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1、CSG 2022.All Rights Reserved2023年6月配电网无线充电无人机全自主巡检技术探讨汇报人:陈绍南CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved知识产权声明 本文件的知识产权属南方电网公司所有。对本文件的使用及处置应严格遵循南方电网公司有关规定或获取本文件的合同及约定的条件和要求。未经南方电网公司事先书面同意,不得对外披露、复制。Intellectual Property Rights Statement This document is the property of and contains prop
2、rietary information owned by CSG and/or its related proprietor.You agree to treat this document in strict accordance with the terms and conditions of the agreement under which it was provided to you.No disclosure or copy of this document is permitted without the prior written permission of CSG.CSG 2
3、022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved一无人机巡检应用情况汇 报 提 纲汇报提纲二无人机巡检现场问题三无线充电解决方案四示范工程建设情况五未来巡检方式思考CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved一、无人机巡检应用情况CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved无人机在输电线路中的应用主要包括巡视和监测线路状态、故障检测和定位等。通过使用无人机,可以提高巡检效率,快速定位故障点,了解线路周围的环
4、境情况。输电领域输电线路红外测温输电线路可见光巡视输电线路三维见光建模CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved变电领域随着电力系统的快速发展,无人机技术也在不断的完善,无人机自主巡检技术,可以说是解决变电站传统人工巡检弊端的有效方法。利用无人机自主巡检,能够全方位、无死角地对变电站设备进行巡视,能够有效提高设备巡检的效率与质量。无人机自主巡检能够应用于不同的巡检场景之中,其自身携带的载荷可以让无人机自主完成设备数据采集任务,同时也可以结合其他摄像头等设备来对变电站进行巡检。CSG 2022.All Rights Reser
5、vedCSG 2020.All Rights Reserved配电领域如何高效完成配电线路巡检工作一直是各配电运维班组头疼的问题。无人机技术的广泛应用给配电线路的巡检工作带来了便利,提高了效率,实现了线路本体巡检、隔离刀闸巡检、配电箱、电缆线路巡检、低压线配路设备检查子配电线路运维各部分的统筹巡检,巡检效率提升且巡检成本降低。此外,配电线路无人机巡检能克服地理、气温等条件影配响,故障巡检精确度更高,有利于及时掌控配电线路整体运行情况。CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved二、无人机巡检现场问题CSG 2022.All R
6、ights ReservedCSG 2020.All Rights Reservedp 架空线路长、地理环境复杂,人工巡检效率低、安全性差、严重缺乏智能、高效的巡检方式线路长p 目前运维班组人员较少,人均运维线路长度达50公里。p 南网公司2021-2023年配电无人机自主巡检推进工作方案人员少易故障p 接触式充电,户外充电接头易氧化,造成无法可靠接触p 机械臂换电可靠性低、成本高、设备重CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved三、无线充电解决方案CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.A
7、ll Rights Reserved机巢通用性差不同品牌巡检无人机接触充电方案不一致,无法共享,利用率低,成本高。无人机续航能力差多旋翼无人机续航能力不足,充满电一次可续航 20-25 分钟,无法实现远距离自主巡检。装备不方便部署现有机巢装备体积大、重量重,不便在配电杆塔上安装部署机巢可靠性差目前机巢主要采用接触式充电方式,受环境影响大,接触点易氧化,造成接触不良,运行可靠性低深入基层班组,并与无人机厂商、研究机构沟通调研,掌握无人机智能巡检现场需求开展相应的研究。CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved根据研究难点,组织
8、技术人员、专家共同制定整体解决方案及目标。全自主标准无线充电系统架构无线充电机巢电网高压无线取电电源输入智能控制分析系统目标:可靠充电、标准化、轻量化、远距离通信 CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved1、无线充电技术研究耦合机构设计螺线管型耦合机构设计参数值原边线圈尺寸90mm*60mm*15mm磁芯尺寸90mm*15mm*5mm*3铝板尺寸210mm*150mm匝数32线径3mm副边线圈尺寸94mm*15mm*5mm磁芯尺寸90mm*15mm*5mm匝数26线径3mm耦合机构传输距离2-3.5cm互感(3cm)6H沿
9、X轴方向2cm偏移下互感变化范围5.486.55H耦合机构参数无线充电示意图CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved2、无线充电无人机研制充电日志管理通信流程充电流程充电装置安装无人机具备无线充电功能;最 高 接 收 功 率 不 低 于200W。搭载无线充电功能的无人机原副边通信流程、充电流程以及充电日志管理如图所示。CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved3、无线充电机巢研制第一代机巢第二代机巢机巢设备轻量化优化设计:(1)优化材料:在保证机库结构强
10、度不变的情况下,选用更薄的钢板进行加工,实现用材的减重。(2)镂空设计:将零件中间的多余材料去除。(3)功能集成:电气设备功能复用,减少内部走线。(4)功能优化:微气象站集成设计。CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved4、后台控制系统开发 基于千层特征的电力地物提取分析 分析无人机影像各种缺陷样本的特征,对基于浅层特征的提取方法进行综合比较,选取出适宜的提取模型进行电力地物的提取。基于卷积神经网络原理,将无人机影像输入卷积神经网络进行卷积运算,获取图像更丰富的样本特征。基于深度学习目标检测方法的电力地物提取分析1)数据模
11、型提取方法整体研究思路:首先针对基于浅层特征和深度学习目标检测方法进行数据预处理,分析电力地物提取方法,实现无人机巡检图像的自动分析,发现其中的缺陷隐患并标记相应区域。CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved4、后台控制系统开发Faster R-CNN 流程图SSD 流程图Mask R-CNN 流程图2)深度学习目标检测方法的杆塔提取分析利用Tow-Stage中典型的深度学习目标检测方法Faster R-CNN、One-Stage中典型的深度学习目标检测方法SSD进行杆塔的目标检测,并研究Mask R-CNN方法对杆塔进行
12、实例分割。3)构建配网设备样本库和评价指标 检测领域知名数据集:ImageNet,PASCAL VOC、MS COCO、SUN。多目标类别检测指标:召回率R(Recall)、精确率P(Precision)和精确率的平均值AP(Average Precision)CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved4、后台控制系统开发系统功能架构系统技术架构CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved4、后台控制系统开发无人机管控内容包含人机飞行路径智能规划、巡检任务指
13、令下发、微气象环境分析、巡检档案、无人机实时状态及位置显示等精细化的作业管理。无人机智能化统一管控模块基于北斗卫星导航的无人机实时RTK技术CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved5、形成软硬件登录界面操作界面CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved5、形成软硬件无线充电无人机无线充电机巢CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved四、示范工程建设情况CSG 2022.All Righ
14、ts ReservedCSG 2020.All Rights Reserved1、经过近3年的持续技术攻关,取得了集“理论-样机-示范应用”于一体的科技成果,主要创新点如下:创新点1:国内首套无线充电无人机及机巢装备成功研制,解决了户外接触充电接口易氧化难题。创新点2:创新点3:首次探索适用于电力巡检的飞控逻辑、无线通信优化方案等,实现了全线路自主巡检。建成国内首个配电线路无线充电无人机自主巡检示范工程,引领全自主巡检技术发展。CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved2、研究成果在河池东兰、梧州藤县、南宁城西进行示范应用河
15、池东兰梧州藤县南宁城西CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved自治区科技厅领导及专家现场参观示范工程桂林产业化专家现场参观示范工程参加第十二届广西自治区发明创造成果展参加首届广西自治区劳模工匠产品展研究成果在中国能源网(人民日报)发声研究成果获能源产业“绿能星”评选一等奖CSG 2022.All Rights ReservedCSG 2020.All Rights Reserved广西新闻报道南宁忠良村示范台区人民网报道南宁忠良村示范台区新浪广西报道电网硬核“黑科技”CSG 2022.All Rights Reserved
16、CSG 2020.All Rights Reserved五、未来巡检方式思考CSG 2022.All Rights Reserved单位崇左供电局桂林漓江示范区部署思路输变配一体化巡检输变配一体化巡检部署地点变电站、民房楼顶变电站、配电台区覆盖范围3公里范围35公里范围运行方式无人机+单机巢无人机+多机巢1、策划选点桂林漓江示范区,开展集中推广应用,形成规划化效应。CSG 2022.All Rights Reserved2、夜间巡检作业线路的夜间巡检直接关系到其应急故障排查能力。然而无人机电力巡检过程中,夜间应急巡检一直是一项长期存在且不可忽视的技术难题。其夜间无人机面临弱光条件下飞行安全难度
17、大、数据图传效果差等问题。这导致机巡班组由于缺乏或不适配夜间应急巡检设备,在配网区域无法有效推行。为提升配网的长期稳定运维能力,计划开展切低功耗、专业化适配的无人机夜巡模块的研究,突破夜巡模块轻量化难题。CSG 2022.All Rights Reserved3、故障快速排查,与配电自动化跳闸信息联动,调配附近无人机开展故障巡检。将无人机机巢管理系统与配电自动化系统相耦合,实现配电自动化记录跳闸信息后推送至机巢关系系统,自动生成故障区段巡视任务,并推送至最近机巢开展故障巡检,实现配电自动化与无人机巡检作业的联动,提高故障查找效率减少线路停电时间。CSG 2022.All Rights Reserved谢 谢!THANK YOU!