巡查分離技術在輸電線路直升機巡視中的作用及其特點分析

劉 寧，胡 偉，楊國柱，郭曉冰，周立存

（國網通用航空有限公司，北京 102219）

0 引 言

輸電線路安全穩定運行在居民生活中發揮著重要作用，通過巡視輸電線路及時發現并處理線路缺陷是保證居民生活用電安全可靠的重要保障，直升機巡檢作為輸電線路巡視的重要手段之一，在輸電線路運維中發揮重要作用[1]。但以防抖望遠鏡發現缺陷并通過相機拍照記錄的直升機巡視方式在作業速度和作業效果上難以滿足新時期的線路運維需求[2]。

1 研究背景

近年來，隨著輸電線路電壓等級升高，線路桿塔越來越高，人工地面巡視因視角較差，對輸電桿塔平口及以上部位缺陷發現率低且巡視速度慢。無人機巡視因電池容量較小，所以飛行時間短且巡視效率低。直升機仍是輸電線路特別是特高壓線路的重要巡視手段，在保障輸電線路安全運行發揮著重要作用[3]。

國內外學者對直升機輸電線路巡視的研究主要從巡視的速度、質量以及經濟性等方面出發，同時指出以直升機為主的立體巡檢是近年來各電網公司的巡檢業務新模式。利用直升機為平臺，搭載可見光、紅外以及紫外等設備對線路進行“體檢”，具有缺陷發現及時、工作效率高以及人工無法替代等優點[4,5]。而原有以望遠鏡發現缺陷、照相機記錄缺陷的方式在巡視質量和巡視效率容易受航檢員技能水平影響，且巡視成果比較單一，影響直升機輸電線路巡視的發展[6]。

2 直升機巡查分離技術介紹

2.1 直升機巡查分離定義

直升機巡查分離技術指航檢員在直升機上利用相機和可見光/紅外吊艙等設備，對輸電線路導地線、金具、桿塔以及附屬設施等關鍵部位按照定點拍照（錄像）標準流程完成數據采集，并在線下進行數據查缺和分析的作業模式。一般作業時，1～2名飛行員駕駛直升機，兩名航檢員進行數據采集，其中1人負責可見光數據采集，1人負責可見光/紅外視頻數據的采集。

2.2 直升機巡查分離作業流程

交流線路直線塔巡視拍照關鍵點及流程示意如圖1，直流線路直線塔巡視拍照關鍵點及流程示意如圖2所示?？梢姽夂綑z員按照塔頭、地線支架、絕緣子串、塔端掛點、線端掛點、引流間隔棒、引流重錘片以及附屬設施的順序分別采集對應部位的可見光數據?？梢姽?紅外視頻航檢員同樣按照該順序采集對應部位的可見光和紅外視頻數據，并對數據中紅外異常部位進行記錄。

圖1 交流線路直線塔巡視拍照關鍵點及流程示意圖

圖2 直流線路直線塔巡視拍照關鍵點及流程示意圖

以圖1交流輸電線路直線塔為例（直升機懸停圖中右側位置），可見光采集相片包括塔頭、遠側地線、遠相導線、中相導線、近側地線、近相地線等部位及相關金具，共采集20～25張相片。錄像采集流程如圖中箭頭所示，吊艙操作員利用可見光/紅外錄像設備按照圖中箭頭方向對桿塔進行雙視場同時獲取關鍵部位錄像數據[7]。以圖2直流輸電線路直線塔為例（直升機懸停圖中右側位置），可見光采集相片包括塔頭、遠側地線、遠側導線、近側地線、近側導線等部位及相關金具，共采集15～20張相片。錄像采集流程如圖中箭頭所示。

2.3 數據處理

外業數據采集后，線下數據分析工作包括整理歸檔視頻數據、相片數據、可見光數據查缺（按照輸電線路運行規范，分析采集各部位可見光相片，找出線路缺陷）以及紅外缺陷編輯（根據運行規范要求分析紅外缺陷）。按照缺陷判定標準進行缺陷命名、歸檔以及報送運維單位，按照運維單位要求按時報送巡視成果及總結報告。

3 巡查分離技術優勢及受限因素

3.1 作業速度提升分析

選取某電壓等級應用巡查分離技術前后作業統計對比數據如表1所示。從表中可以看出，巡查分離前線上作業速度僅為16.4 km/h，之后提升至19.6 km/h，作業速度提升19.5%。

表1 巡查分離作業前后主要指標比較

3.2 作業質量提升分析

為對比作業質量，定義百公里缺陷（巡視一百公里輸電線路發現的缺陷數量）。百公里缺陷由28.2處提升至44.0處，增長了56.0%。同時，對巡視發現缺陷類別占比進行統計如圖3所示，巡查分離后金具（如缺銷子、缺螺母等）和導地線（如斷股、漲股等）類缺陷占比均有顯著上升，絕緣子（如自爆、污穢等）和桿塔類（如鳥巢、異物等）缺陷下降，發現非地面可發現缺陷比例上升，巡視質量提升明顯[8]。

圖3 巡查分離前后作業模式缺陷分布情況

3.3 直升機與無人機輸電線路巡視作業優勢對比分析

相對無人機輸電線路巡查，直升機巡查具備以下優點。一是機載設備性能更優越，不受設備重量限制，設備作業能力更加突出。二是作業安全性更高，應對突發情況處理機制更加完善。三是作業內容更加全面，在空中觀察視野更全面，可對巡視任務之外的缺陷（如線下施工）進行更加細致的觀察和預判，巡視內容更加豐富。四是作業數據質量更高，人工操作更加靈活。

3.4 直升機在輸電線路巡查中的難點

巡查分離技術還存在以下難點有待后續解決。一是照片查缺過度以來人工查缺，缺陷自動識別技術達不到實用化水平[9]。二是外業采集相片受作業現場條件（如光線、能見度等）影響，作業成果標準難以統一。同時作業時線路載荷、環境條件影響紅外數據采集質量。三是作業成本偏高。根據目前國內通航公司運營情況，直升機作業成本相對人工巡視和無人機巡視較高。

4 巡查分離技術在輸電線路直升機巡視中發展展望

通過巡查分離技術應用，輸電線路直升機巡視效率和質量均提升明顯，比原有巡視模式有較大提升，隨著相關技術的發展，可預期巡查分離技術在以下方面將取得發展。一是圖像智能識別技術將得到飛速發展，隨著樣本量的增加和識別算法的完善，巡查采集的可見光相片將逐步實現缺陷自動識別[10]。二是作業設備更自動化和集成化。隨著設備制造和傳感器集成技術的發展，直升機搭載的裝備將進一步升級，實現采集標準化和智能化，逐步實現自動巡檢。三是作業成果管理分析管理方面。對狀態相片和巡線視頻數據的應用更加全面，通過對不同時期數據的對比分析，及時發現線路和金具的變化，提前預判變化趨勢，預防線路事故的發生。

5 結 論

輸電線路直升機巡視在作業效率、缺陷發現率方面比人工地面巡視和無人機巡視有較大優勢。巡查分離技術是直升機巡視技術發展的重要方向，相比原有作業技術在巡視效率和巡視質量方面提升明顯，也更方便今后缺陷智能識別、巡線裝備升級在直升機巡線中的應用，促進直升機巡視在線路運維的應用，保證線路的安全穩定運行。