淺析多旋翼無人機巡檢在云南電網500 kV輸電線路中的應用

摘 要：鑒于電力線路巡檢的重要性，介紹了云南電網公司多旋翼無人機及多旋翼無人機巡檢的分類情況，分析了多旋翼無人機系統及裝備在云南電網500 kV輸電線路巡檢中的應用優勢，確保了高壓輸電線路的安全穩定運行。

關鍵詞：500 kV輸電線路;傳統人工巡視;多旋翼無人機巡檢

0 引言

我國輸電線路分布點多面廣，特別是高壓、超高壓輸電線路的建設比較密集，造成輸電線路走廊穿越的地理環境更加復雜，要經過大面積的高海拔地區、水域或叢山峻嶺，給輸電線路維護和巡檢帶來了很大的困難，并且隨著輸電線路的快速增長，傳統的人工巡視方法已無法滿足運維需求。云南河流眾多，水利資源豐富。據不完全統計，云南水電裝機容量為6 096萬kW，位居全國第二，南方五省第一，云南電網的運行水平對我國“西電東送”戰略工程有重要影響。云南地區地域復雜，氣候多變，高山、高海拔地區的輸電線路巡檢工作艱巨，是南網五省中運維難度最大的。因此，使用多旋翼無人機對500 kV輸電線路進行巡視已成為云南電網輸電線路巡視必不可少的方式之一。

1 電力線路巡檢的重要性

輸電線路是電力系統的重要組成部分，如果將整個電力系統比作一個人的話，輸電線路相當于人的主動脈，其安全可靠運行直接關系到一個國家經濟的穩定發展。但是，輸電線路由于長期暴露在自然環境中，不僅要承受正常機械載荷和電力負荷的內部壓力，還要經受污穢、雷擊、強風、滑坡、沉陷及鳥害等外界侵害，造成輸電線路上各元件的老化、損壞，降低絕緣子絕緣程度，引發倒桿斷線等線路故障，可能導致線路的非計劃停運、變電站失壓等事故，對電力系統的安全穩定運行構成嚴重威脅。因此，通過對電力線路高效巡檢，及時發現設備缺陷和危及線路安全的隱患，有效消除缺陷，預防事故發生或將事故限制在最小影響范圍內，是保證電力線路及其設備安全的有效手段。

2 多旋翼無人機系統及裝備在輸電線路巡檢中的應用

2.1? ? 云南電網公司多旋翼無人機的分類

云南電網公司多旋翼無人機的分類執行國家相關標準，具體按照空機重量和起飛全重分為9類，如表1所示。

2.2? ? 南方電網公司對使用多旋翼無人機巡檢的分類

正常巡視是指利用無人機代替人工進行的線路正常巡視，正常巡視應結合正常巡視計劃進行。為保證線路安全運行，將人巡與機巡缺陷進行對比分析，全面評估巡檢質量、效果，要求上一個巡視周期內開展過無人機巡視的區段，在下一個巡視周期必須開展人工巡視。使用多旋翼無人機對500 kV仁銅甲線進行正常巡視如圖1所示。

特殊巡視是指利用無人機代替人工進行登塔巡視、重要部位精細化檢查、隱患點監控等專項巡視。特殊巡視應結合工作站特殊巡視計劃開展，該巡視具備電氣部分缺陷檢出率高，減少巡視人員高空作業量，降低人員高空墜落風險的特點。使用多旋翼無人機對500 kV寶七II回線進行導線線間間隔棒膠套排查如圖2所示。

故障巡視是指利用無人機代替人工進行的線路巡視，以達到及時發現故障點，準確判斷故障類型，減少巡視人員高空作業量，降低人員高空墜落風險的目的。使用多旋翼無人機對500 kV草寶線乙線進行故障巡視如圖3所示，發現絕緣子表面有雷擊閃絡痕跡。

特別作業是指利用無人機攜帶設備、工器具等進行線路異物清除、檢修、檢測等作業。使用多旋翼無人機對500 kV草寶線甲線進行導線異物清理如圖4所示。

2.3? ? 高海拔地區使用多旋翼無人機巡檢的作用

2.3.1? ? 有效降低人員勞動強度

高海拔地區的輸電線路處于高山峻嶺之間，地形復雜，相鄰兩山海拔高差較大，線路運維條件惡劣，并伴有冰雪、山體滑坡等多種自然災害。人在高海拔地區，由于受到空氣中氧含量的影響，身體機能有所降低，容易出現高原反應，常見的癥狀有頭痛、呼吸困難、胸悶、惡心、腸絞痛等，長期在高海拔地區工作會影響工作人員的身體健康。高原地區人體最大做工能力只有平原地區人體做工能力的62.2%。特別對于云南地區來說，除了地貌復雜、山高谷深、溝壑河流縱橫外，很多區域車輛無法進入，需要巡檢員徒步進入深山老林開展巡視工作，部分線路巡視時需要在野外住宿及飲食，巡檢員在長距離徒步巡檢的同時，還需攜帶大量物品和工器具，在一定程度上降低了巡視質量。因此，高海拔地區輸電線路的人工巡檢，對傳統巡視人員來說是巨大的挑戰。而多旋翼無人機具有小巧靈活，不受起降地形影響的特點，能有效降低人員勞動強度，提高巡檢質量。

2.3.2? ? 提高運維質量

500 kV輸電線路由于電壓等級比較高，一般鐵塔比較的高大，鐵塔高度在20～120 m，使用傳統的人工巡檢方式很難看清楚鐵塔瓶口以上導地線、絕緣子串類、金具類等存在的缺陷，很難保證實際運維工作質量。而通過多旋翼無人機巡檢，可以通過近距離拍攝導地線、絕緣子、金具和塔身各個部位的照片，對缺陷進行分析，確保桿塔各個部位安全運行。據云南某公司2017年對云南14個地區500 kV輸電線路缺陷的統計，多旋翼無人機在巡視過程中發現的線路缺陷隱患檢出率為72.08%，而傳統人工巡視缺陷的檢出率為18.02%，多旋翼無人機巡檢比傳統人工巡視高出54.06%。

2.3.3? ? 有效減低運維成本

傳統的輸電線路巡檢方式完全靠巡檢人員步行巡檢，特別對于高海拔地區，相鄰兩山海拔高低相差較大的輸電線路一天的巡檢量很低，根據云南某公司14個運維站的數據統計，一般兩人一天最大巡檢基位數為15基，而如果使用多旋翼無人機巡檢，則一天兩人最多可以巡視50～60基，為傳統人工巡視的3～4倍。根據對某公司14個運維站2018年運維成本初步估算統計，使用多旋翼無人機巡檢將比使用傳統人工巡檢節約運維成本1 056.58萬元。

2.4? ? 多旋翼無人機裝備在輸電線路巡檢中的應用

隨著科學技術的發展以及制造業的進步，多旋翼無人機在電力巡檢中可攜帶的設備越來越豐富。在硬件方面從最早的只可攜帶可見光設備，已發展成目前可攜帶模塊化的三維激光雷達、紅外熱像儀等設備。在軟件方面，從最早的需要人工進行操作，發展到了目前可以自主巡檢、進行缺陷的自動識別與分類等。

使用多旋翼無人機搭載可見光設備，可有效降低巡檢風險，提高巡檢效率，降低巡視成本。特別是針對高電壓等級輸電線路來說，由于鐵塔高度較高，人工巡視時金具部分很難看清楚，而多旋翼無人機搭載可見光設備后，可以近距離觀察輸電線路電氣部分，但目前在使用多旋翼無人機搭載可見光設備進行電力巡檢過程中，存在有效留空時間短，飛行距離受到遙控器圖傳和數傳限制，導致頻繁選擇起降點，巡視效率不高的問題。此外，如果飛機拍照時距離輸電線路過遠，則可能存在采集到的數據不清晰，而過近則多旋翼無人機GPS定位受電磁場干擾，威脅多旋翼無人機飛行安全的問題。同時，由于可見光采集回來的數據大都由人工進行判別，容易出現漏判、誤判的問題。多旋翼無人機搭載可見光設備進行巡檢時，常常受到拍攝角度、自然光線的影響，使拍攝的照片不清晰或內容不全面。

使用多旋翼無人機搭載三維激光雷達時，通常用來對輸電線路進行通道巡檢。由于目前多旋翼無人機基本使用電池作為能源，存在續航時間短的問題。目前唯有通過不斷優化巡視航線的方法，有效利用多旋翼無人機的留空時間，不斷提高巡檢效率。

使用多旋翼無人機搭載紅外熱像儀設備時，一般用于輸電設備迎峰度夏前和迎峰度夏期間壓接管的溫度測量，以保障輸電線路的安全運行。但在使用過程中，存在高溫時溫度檢測準確度不高，拍攝測量時受環境溫度影響較大的缺點，目前只有通過調整拍攝角度，盡量避免環境溫度對檢測造成影響。

3 結語

云南電網通過運用多旋翼無人機在500 kV輸電線路中進行巡檢，提高了輸電線路運維質量，降低了運維成本和運維強度，提高了運維效率，確保高壓輸電線路的安全穩定運行。

收稿日期：2019-12-13

作者簡介：李秉宸（1987—），男，云南個舊人，工程師，從事輸電線路運行維護工作。