风电场集电线路智能巡检方式初探

张冬梅 吉庆昌 常 硕

①河北水利电力学院 ②河北省高校水利自动化与信息化应用技术研发中心

因风电场内部路地形复杂且自然环境恶劣，传统的人工巡检模式已经难以满足运维精细化管理的现实需求，故本文将构建基于悬挂式的风电场集电线路智能巡检系统，其可以日夜兼程地在山区、丘陵、戈壁、果园、鱼塘、高速公路、工厂、农田等巡检人员难以达到的线路区段内进行高频次数据采集，通过数据回传到地面终端，经数据的整理分析后实现集电线路缺陷巡检的“零死角”。

1 集电线路巡检管理系统的研究现状

风电项目建设选址一般为野外，风机间距大，布点分散，厂区道路在项目建设完成后普遍修缮较少。后期运维过程中，基本靠人工巡检，存在巡检时间长，巡检路线道路难行等特点。西北、内蒙等地区风电场更是存在气候环境恶劣，地广人稀等特点。不同于电力电网，风电场管理中存在着人员少、任务重、利润低的特点，对场站后期维护工作提出了更高的要求。同时，传统人工巡检故障上报一般难以记录故障发生的准确位置。为解决传统集电线路手工巡检管理难以准确记录故障发生的准确位置、管理效率低且时效性差的缺陷，近年来一些较为先进的输电线路巡检管理系统相继出现，这些系统通过在杆塔上安装信息钮、信息螺栓或条形码等自动识别器件，辅以后台的计算软件进行集中管理，但这些系统仍存在诸多缺陷，具体体现在：

第一，巡检人员的责任心和素质高低将直接影响巡检质量，巡检人员责任心不强，带来电杆和设备漏检或漏项问题，不能确保巡检检查的质量；巡检人员综合素质不高，对应检查的设备及项目理解不到位，容易造成检查结果的记录不够规范，难于描述集电线路真实的运行状况。

第二，信息钮安装复杂且长期暴露在野外，容易遭到损坏，不利于有效管理，会影响巡检数据的正确性。

第三，巡检人员现场手工填写缺陷票，效率低下且缺陷描述不够规范，使得线路缺陷汇总分析的工作量没有实质性减少，影响了输电线路巡检管理效率的进一步提高。

第四，巡检任务调度的管理采用定期按照规定线路的方式进行，不能够很好的应对突发事件，不够灵活。

现阶段常用的无人机巡检，由于操作简便，可视性较强，深受广大电力职工喜爱。但是受无人机遥控范围限制和续航里程限制，无人机巡检仍需在人工完成场区巡检的情况下，在特定位置完成无人机放飞和收回，并未在根本上减轻运维人员的工作压力。同时，由于风电场一般选址在长年风力较大地区，对无人机操作提出了较高的要求，如操作失误，易发生人为安全生产责任事故。在此背景下，设计采用悬挂式巡检仪自动巡检的思路应运而生。

2 集电线路智能巡检系统的设计

（1）集电线路智能巡检系统的总体架构系统整体上由巡检监测平台、巡检吊舱及自动拖动系统等三个部分构成，其中巡检监测平台负责对自动巡检设备数据监控和图像等进行回传，并实时指挥和监控自动巡检设备、巡检数据及各类控制命令；任务载荷设备包含红外测温仪、数码高清相机、紫外图像、图传、GPS及各类传感器，还可以根据输电线路的实际巡检需求来加载更多的巡检设备。

安全防护为系统提供诸如数据安全、备份恢复、物理安全及网络安全等安全防护硬件设备信息交互、数据存储分析及共享服务等实现的支撑业务支撑作为具体应用和硬件设备间的桥梁，为具体应用提供基础软件运行平台具体应用为输电线路巡检任务的开展提供具体应用服务。

巡检吊舱应具备在快速移动、即时悬停的能力，机械机构能具备一定的负载能力，便于安装各种监测仪器、信息传输设备。导轨自动拖动系统应包括吊舱巡检路径导引，杆塔自动充电坞。

（2）集电线路智能巡检系统的功能划分。

a、集电线路可视化项目组。后台展示中，集电线路可视化项目组主要功能应包含如下几个方面：①集电线路实时运行状态的全景展示。通过可视化影像的拼接技术，集电线路的全景图将在巡检监测平台上向后台监控人员进行全方位展示；②集电线路实时温度渲染。将巡检过程中获得的实时温度数据、电晕放电情况回传至监测平台，监测平台对回传数据进行对比分析，对集电线路全景图进行区域着色，过热及放电部分分别选用不同亮色调进行渲染；③分机位轨迹展示。将不同巡检吊舱的运动轨迹，用不同颜色标识，并回传监测平台，操作人员可实时掌握巡检吊舱的运动轨迹，将巡检吊舱位置信息与地理地图坐标进行叠加。

b、输电线路状态分析模块的规划。输电线路状态分析模块的功能主要包含如下方面：对自动巡检系统的巡检数据进行缺陷智能识别分析（包含放电点检测、异常发热点检测等），将集电线路及其设备的缺陷及时在巡检监测平台进行展示，以便运维检修人员采取必要的处理措施；对自动巡检系统所获取的相关缺陷数据（如班组、时间等）进行人工识别，并能够进行缺陷的人工查询和统计分析。

c、输电线路运行隐患分析模块的规划。集电线路运行隐患分析模块的功能主要包含如下方面：通过对巡检数据的智能识别分析，对诸如垃圾、超高树木等外部隐患进行监测分析；通过对巡检数据的数据分类及统计分析，实现外部隐患的智能预警及辅助决策。

3 智能巡检条件分析

本智能巡检系统主要通过高清数码相机检测设备物理缺陷并直观观察设备外部环境，红外测温系统检查设备连接点处（接头、线夹等）是否存在过热现象，紫外图谱主要用于分析由于连接不良而造成的电晕放电情况。

巡检吊舱通过自拖系统拖动，运动速度均匀，可做到三种监测同时进行，解决了无人机巡检因设备重量原因需更换吊舱进行多次巡检的问题，同时自拖系统的自动充电坞也可保证巡检吊舱的可持续工作时间。

4 结束语

传统人工巡检方式需要巡检人员登塔进行故障点的找寻，不少集电线路的平均查线时间在4小时以上，而本系统则可以在2小时内完成故障点的查找工作，节约大量的人力物力。此外，在环境恶劣的大江大河及山区等地开展输电线路人工巡检是非常困难的，例如杆塔金具缺陷由于视角限制难以发现，而本系统可以消除人工巡检所存在的视觉盲点，并可通过搭载超声波测距装置来对线下树障及施工钻越点对导线净空距离数据进行精准测量，为故障清除工作提供数据支撑。