輸電線路無人機(jī)巡視分析及推廣應(yīng)用

吳利強(qiáng)

摘 要：近年來隨著我國電力建設(shè)的快速發(fā)展，輸電線路資產(chǎn)規(guī)模增長迅速，為了保證可靠的電力供應(yīng)，必須對輸電線路巡視，及時發(fā)現(xiàn)缺陷和隱患并予以消除，確保輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，針對線路巡視問題分析傳統(tǒng)人工巡視和無人機(jī)巡視的特點，并闡述無人機(jī)在輸電線路巡視過程中應(yīng)用的特點、意義和關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī) 巡視 輸電線路

中圖分類號：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（c）-0057-02

隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，輸電網(wǎng)規(guī)模越來越大，設(shè)備越來越多，而且80%以上位于遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)、遠(yuǎn)離交通干線、人煙稀少的高山大嶺地區(qū)，且需要特維線路占全部線路比重高達(dá)20%以上，與線路規(guī)模大、運(yùn)檢難度大、質(zhì)量要求高不適應(yīng)的是，現(xiàn)有輸電線路運(yùn)檢人員的年均增長率不足3%，缺員高達(dá)34%，且傳統(tǒng)人工巡檢模式存在巡檢效果差、工作效率低、人工成本高等方面問題，已經(jīng)不能適應(yīng)輸電線路精益化運(yùn)檢工作的要求，促使巡視的工作量也不斷的增加，運(yùn)行人員工作負(fù)荷越來越重，僅僅依靠傳統(tǒng)的人工巡視已不能滿足輸電線路運(yùn)維的要求。

隨著科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，高分辨率可見光照相機(jī)（攝像機(jī)）、高精度紅外熱像儀、三維激光雷達(dá)掃描設(shè)備等檢測裝備豐富了線路運(yùn)檢手段，特別是近幾年我國通航領(lǐng)域政策逐步放開和無人機(jī)技術(shù)快速進(jìn)步，直升機(jī)和無人機(jī)搭載專用傳感器載荷巡檢輸電線路得到迅猛發(fā)展，并促進(jìn)線路由傳統(tǒng)人工巡維模式向機(jī)巡模式轉(zhuǎn)變。與傳統(tǒng)人工巡維相比，無人機(jī)巡檢具有效率高、質(zhì)量高、不受地形條件影響等特點，是輸電線路管理向更加高效、精細(xì)、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展的重要手段。

1 輸電線路傳統(tǒng)人工巡維的主要問題

現(xiàn)階段輸電線路巡視主要以周期巡視、故障巡視、特殊巡視為主，特殊巡視又分為季節(jié)性防鳥害特巡、防風(fēng)防汛特巡、防山火特巡、防污閃及重要保供電特巡，目前無論是周期巡視、特殊巡視及故障巡視，大多數(shù)情況巡視以地面巡視為基本手段，并輔以帶電登塔檢查。對于廣西、云南、貴州等地區(qū)，很多輸電線路大多數(shù)架設(shè)在山地和丘陵的頂部，從巡視要求的原則上來說，線路巡視工作必須做好每基桿塔都必須到位，于是在巡視過程中需要巡視人員爬越山澗或者繞行山脊，才能到達(dá)下一基桿塔所在的位置，而且多數(shù)處于無人區(qū)，山上的路需要巡視人員邊走邊找，容易遭遇毒蛇、毒蜂以及野豬夾的侵害，尤其是在雨雪或者大霧天氣很容易造成人身安全事故，直線檔距只有幾百米，往往需要一個小時左右才可以到達(dá)，對人力、物力都產(chǎn)生了巨大的消耗，所以，我們要迫切研究機(jī)巡在輸電線路運(yùn)維方面的應(yīng)用，來減輕線路班組的工作負(fù)荷，降低線路作業(yè)的風(fēng)險，提高線路供電的可靠性。

2 無人機(jī)分類及其應(yīng)用特點

目前，應(yīng)用于輸電線路巡檢的無人機(jī)機(jī)型主要有固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)以及多懸翼無人機(jī)。

固定翼無人機(jī)荷載大，飛行速度快，續(xù)航時間長，但是不能進(jìn)行懸停，該機(jī)型一般用于輸電線路走廊的整體普查，及時發(fā)現(xiàn)線路走廊內(nèi)違章建筑和高大樹木，以及用于災(zāi)后應(yīng)急評估，可為救災(zāi)搶險提供第一手的現(xiàn)場資料。

無人機(jī)直升機(jī)能夠定點起飛和降落，并且可以進(jìn)行空中懸停，但是速度不如固定翼無人機(jī)，續(xù)航時間較短，不適合長距離巡線，而且成本較高，飛行操作較為困難。

多旋翼無人機(jī)飛行機(jī)動靈活、操作簡單、懸停穩(wěn)定性高，抵御陣風(fēng)能力強(qiáng)，可以對線路桿塔、絕緣子串、金具等設(shè)備進(jìn)行圖像信息采集，取得圖像或視頻供技術(shù)人員進(jìn)行分析，也可在線路大型檢修作業(yè)前進(jìn)行勘測，提前檢查設(shè)備狀況，便于檢修方案的制定。

多懸翼無人飛行器所能完成的輸電線路巡檢工作可以歸納為五大類：桿塔類、導(dǎo)地線類、絕緣子類、金具類和通道類。

桿塔類主要包括塔材塔身嚴(yán)重變形、破損和傾倒，桿塔存在異物，塔材缺失、標(biāo)志牌丟失等；導(dǎo)地線類包括變形斷股、放電燒傷痕跡、壓接管過熱、有異物等；絕緣子類包括玻璃絕緣子自爆、合成絕緣子閃絡(luò)痕跡、電流燒傷、污損、破損傾斜；金具類包括各線夾、均壓環(huán)、間隔棒、防振錘破損、缺損、變形跑位等；通道類包括通道是否存在超高樹木、新建建筑以及其他危險因素。

3 無人機(jī)巡檢業(yè)務(wù)分析

應(yīng)充分發(fā)揮直升機(jī)、固定翼、多懸翼及人工巡視各自的特點，在分析不同巡視任務(wù)需求、線路所處環(huán)境特點等因素基礎(chǔ)上選取適當(dāng)?shù)姆绞介_展線路巡檢。

3.1 日常巡視

（1）220 kV及以上線路，除人口活動密集區(qū)、禁飛區(qū)等不適合直升機(jī)作業(yè)區(qū)域外，應(yīng)開展直升機(jī)日常巡視，單次作業(yè)應(yīng)開展可見光巡視和紅外測溫工作，用于發(fā)現(xiàn)線路較為明顯的缺陷和外部隱患。

（2）直升機(jī)不適合作業(yè)區(qū)域仍以人工巡視為主，并利用多旋翼無人機(jī)替代人工登塔進(jìn)行精細(xì)化檢查（禁飛區(qū)等不適合作業(yè)區(qū)域除外）。若人工地面巡視和機(jī)巡作業(yè)過程中，桿塔局部存在巡視盲區(qū)時，應(yīng)按周期及時安排登塔巡視。部分位于河網(wǎng)、山坡等人員難以接近的桿塔，以多旋翼無人機(jī)開展精細(xì)化巡視為主，人工巡視為輔。

（3）35～110 kV線路，由于桿塔高度較低和檔距較小，一般采取以多旋翼無人機(jī)開展精細(xì)化巡視為主，人工巡視為輔。

（4）人工巡視每年至少一次，主要巡視通道和基礎(chǔ)、鐵塔、附屬設(shè)施等機(jī)巡不易發(fā)現(xiàn)的設(shè)備缺陷和隱患。

3.2 特殊巡視

（1）防風(fēng)防汛、防雷、防鳥害、防污、防覆冰、防外力破壞、防山火、防飄浮物、災(zāi)情巡視、保供電等特殊巡視（不含夜間特巡），單點或小范圍采用視頻監(jiān)控、人工巡視、人員值守、多旋翼無人機(jī)、固定翼無人機(jī)相結(jié)合的方式；整條線路或大面積快速普查推薦使用固定翼無人機(jī)（空域、天氣滿足條件），還可采用無人直升機(jī)。

（2）夜間防污特巡由人工完成。

（3）臺風(fēng)、大面積冰災(zāi)等災(zāi)情巡視，在空域和天氣允許條件下以直升機(jī)、固定翼無人機(jī)巡視為主，多旋翼無人機(jī)、人工巡視為輔。

3.3 線路故障查找

以多旋翼無人機(jī)為主，人工巡視為輔，必要時可采用直升機(jī)。

3.4 檢測

線路樹障，交叉跨越，對地距離以無人直升機(jī)、固定翼無人機(jī)搭載三維激光掃描技術(shù)為主，交叉跨越、林木速生區(qū)開展人工重點復(fù)測；紅外測溫以機(jī)巡為主，人工輔助測量；接地電阻、絕緣子零值、污穢等其他檢測以人工為主。

4 無人機(jī)在輸電線路運(yùn)維方面應(yīng)用

（1）檢查PRTV脫落，佛山輸電線路第一高塔，全高177 m，徒手攀登需體力非常充足，且上下需要2 h，作業(yè)風(fēng)險極大。飛行器只需要15 min就可以完成作業(yè)，運(yùn)用多旋翼無人機(jī)極大地提高了工作效率，降低人身作業(yè)風(fēng)險。

（2）輸電線路縱橫交錯，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，常常容易遭受吊車、水泥泵車等機(jī)械的外力破壞，往往會造成線路永久接地故障，嚴(yán)重情況下會損傷導(dǎo)線，可以運(yùn)用無人機(jī)迅速進(jìn)行故障查找，拍攝照片，進(jìn)行缺陷定級，確定斷股數(shù)，判斷是否需要停電修補(bǔ)，以及確定處理缺陷的方法。

（3）通過機(jī)巡作業(yè)，可以有效地收集線路金具、絕緣子以及線路重要交叉跨越等線路檔案資料，為大修技改工程立項提供有利的依據(jù)，改善線路狀態(tài)水平。

（4）機(jī)巡作業(yè)數(shù)據(jù)管理。①結(jié)合地理信息系統(tǒng)LocaSpaceViewer，平臺化管理機(jī)巡作業(yè)數(shù)據(jù)。②運(yùn)用坐標(biāo)管理應(yīng)用軟件，作業(yè)成果自動與設(shè)備關(guān)聯(lián)，自動重新命名，無需人工整理，智能化整理數(shù)據(jù)，極大地提高數(shù)據(jù)整理效率和準(zhǔn)確性。③動生成巡視報告，發(fā)布巡視結(jié)果。

（5）山火災(zāi)情空間測量。在山火燃燒過程中，可以利用飛行器高空俯視，拍攝全圖，記錄照片的GPS數(shù)據(jù)，飛行器IMU數(shù)據(jù)，然后利用空間攝影測量技術(shù)，將照片合成，然后生成全幅圖，在GIS軟件中，可以測量已經(jīng)過火的面積，著火點距桿塔的距離，以備現(xiàn)場決策指揮。同時，可以拍攝設(shè)備受損情況。在明火熄滅后，也可以掛載紅外測溫儀，高空偵測隱藏小火源，然后逐一滅火，消除隱患。

總體來說，無人機(jī)開展山火偵查，既要彌補(bǔ)技術(shù)缺陷，也要彌補(bǔ)管理缺陷，具體的作業(yè)步驟如下。

第一，山火易發(fā)季節(jié)，時刻做好戰(zhàn)備工作。

第二，一定要使用長續(xù)航、翻山性能好的機(jī)型不間斷偵查設(shè)備損傷細(xì)節(jié)、火勢情況。

第三，適時使用紅外機(jī)型開展偵查，消滅森林過火后隱藏火點。

第四，火勢較大時，可以出動變焦機(jī)型觀察火勢細(xì)節(jié)。

5 結(jié)語

通過機(jī)巡業(yè)務(wù)的規(guī)模化效應(yīng)，在提高巡檢質(zhì)量基礎(chǔ)上可有效降低人巡頻次，提高線路巡檢效率，降低線路巡檢成本；隨著機(jī)巡業(yè)務(wù)中紅外測溫和三維激光掃描技術(shù)常態(tài)化應(yīng)用，有效降低人工紅外測溫和樹障等凈空距離測量工作強(qiáng)度，逐步減少紅外測溫儀和激光測距儀配置；通過開展專業(yè)化檢測和檢修工作，提高線路健康水平和供電可靠性，確保輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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