12月27日10時(shí)許，國家西電東送重點(diǎn)工程——烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端柔性直流示范工程（以下簡稱昆柳龍直流工程）正式啟動(dòng)投產(chǎn)送電。作為世界第七大水電站——烏東德水電站的主要送出“大動(dòng)脈”，昆柳龍直流工程從云南出發(fā)，跨越1452公里的高山河湖，將充沛的水電送往廣東和廣西的用電負(fù)荷中心。
該工程總投資242.49億元，線路起于昆北換流站，落點(diǎn)在廣西柳北換流站和廣東龍門換流站，途經(jīng)云南、貴州、廣西、廣東四省區(qū)，預(yù)計(jì)每年送電330億度，相當(dāng)于海南省一年的全社會(huì)用電量。昆柳龍直流工程跨越多項(xiàng)世界技術(shù)“無人區(qū)”，是目前世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大的多端混合直流工程。
昆柳龍直流工程正式啟動(dòng)投產(chǎn)送電
距離烏東德水電站100多公里、位于云南省昆明市祿勸彝族苗族自治縣的昆北換流站，是昆柳龍直流工程的起點(diǎn)。這一巨型特高壓換流站被群山環(huán)抱，自7月底昆柳龍直流工程階段性投產(chǎn)后，昆北換流站就承擔(dān)起將云南的清潔水電送往粵港澳大灣區(qū)的重要使命。
圍繞著該站的建設(shè)投產(chǎn)，如何在大面積、特高壓、復(fù)雜高密度結(jié)構(gòu)下開展高效、安全的巡檢保障工作，成為極大的挑戰(zhàn)。在跨越特高壓技術(shù)“無人區(qū)”的同時(shí)，南方電網(wǎng)聯(lián)合大疆行業(yè)應(yīng)用，通過近三年的技術(shù)探索，在昆北換流站填補(bǔ)了另一項(xiàng)空白：利用無人機(jī)自動(dòng)巡檢給站內(nèi)設(shè)備做“日常體檢”，創(chuàng)下全球最大復(fù)雜電磁環(huán)境下無人機(jī)自動(dòng)巡檢世界紀(jì)錄。
昆北換流站，南方電網(wǎng) 圖
無人機(jī)首次進(jìn)入變電領(lǐng)域：強(qiáng)電磁環(huán)境下給設(shè)備“體檢”
走進(jìn)昆北換流站，站內(nèi)工作人員并不多，耳邊只有母線高抗器帶電發(fā)出的“滋滋”聲。換流站并不生產(chǎn)電，烏東德等水力發(fā)電站的交流電在此轉(zhuǎn)為直流電，通過特高壓“高速公路”送抵兩廣地區(qū)后，再將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，最后經(jīng)過輸配電線路送到各家各戶。
昆北換流站與普通變電站最大的不同，是設(shè)備特別高大、價(jià)值也特別高。巡檢是電網(wǎng)人員的日常工作之一，傳統(tǒng)巡檢中，需要人力爬上高塔，檢查設(shè)備的老化、發(fā)熱等問題。但面對(duì)巨大的換流設(shè)備，昆北換流站存在許多巡檢盲區(qū)，另外設(shè)備帶電，巡檢人員也面臨安全隱患。“站里此前采用機(jī)器人巡檢和人工巡檢相結(jié)合，但還是存在一些很難發(fā)現(xiàn)的隱蔽點(diǎn)，需要采用其他技術(shù)手段。”南方電網(wǎng)超高壓公司昆明局昆北換流站值長袁虎強(qiáng)對(duì)澎湃新聞?wù)f道。
他們由此聯(lián)想到了無人機(jī)技術(shù)：這項(xiàng)新技術(shù)其實(shí)已廣泛應(yīng)用于輸電網(wǎng)的巡線中，安全巡檢效率有所提高。但是，無人機(jī)還沒有在換流站使用過，復(fù)雜電磁環(huán)境下能行得通嗎？如何讓無人機(jī)代替人力開啟自動(dòng)巡檢？
南方電網(wǎng)的“老朋友”、無人機(jī)巨頭大疆收到了上述需求。自2015年起，大疆便與南方電網(wǎng)開始合作研發(fā)“機(jī)巡+人巡”協(xié)同輸電線路巡檢模式。“目前大疆無人機(jī)已覆蓋我國超過40萬公里的輸電線路，線路覆蓋率超過30%。”DJI 大疆行業(yè)應(yīng)用能源市場(chǎng)經(jīng)理邢曉明介紹稱，大疆無人機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路和配電線路的自動(dòng)飛行巡檢，“但還留下最后一個(gè)待攻克的難關(guān)：如何高密度強(qiáng)電磁環(huán)境干擾的情況下來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自動(dòng)巡檢。 ”
之所以說換流站是塊“難啃的骨頭”，首先是由于電磁干擾強(qiáng)，對(duì)無人機(jī)的穩(wěn)定性和精確性要求極高；除了超高壓環(huán)境外，換流站巡檢還面臨整體結(jié)構(gòu)密集、線路復(fù)雜等挑戰(zhàn)，要求無人機(jī)能靈活“穿梭自如”；最為關(guān)鍵的是，昆北換流站作為跨省電力“大動(dòng)脈”的“咽喉”，不容任何閃失。
 
昆北換流站的設(shè)備特點(diǎn)是不僅高大而且昂貴。澎湃新聞?dòng)浾?楊漾 圖
想要無人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢，首先，需要給無人機(jī)繪制一張三維地圖。無人機(jī)要在空中拍攝各個(gè)角度的照片，通過運(yùn)算得到實(shí)景三維模型，這相當(dāng)于為換流站復(fù)刻了一個(gè)數(shù)據(jù)化沙盤。第二步，是在數(shù)據(jù)模型上設(shè)定飛行軌跡，告訴無人機(jī)要飛多高，選擇怎么樣的飛行路徑，照相機(jī)要以什么角度對(duì)設(shè)備進(jìn)行拍照，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢。
無人機(jī)自動(dòng)巡檢中，大疆 供圖
5小時(shí)與5分鐘
但在第一步上，上述思路就遭遇“卡殼”：無人機(jī)飛不進(jìn)去。以往成熟的方案，在這里行不通。
利用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行建模，無人機(jī)必須要在距離換流站設(shè)備20-30米范圍內(nèi)拍照，無人機(jī)必然會(huì)在換流站的正上空飛行。而這，正是站長們值長們最擔(dān)憂的：萬一出現(xiàn)故障砸壞設(shè)備，存在巨大安全隱患。如何完全避開換流站的上空區(qū)域，同時(shí)又能完成精準(zhǔn)建模，成為換流站和技術(shù)團(tuán)隊(duì)亟待解決的難題。
在此過程中，大疆的工程師們想到，激光雷達(dá)的測(cè)量距離更遠(yuǎn)、精度更高，搭載在無人機(jī)上，利用靈活的云臺(tái)俯仰角，調(diào)整激光雷達(dá)方向，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傾斜掃描。利用搭載激光雷達(dá)的無人機(jī)可以避免在設(shè)備的正上方飛行，轉(zhuǎn)而在安全“禁區(qū)”之外的區(qū)域完成建模，對(duì)昆北換流站這樣的特殊環(huán)境來說，或許是更合適的選擇。
在“數(shù)字化沙盤”基礎(chǔ)上確定無人機(jī)航點(diǎn)，大疆 供圖
“在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，使用大疆經(jīng)緯M300RTK搭載L1激光雷達(dá)1個(gè)架次8分鐘留空，即可完成長306米寬125米的區(qū)域數(shù)據(jù)采集工作。飛行結(jié)束后，通過大疆智圖軟件后處理，5分鐘即可獲取精細(xì)化三維模型。”邢曉明介紹道，上述步驟完成后，在大疆智圖軟件中打開厘米級(jí)精度的三維點(diǎn)云模型，根據(jù)巡檢目標(biāo)點(diǎn)，可設(shè)置無人機(jī)飛行距離、負(fù)載變焦倍數(shù)等參數(shù)，生成準(zhǔn)確航線。與此同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)在軟件中優(yōu)化航線，保障避開敏感設(shè)備，幫助運(yùn)維人員采取安全通道飛行。最終，在巡檢環(huán)節(jié)，一線作業(yè)人員可一鍵自動(dòng)飛行巡檢，過程中無須再操控。與人工作業(yè)相比，在效率及質(zhì)量兩方面至少提升5倍以上。
 
無人機(jī)巡檢中的可見光畫面和紅外測(cè)溫畫面
經(jīng)過反復(fù)測(cè)試、調(diào)整之后，昆北換流站與大疆行業(yè)應(yīng)用及中科智云聯(lián)合探索的無人機(jī)自動(dòng)化巡檢方案， 首次在超高壓環(huán)境實(shí)現(xiàn)了“激光建模——航線規(guī)劃——自主飛行——飛行監(jiān)控——數(shù)據(jù)整理”的全流程連通。
站內(nèi)對(duì)于上述方案安全性的顧慮，也逐漸打消。
無人機(jī)自動(dòng)巡檢將人力從耗時(shí)且重復(fù)的日常巡檢中解放出來。澎湃新聞從換流站及大疆方面了解到，由于昆北換流站設(shè)備特別多，在傳統(tǒng)人力巡檢模式下，兩名工作人員要花4天時(shí)間才能將全站所有設(shè)備巡查一遍。以換流站內(nèi)的直流場(chǎng)區(qū)域?yàn)槔瑑擅ぷ魅藛T要對(duì)其進(jìn)行一次日常巡檢，耗時(shí)大約在5小時(shí)左右。而利用無人機(jī)自動(dòng)巡檢，耗時(shí)僅需5分鐘左右。
澎湃新聞在現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)飛行演示中看到，目前，昆北換流站的無人機(jī)自動(dòng)巡檢尚需有人將無人機(jī)拿到巡檢現(xiàn)場(chǎng)，再讓無人機(jī)按既定航線巡檢。未來，工作人員在辦公室內(nèi)即可遠(yuǎn)程啟動(dòng)無人機(jī)自動(dòng)巡檢。
傳統(tǒng)電力行業(yè)正朝著更智能、更數(shù)據(jù)化的方向發(fā)展。邢曉明表示，未來，大疆將繼續(xù)協(xié)助南方電網(wǎng)公司基本實(shí)現(xiàn)“機(jī)巡為主+人巡為輔”的協(xié)同巡檢目標(biāo)。
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