度高的光学仪器。实现对输电线路和杆塔的全方位、数字化、可视化巡检。搭载红外线成像传感器,可对高压输电架空线路中的接线盒和接线夹发热现象进行测温和夜间巡检,发现异常高温点及时进
7、行处置,可避免火灾和大面积停电事故的发生。搭载紫外线成像传感器,可对高压输电线路中的电晕放电故障进行早发现、早处置,避免故障扩大。搭载距离传感器,可精准测量架空线路与周围树障、导地线、绝缘子和金具的距离。3 无人机巡检的应用流程3.1 应用背景2023 年 5 月 17 日 18 时许,110 kV 方下线发生跳闸故障,经查询变电站内线路保护装置,发现 C相发生接地短路故障,距离保护 I 段动作,零序过电流 I 段动作,断路器三相跳闸。此时该地正处于雷雨天气,经初步研究判断该故障为雷击导致 110 kV C 相线缆的一处绝缘子放电,引发跳闸故障。经综合测算,该故障点大致位于变电站进线侧7.9
8、km处。图 5 系统接线示意图由于该故障点所处位置为山区密林,道路崎岖,交通极为不便。加之雷雨天气,禁止人工巡检。因此,使用无人机进行特殊巡检,可准确定位故障点,并第一时间掌握现场情况,可为后续的故障处理提供重要参考依据。3.2 应用流程本次巡检选用的无人机为大疆 MATRICE 300 RTK(简称 M300 RTK),搭载禅思 L1 激光雷达镜头,可实现对巡检线路自主巡检、红外测温、测距等功能。部分性能参数见表 1。本次应用无人机对 110 kV 架空线路及杆塔进行故障巡检的作业流程如图 6 所示。首先,根据变电站内的线路保护装置和故障滤波器的报警信息综合研判,初步判断故障点的方位和大概距
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