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克服强电磁干扰无人机替代人工为超级电力工程

作者:十博 发布时间:2021-03-29 03:28 点击数:

  12月27日10时许,国家西电东送重点工程——乌东德电站送电广东广西特高压多端柔性直流示范工程(以下简称昆柳龙直流工程)正式启动投产送电。作为世界第七大水电站——乌东德水电站的主要送出“大动脉”,昆柳龙直流工程从云南出发,跨越1452公里的高山河湖,将充沛的水电送往广东和广西的用电负荷中心。

  该工程总投资242.49亿元,线路起于昆北换流站,落点在广西柳北换流站和广东龙门换流站,途经云南、贵州、广西、广东四省区,预计每年送电330亿度,相当于海南省一年的全社会用电量。昆柳龙直流工程跨越多项世界技术“无人区”,是目前世界上电压等级最高、输送容量最大的多端混合直流工程。

  昆柳龙直流工程正式启动投产送电

  距离乌东德水电站100多公里、位于云南省昆明市禄劝彝族苗族自治县的昆北换流站,是昆柳龙直流工程的起点。这一巨型特高压换流站被群山环抱,自7月底昆柳龙直流工程阶段性投产后,昆北换流站就承担起将云南的清洁水电送往粤港澳大湾区的重要使命。

  围绕着该站的建设投产,如何在大面积、特高压、复杂高密度结构下开展高效、安全的巡检保障工作,成为极大的挑战。在跨越特高压技术“无人区”的同时,南方电网联合大疆行业应用,通过近三年的技术探索,在昆北换流站填补了另一项空白:利用无人机自动巡检给站内设备做“日常体检”,创下全球最大复杂电磁环境下无人机自动巡检世界纪录。

  昆北换流站,南方电网 图

  无人机首次进入变电领域:强电磁环境下给设备“体检”

  走进昆北换流站,站内工作人员并不多,耳边只有母线高抗器带电发出的“滋滋”声。换流站并不生产电,乌东德等水力发电站的交流电在此转为直流电,通过特高压“高速公路”送抵两广地区后,再将直流电转换为交流电,最后经过输配电线路送到各家各户。

  昆北换流站与普通变电站最大的不同,是设备特别高大、价值也特别高。巡检是电网人员的日常工作之一,传统巡检中,需要人力爬上高塔,检查设备的老化、发热等问题。但面对巨大的换流设备,昆北换流站存在许多巡检盲区,另外设备带电,巡检人员也面临安全隐患。“站里此前采用机器人巡检和人工巡检相结合,但还是存在一些很难发现的隐蔽点,需要采用其他技术手段。”南方电网超高压公司昆明局昆北换流站值长袁虎强对澎湃新闻说道。

  他们由此联想到了无人机技术:这项新技术其实已广泛应用于输电网的巡线中,安全巡检效率有所提高。但是,无人机还没有在换流站使用过,复杂电磁环境下能行得通吗?如何让无人机代替人力开启自动巡检?

  南方电网的“老朋友”、无人机巨头大疆收到了上述需求。自2015年起,大疆便与南方电网开始合作研发“机巡+人巡”协同输电线路巡检模式。“目前大疆无人机已覆盖我国超过40万公里的输电线%。”DJI大疆行业应用能源市场经理邢晓明介绍称,大疆无人机已经实现对输电线路和配电线路的自动飞行巡检,“但还留下最后一个待攻克的难关:如何高密度强电磁环境干扰的情况下来实现无人机自动巡检。 ”

  之所以说换流站是块“难啃的骨头”,首先是由于电磁干扰强,对无人机的稳定性和精确性要求极高;除了超高压环境外,换流站巡检还面临整体结构密集、线路复杂等挑战,要求无人机能灵活“穿梭自如”;最为关键的是,昆北换流站作为跨省电力“大动脉”的“咽喉”,不容任何闪失。

  昆北换流站的设备特点是不仅高大而且昂贵。澎湃新闻记者 杨漾 图

  想要无人机在复杂环境下实现自动巡检,首先,需要给无人机绘制一张三维地图。无人机要在空中拍摄各个角度的照片,通过运算得到实景三维模型,这相当于为换流站复刻了一个数据化沙盘。第二步,是在数据模型上设定飞行轨迹,告诉无人机要飞多高,选择怎么样的飞行路径,照相机要以什么角度对设备进行拍照,最终实现自动巡检。

  无人机自动巡检中,大疆 供图

  5小时与5分钟

  利用传统的方式进行建模,无人机必须要在距离换流站设备20-30米范围内拍照,无人机必然会在换流站的正上空飞行。而这,正是站长们值长们最担忧的:万一出现故障砸坏设备,存在巨大安全隐患。如何完全避开换流站的上空区域,同时又能完成精准建模,成为换流站和技术团队亟待解决的难题。

  在此过程中,大疆的工程师们想到,激光雷达的测量距离更远、精度更高,搭载在无人机上,利用灵活的云台俯仰角,调整激光雷达方向,可以进行远距离倾斜扫描。利用搭载激光雷达的无人机可以避免在设备的正上方飞行,转而在安全“禁区”之外的区域完成建模,对昆北换流站这样的特殊环境来说,或许是更合适的选择。

  在“数字化沙盘”基础上确定无人机航点,大疆 供图

  “在强电磁干扰环境下,使用大疆经纬M300RTK搭载L1激光雷达1个架次8分钟留空,即可完成长306米宽125米的区域数据采集工作。飞行结束后,通过大疆智图软件后处理,5分钟即可获取精细化三维模型。”邢晓明介绍道,上述步骤完成后,在大疆智图软件中打开厘米级精度的三维点云模型,根据巡检目标点,可设置无人机飞行距离、负载变焦倍数等参数,生成准确航线。与此同时,还可实现在软件中优化航线,保障避开敏感设备,帮助运维人员采取安全通道飞行。最终,在巡检环节,一线作业人员可一键自动飞行巡检,过程中无须再操控。与人工作业相比,在效率及质量两方面至少提升5倍以上。

  无人机巡检中的可见光画面和红外测温画面

  经过反复测试、调整之后,昆北换流站与大疆行业应用及中科智云联合探索的无人机自动化巡检方案, 首次在超高压环境实现了“激光建模——航线规划——自主飞行——飞行监控——数据整理”的全流程连通。

  站内对于上述方案安全性的顾虑,也逐渐打消。

  无人机自动巡检将人力从耗时且重复的日常巡检中解放出来。澎湃新闻从换流站及大疆方面了解到,由于昆北换流站设备特别多,在传统人力巡检模式下,两名工作人员要花4天时间才能将全站所有设备巡查一遍。以换流站内的直流场区域为例,两名工作人员要对其进行一次日常巡检,耗时大约在5小时左右。而利用无人机自动巡检,耗时仅需5分钟左右。

  传统电力行业正朝着更智能、更数据化的方向发展。邢晓明表示,未来,大疆将继续协助南方电网公司基本实现“机巡为主+人巡为辅”的协同巡检目标。

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