《输电线路智能运检关键技术、装备及应用》

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该项目属于输变电技术领域。

中国已经建成世界上规模最大的电网,输电线路超过170万公里。山东省大力实施“外电入鲁”战略,近4年建成“四交四直”8项特高压输电工程。输电线路规模快速增长与运检人员配置不足、运检装备技术落后的矛盾日益突出,雷电、大风、山火等自然灾害和外力破坏引发大面积停电的风险因素长期存在。

输电线路因检测目标多样、背景环境复杂等因素,线路缺陷识别效果不佳;人工带电作业危险性高、劳动强度大,尤其特高压线路带电作业更是世界难题;线路运检智能化程度低,装备技术落后,智能运检体系亟待完善。

该项目面向输电线路安全可靠运行重大需求,攻克了缺陷智能识别、机器人带电作业、机器人长期自主运行等关键技术,研制了无人机巡检系统、架空线路维护机器人、电缆隧道巡检机器人、在线可视化监测系统等典型装备,构建了覆盖“空中、线上、地下”的输电线路立体智能运检体系,取得了如下重大创新成果:

1.研制出一种用于线路机器人的双作业端、多自由度机械臂,实现了架空输电线路的螺栓紧固、异物清理、断股修补等带电作业;提出多种不同带电作业条件下进出特高压电场环境的方法,研制了带电更换悬垂绝缘子、耐张绝缘子以及间隔棒等作业的系列装备,攻克了特高压线路进出电场路径长、大吨位荷载转移的技术难题。

2.提出了基于深度学习的输电线路可见光、红外图像缺陷识别方法,解决了输电线路检测目标多样、野外光照多变及线路背景复杂的识别难题;提出了卷积神经网络剪枝算法,首次研制出支撑边缘计算并可搭载于无人机和线路机器人的输电线路缺陷诊断装置,实现了设备状态的实时诊断。

3.设计了一种面向架空输电线路的交替递进式移动越障机构,建立了机器人相对线路环境的空间位姿非线性映射模型,实现了基于图像伺服的机器人自主越障控制;提出了感应取电装置参数优化匹配方法,解决了机器人在线长期自主运行的能量补给难题。

4.构建了包含架空线路巡检无人机、架空线路维护机器人、电缆隧道巡检机器人、在线可视化监测装置的立体智能运检体系,制定了系列化智能运检行业技术标准,开发了输电线路巡检数据智能分析云平台,解决了海量孤岛多源数据难以有效利用的难题。

项目成果相继通过了鉴定,“输电线路智能运检关键技术、装备及应用项目在基于边缘计算的输电线路缺陷诊断和线路机器人自主越障技术方面达到国际领先水平”;“项目架空输电线路带电作业机器人成果达到国际领先水平”;“项目成果在±800千伏特高压直流带电作业领域处于国际领先水平”。项目制订行业标准4项,授权发明专利37项,发表论文25篇(SCI5篇、EI6篇),登记软件著作权8项。

项目成果在山东、湖南等多地得到了规模化应用,近三年新增运检装备销售额34696.48万元、利润5473.77万元、税收2250.44万元。此外,项目成果的规模应用极大提升了线路运检效率,有效保障了电网安全稳定运行,取得了显著的经济和社会效益。

成果说明

项目研究的输电线路智能缺陷诊断算法及AI前端化移植技术已成功应用于无人机智能巡检系统、架空线路巡检机器人、电缆隧道巡检机器人和在线可视化监测系统,研制的系列智能运检装备均已成功进行成果转化,并实现规模化推广。 无人机智能巡检系统在天津航天中为数据系统科技有限公司得到成功应用,提高了服务于电力行业的无人机巡检技术水平,提升了产品竞争力。电缆隧道巡检机器人、在线可视化监测系统、架空线路机器人在山东鲁能智能技术有限公司实现产品转化及产业化推广,已经在山东省内广泛应用,并逐步推广到福建、上海、河北、湖南等地。项

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