電力輸電線路協同巡檢方式研究

湯明文+戴禮豪+林朝輝+吳冰瑩+王力群

摘 要：在了解不同巡檢模式的主要特點后，通過分析不同的電壓等級、巡視任務、地理環境、巡視內容、巡視周期等因素對輸電線路巡檢方式的影響，建立直升機、無人機、人工協同巡檢模式，實現高效外觀巡查和細節查缺巡視相結合，提高輸電線路巡檢效率。

關鍵詞：線路巡檢 巡檢技術 有人機 無人機 人工巡視

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0020-04

隨著特高壓、超高壓遠距離輸電技術的不斷發展，電網規模的日益擴大，輸電線路通道越來越遠離城市和主要交通道路，線路走廊交叉跨越和周邊地形環境也越來越復雜，經常需要穿越諸如河流湖泊、山區丘陵等特殊區段，常規的依靠人工巡檢方式強度大、效率低，難以全部滿足輸電線路巡檢要求。

有機、無人機巡檢技術具有不受地形環境限制、效率高、作業范圍廣等優勢。近年來，為保證電網安全和可靠地供電，輸電線路巡檢模式已從傳統的地面人工巡檢模式逐步向直升機、無人機巡檢模式多元化發展，直升機、無人機巡視已成為一種必然趨勢。文獻[1，2]研究了特高壓輸電線路直升機巡線技術的方法、手段、項目、懸停位置、巡視安全性等技術難題；文獻[3，4]探討了中型無人機在輸電線路巡檢中的應用模式和相關技術；文獻[5]對基于四旋翼小型無人機的輸電線路巡檢方式進行了研究；文獻[6，7]基于固定翼無人機平臺在輸電線路巡檢系統中的應用進行探討；文獻[8]對適用于高海拔地區電力巡線的無人機機型進行了測試。

由此可見，國內的輸電線路巡檢方式已趨向多樣化，包括傳統的地面人工巡檢模式、直升機巡檢模式以及多種無人機巡檢模式等。但是，目前各種巡檢方式都有其一定的適用范圍，任何一種巡檢模式都難以對輸電線路進行全面的巡視檢查。本文通過分析不同的電壓等級、巡視任務、地理環境、巡視內容、巡視周期等因素對輸電線路巡檢方式的影響，并結合不同巡檢方式的特點，進行合理的任務作業分工，建立直升機、無人機、人工協同巡檢模式，實現高效外觀巡查和細節查缺巡視相結合，實現全面、高效的線路巡視，更能適應專業化檢修、精益化管理和集約化發展的需求。

1 輸電線路巡檢方式

1.1 有人機巡檢

有人機巡視技術已發展成熟，制度完善，國家電網通航公司已實現有人機巡視的常態化作業，效果良好。

（1）作業范圍大、效率高且不受地形限制。有人機可方便穿越崇山峻嶺、沼澤湖泊和地面難以達到的無人區等，可迅速跨越兩個工作地點。一個有人機班次可飛巡3～3.5 h，巡視鐵塔100基左右，效率是人工巡檢的幾十倍。

（2）桿塔上部巡視質量高。直升機機載設備較多，可同時利用多種設備對線路進行檢查，通過紅外成像儀可發現線路上一些隱蔽故障，如導地線發熱、金具連接點發熱、絕緣子擊穿發熱等；直升機巡視時離塔線距離較近，巡視角度和設備比人工巡視好，能夠發現人工巡視不易發現的缺陷，如導線斷股和散股、金具線夾斷裂磨損、防雷裝置松脫等。

（3）鐵塔下部巡視效果差。受地形地貌影響，部分鐵塔基礎附近被植被或其他物體遮擋，造成巡視視線受阻，并且離基礎較遠，巡視效果較差；收飛行時間限制不能在鐵塔上方長時間懸停，鐵塔下部塔材螺栓切實等缺陷不能檢查到位。

（4）安全制約因素較多。為保證飛行安全，大風天氣、雨雪霧天氣及夜間均不能巡線；受到空中管制因素的制約，對飛行員的技術和心理要求很高，飛機一旦遇險，易造成重大人身傷亡事故（見圖1）。

1.2 無人機巡檢

近年來，國網公司下多家電力公司先后開展了無人機巡檢輸電線路研究，并取得了一定成果。目前在研的輸電線路巡視用無人機主要分為四種：大型無人機、中型無人機、多旋翼無人機和固定翼無人機。以福建公司為例，其開發的Z-3中型無人機巡檢系統可實現通視條件下10 km以上線路巡視；其開發的Z-5大型無人機巡檢系統搭載多任務設備，可實現30 km以上超視距巡視（見表1）。

（1）大、中型無人機巡檢系統與直升機相似，具有不受地形地貌限制，穿越山區、河流對輸電線路進行快速巡視，巡視效率高；可搭載可見光、紅外、紫外等多種任務設備，可進行精細化巡視，巡視質量高。對比有人機，無人機起降靈活，場地要求小，系統無需人員在飛行平臺上，只需要在地面進行操作飛行，保障了人身安全（見圖2）。

（2）多旋翼無人機飛行器本體機械結構簡單，旋翼尺寸較小（潛在危害小、運行風險低），具有體積小、重量輕、易攜帶、易操控、可懸停、效率高、易維護等優點。與有人機與大中型無人機相比，具有機動靈活、巡檢成本低等優勢，能夠快速機動地執行巡檢任務。無人機巡檢系統針對短距離日常巡檢（見圖3）。

（3）固定翼無人機具有速度快、滯空時間長、飛行半徑大等優勢，主要用于線路大范圍遠距離高速巡檢、輸電線路走廊巡查、基建前期線路和變電站選址、應急作業和災后電網評估等。

1.3 人工巡檢

人工巡檢是輸電線路巡檢的最主要方式，能夠對一些細小的隱患和缺陷進行快速、直接的現場處理和反饋，發現鐵塔基礎和桿塔下部缺陷的能力強。在雨雪或夜間等天氣惡劣卻需要緊急巡視等特殊情況，只能通過人工巡視實現。

人工巡檢巡視工作量大、效率偏低。人工巡視效率受地形影響較大，遇到山區丘陵等地形，每人每天只能巡視2～4基塔；部分輸電線路分布在無人區、原始森林、滑坡泥石流地質災害區或跨江跨河等復雜崎嶇，人員難以到達線路所在位置（見表2）。

2 有人機、無人機、人工巡檢模式協同巡檢

根據不同巡檢方式特點，分析不同的電壓等級、巡視任務、地理環境、巡視內容、巡視周期等因素下的有人機、無人機、人工協同巡檢模式。

2.1 不同電壓等級協同巡檢模式

考慮不同電壓等級線路的重要性和特點，有人機巡視對象主要為特高壓、跨區直流和500 kV以上的重要線路；大、中型無人機應用于220 kV以上交直流線路；多旋翼無人機巡檢主要用于110 kV及以上線路；固定翼無人機一般用于220 kV以上線路；人工巡視根據所管轄的范圍進行巡視。

2.2 不同巡檢任務協同巡檢模式

根據需求的不同，巡檢任務主要分為常規巡檢、故障巡檢、特殊巡查等。常規巡查主要對輸電線路的導線、地線、桿塔上部的塔材、金具、絕緣子、附屬設施、線路走廊燈進行常規性檢查；故障巡檢是在線路故障后，根據故障信息確定重點巡檢區段和部位，進行精細化巡檢查找故障點及其他異常情況；特殊巡檢根據季節特點、設備內外部環境及特殊生產需求做出的加強性、防范性及針對性巡檢，如通道巡檢、鳥害巡檢、外破巡檢、災情普查及災后評估等。

根據各種巡檢模式的特點，大型無人直升機可開展線路常規巡視、災情普查等工作；大中型無人機主要用于線路的常規巡視和故障巡視；多旋翼小型無人機主要用于單塔精細化巡視和小范圍的通道巡查；固定翼無人機適用于通道巡查、災情普查等特殊巡視；人工巡檢主要對管轄范圍內的輸電線路開車常規巡視、日常維護和檢測等。

2.3 不同地形協同巡檢模式

（1）由于平原地區視野開闊，通視范圍測控距離較遠，適用有人機巡檢、中型無人機巡檢和人工巡檢互補的巡檢方式。

（2）山區地形由于受山脈阻擋，范圍測控距離短，適用有人機巡檢、大型無人機巡檢和人工巡檢互補的巡檢方式。

（3）地質災害易發區、地震頻發區等特殊區域由于地形復雜，潛在危險系數大，應充分發揮固定翼無人機的飛行速度快和抗外界因素強的有點。

2.4 不同巡檢內容協同巡檢模式

根據直升機、無人機和人工巡檢的特點，直升機、大中型無人機發現鐵塔上部缺陷的能力強；人工巡視發現鐵塔下部缺陷的能力強；多旋翼無人機巡視可免去人工登塔，對單塔進行精細化巡視；固定翼無人機飛行速度快，巡視范圍廣，適合巡視線路走廊、在災害時巡視倒塔斷線等（見表3、表4）。

2.5 不同巡視周期協同巡檢模式

有人機巡視由國網通航公司統一制定巡檢計劃，由于在全國范圍內進行巡視，巡檢任務重，巡檢周期長，適用于年度計劃。

大中型無人機續航時間長，但其巡檢前作業準備工序多，耗時長且造價高，必須做好相應的前期準備工作（工作計劃、現場勘察、航線規劃等）后方可開展工作，比較適用于正常巡檢的年、月度計劃。

小型機輕便靈活，即使發生異常情況造成的損失較小，適用于突發情況下的無人機巡視以及人工巡視。

迎峰度夏等特殊時期，需要對高負荷線路進行紅外檢測等，可利用無人機搭載紅外紫外吊艙的優勢，增加無人機巡檢次數；在臺風、洪水等多發時期，增加固定翼無人機巡檢。

3 應用示例

結合不同巡檢模式在不同影響因素的適用范圍，我們討論一種福建山區地形下多維度的協同巡檢模式。

有人機、無人機、人工巡檢根據巡檢周期的不同制定互補、交叉的巡視計劃。直升機主要對500 kV重要線路開展計劃性巡視或指定故障巡視計劃。大型無人機巡檢系統作為直升機巡檢范圍和周期的補充，每季度在500 kV以及重要220 kV線路上開展常規巡視和故障巡視。固定翼無人機用于500 kV線路通道巡視和在后期評估等年巡檢任務，在毛竹生長期、夏季臺風過后增加巡視計劃。多旋翼無人機作為人工巡視的補充，在110 kV以上先看進行單塔巡視、故障巡視和小范圍通道巡查。人工巡檢仍作為主要巡檢方式，對管轄范圍內的輸電線路開展常規巡視、故障巡視日常維護以及登塔檢測等。

4 結語

有人機、無人機、人工協同巡檢模式同時兼顧了高效外觀巡視和設備精細化巡視，可形成功能互補、協同工作的多維度智能巡檢作業系統。通過協同巡檢可以克服單一巡線模式的片面，從電壓、地形、環境、周期等方面合理安排索要采取的巡線協同模式，實現線路穩定運行；線路巡線成果可以實現資源共享。

建立輸電線路有人機、無人機、人工協同巡檢模式，提高了線路巡查范圍，有效提高了作業效率，降低勞動強度和線路運維成本，豐富了電網運行維護作業手段，有效提升電網運行的可靠性和安全性。

參考文獻

[1] 于德明，武藝，陳方東，等.直升機在特高壓交流輸電線路巡視中的應用[J].電網技術，2010，34（2）：29-32.

[2] 何鵬杰，趙曉鋒，秦嚴.超（特）高壓輸電線路直升機巡檢應用[J].山西電力，2012，173（3）：7-10.

[3] 湯明文，戴禮豪，林朝輝，等.無人機在電力線路巡視中的應用[J].中國電力，46（3）：35-38.

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[5] 王振華，黃宵寧，梁焜，等.基于四旋翼無人機的輸電線路巡檢系統研究[J].中國電力，2012，45（10）：59-62.

[6] 陳西廣，董罡，王濱海，等.固定翼無人機巡檢輸電線路探討[J].山東電力技術，2011，183（5），1-5，8.

[7] 郭昕陽，李衛國，鄭建剛，等.一種輕型電動無人機在輸電線路巡視中的應用技術[J].華北電力技術，2013，4：61-62.

[8] 鄭天茹，王濱海，張晶晶，等.適用于高海拔地區輸電線路巡檢的無人機測試[J].山東電力技術.2013，194（4）：22-25.

2.2 不同巡檢任務協同巡檢模式

根據需求的不同，巡檢任務主要分為常規巡檢、故障巡檢、特殊巡查等。常規巡查主要對輸電線路的導線、地線、桿塔上部的塔材、金具、絕緣子、附屬設施、線路走廊燈進行常規性檢查；故障巡檢是在線路故障后，根據故障信息確定重點巡檢區段和部位，進行精細化巡檢查找故障點及其他異常情況；特殊巡檢根據季節特點、設備內外部環境及特殊生產需求做出的加強性、防范性及針對性巡檢，如通道巡檢、鳥害巡檢、外破巡檢、災情普查及災后評估等。

根據各種巡檢模式的特點，大型無人直升機可開展線路常規巡視、災情普查等工作；大中型無人機主要用于線路的常規巡視和故障巡視；多旋翼小型無人機主要用于單塔精細化巡視和小范圍的通道巡查；固定翼無人機適用于通道巡查、災情普查等特殊巡視；人工巡檢主要對管轄范圍內的輸電線路開車常規巡視、日常維護和檢測等。

2.3 不同地形協同巡檢模式

（1）由于平原地區視野開闊，通視范圍測控距離較遠，適用有人機巡檢、中型無人機巡檢和人工巡檢互補的巡檢方式。

（2）山區地形由于受山脈阻擋，范圍測控距離短，適用有人機巡檢、大型無人機巡檢和人工巡檢互補的巡檢方式。

（3）地質災害易發區、地震頻發區等特殊區域由于地形復雜，潛在危險系數大，應充分發揮固定翼無人機的飛行速度快和抗外界因素強的有點。

2.4 不同巡檢內容協同巡檢模式

根據直升機、無人機和人工巡檢的特點，直升機、大中型無人機發現鐵塔上部缺陷的能力強；人工巡視發現鐵塔下部缺陷的能力強；多旋翼無人機巡視可免去人工登塔，對單塔進行精細化巡視；固定翼無人機飛行速度快，巡視范圍廣，適合巡視線路走廊、在災害時巡視倒塔斷線等（見表3、表4）。

2.5 不同巡視周期協同巡檢模式

有人機巡視由國網通航公司統一制定巡檢計劃，由于在全國范圍內進行巡視，巡檢任務重，巡檢周期長，適用于年度計劃。

大中型無人機續航時間長，但其巡檢前作業準備工序多，耗時長且造價高，必須做好相應的前期準備工作（工作計劃、現場勘察、航線規劃等）后方可開展工作，比較適用于正常巡檢的年、月度計劃。

小型機輕便靈活，即使發生異常情況造成的損失較小，適用于突發情況下的無人機巡視以及人工巡視。

迎峰度夏等特殊時期，需要對高負荷線路進行紅外檢測等，可利用無人機搭載紅外紫外吊艙的優勢，增加無人機巡檢次數；在臺風、洪水等多發時期，增加固定翼無人機巡檢。

3 應用示例

結合不同巡檢模式在不同影響因素的適用范圍，我們討論一種福建山區地形下多維度的協同巡檢模式。

有人機、無人機、人工巡檢根據巡檢周期的不同制定互補、交叉的巡視計劃。直升機主要對500 kV重要線路開展計劃性巡視或指定故障巡視計劃。大型無人機巡檢系統作為直升機巡檢范圍和周期的補充，每季度在500 kV以及重要220 kV線路上開展常規巡視和故障巡視。固定翼無人機用于500 kV線路通道巡視和在后期評估等年巡檢任務，在毛竹生長期、夏季臺風過后增加巡視計劃。多旋翼無人機作為人工巡視的補充，在110 kV以上先看進行單塔巡視、故障巡視和小范圍通道巡查。人工巡檢仍作為主要巡檢方式，對管轄范圍內的輸電線路開展常規巡視、故障巡視日常維護以及登塔檢測等。

4 結語

有人機、無人機、人工協同巡檢模式同時兼顧了高效外觀巡視和設備精細化巡視，可形成功能互補、協同工作的多維度智能巡檢作業系統。通過協同巡檢可以克服單一巡線模式的片面，從電壓、地形、環境、周期等方面合理安排索要采取的巡線協同模式，實現線路穩定運行；線路巡線成果可以實現資源共享。

建立輸電線路有人機、無人機、人工協同巡檢模式，提高了線路巡查范圍，有效提高了作業效率，降低勞動強度和線路運維成本，豐富了電網運行維護作業手段，有效提升電網運行的可靠性和安全性。

參考文獻

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[8] 鄭天茹，王濱海，張晶晶，等.適用于高海拔地區輸電線路巡檢的無人機測試[J].山東電力技術.2013，194（4）：22-25.

2.2 不同巡檢任務協同巡檢模式

根據需求的不同，巡檢任務主要分為常規巡檢、故障巡檢、特殊巡查等。常規巡查主要對輸電線路的導線、地線、桿塔上部的塔材、金具、絕緣子、附屬設施、線路走廊燈進行常規性檢查；故障巡檢是在線路故障后，根據故障信息確定重點巡檢區段和部位，進行精細化巡檢查找故障點及其他異常情況；特殊巡檢根據季節特點、設備內外部環境及特殊生產需求做出的加強性、防范性及針對性巡檢，如通道巡檢、鳥害巡檢、外破巡檢、災情普查及災后評估等。

根據各種巡檢模式的特點，大型無人直升機可開展線路常規巡視、災情普查等工作；大中型無人機主要用于線路的常規巡視和故障巡視；多旋翼小型無人機主要用于單塔精細化巡視和小范圍的通道巡查；固定翼無人機適用于通道巡查、災情普查等特殊巡視；人工巡檢主要對管轄范圍內的輸電線路開車常規巡視、日常維護和檢測等。

2.3 不同地形協同巡檢模式

（1）由于平原地區視野開闊，通視范圍測控距離較遠，適用有人機巡檢、中型無人機巡檢和人工巡檢互補的巡檢方式。

（2）山區地形由于受山脈阻擋，范圍測控距離短，適用有人機巡檢、大型無人機巡檢和人工巡檢互補的巡檢方式。

（3）地質災害易發區、地震頻發區等特殊區域由于地形復雜，潛在危險系數大，應充分發揮固定翼無人機的飛行速度快和抗外界因素強的有點。

2.4 不同巡檢內容協同巡檢模式

根據直升機、無人機和人工巡檢的特點，直升機、大中型無人機發現鐵塔上部缺陷的能力強；人工巡視發現鐵塔下部缺陷的能力強；多旋翼無人機巡視可免去人工登塔，對單塔進行精細化巡視；固定翼無人機飛行速度快，巡視范圍廣，適合巡視線路走廊、在災害時巡視倒塔斷線等（見表3、表4）。

2.5 不同巡視周期協同巡檢模式

有人機巡視由國網通航公司統一制定巡檢計劃，由于在全國范圍內進行巡視，巡檢任務重，巡檢周期長，適用于年度計劃。

大中型無人機續航時間長，但其巡檢前作業準備工序多，耗時長且造價高，必須做好相應的前期準備工作（工作計劃、現場勘察、航線規劃等）后方可開展工作，比較適用于正常巡檢的年、月度計劃。

小型機輕便靈活，即使發生異常情況造成的損失較小，適用于突發情況下的無人機巡視以及人工巡視。

迎峰度夏等特殊時期，需要對高負荷線路進行紅外檢測等，可利用無人機搭載紅外紫外吊艙的優勢，增加無人機巡檢次數；在臺風、洪水等多發時期，增加固定翼無人機巡檢。

3 應用示例

結合不同巡檢模式在不同影響因素的適用范圍，我們討論一種福建山區地形下多維度的協同巡檢模式。

有人機、無人機、人工巡檢根據巡檢周期的不同制定互補、交叉的巡視計劃。直升機主要對500 kV重要線路開展計劃性巡視或指定故障巡視計劃。大型無人機巡檢系統作為直升機巡檢范圍和周期的補充，每季度在500 kV以及重要220 kV線路上開展常規巡視和故障巡視。固定翼無人機用于500 kV線路通道巡視和在后期評估等年巡檢任務，在毛竹生長期、夏季臺風過后增加巡視計劃。多旋翼無人機作為人工巡視的補充，在110 kV以上先看進行單塔巡視、故障巡視和小范圍通道巡查。人工巡檢仍作為主要巡檢方式，對管轄范圍內的輸電線路開展常規巡視、故障巡視日常維護以及登塔檢測等。

4 結語

有人機、無人機、人工協同巡檢模式同時兼顧了高效外觀巡視和設備精細化巡視，可形成功能互補、協同工作的多維度智能巡檢作業系統。通過協同巡檢可以克服單一巡線模式的片面，從電壓、地形、環境、周期等方面合理安排索要采取的巡線協同模式，實現線路穩定運行；線路巡線成果可以實現資源共享。

建立輸電線路有人機、無人機、人工協同巡檢模式，提高了線路巡查范圍，有效提高了作業效率，降低勞動強度和線路運維成本，豐富了電網運行維護作業手段，有效提升電網運行的可靠性和安全性。

參考文獻

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