無人機輸電線路巡檢技術研究

王建灃 王春百 李衛華

（華北電力大學，河北 保定 071000）

0 引言

近年，伴隨著經濟的快速發展，用電負荷不斷提升，電網規模日益擴大，系統的安全穩定運行尤為重要。但目前輸電線路仍然以人工巡檢為主，效率低、局限性大、人員安全存在隱患，難以滿足輸電線路持續快速增長的需求，因此，智能巡檢是未來電網檢修工作的發展方向和趨勢。無人機是智能巡檢的重要方式之一，電力行業各單位正在大力推廣和應用。

1 無人機巡檢系統組成

電力巡檢無人機系統主要由飛控系統、動力系統和數據采集系統組成。

1.1 飛控系統

無人機飛行控制系統相當于無人機的大腦，主要用于穩定無人機飛行姿態， 實現無人機精準定位、懸停與自主飛行。多旋翼無人機飛控系統主要由機載裝置和地面站構成， 機載裝置中包含飛控處理單位、傳感器單元、電源系統和執行模塊構成。 機載裝置和地面站的交互通過無線通信單元實現。

1.2 動力系統

無人機動力系統可分為電動機驅動和內燃機驅動兩種。 電動機驅動型多用于多旋翼無人機，主要由無刷電機、電子調速器、電池和螺旋槳構成，特點是方便靈活，便于操控，但續航時間短，適合精細化巡檢。內燃機驅動型主要用于固定翼無人機和直升機，特點是載重大，續航時間長，適合通道巡檢。

1.3 數據采集系統

無人機數據采集系統主要包括：分幅式多光譜相機、激光抄數機、紅外線熱像儀、紫外成像儀檢測、慣性穩定平臺和數據存儲器。用于獲取大量高精度航空激光掃描點云數據、高分辨率航空數字圖像、熱紅外圖像和電力線走廊紫外圖像。

2 無人機巡檢作業流程

為保證無人機巡檢安全有效地進行， 需要按照五個步驟完成巡檢任務：（1）巡檢作業準備；（2）空域申報；（3）巡檢任務執行；（4）巡檢數據分析；（5）缺陷處理。

2.1 巡檢作業準備

2.1.1 資料收集

巡檢作業前， 應收集所需巡檢線路的設備信息、運行信息以及地理環境、氣象等相關資料，便于及時掌握線路設備狀態和通道狀態。作業人員通過基礎資料（桿塔明細表或者線路專檔）查看所巡檢線路設備信息。作業人員查看巡檢線路區段的地理位置和周邊環境，通過地理信息系統定位巡檢線路區段，通過地圖查看具體所處位置和桿塔周圍的環境和巡檢線路區段所屬區域的氣象信息。

2.1.2 現場踏勘

根據資料查詢結果， 對于沿線輸電線路密集、交跨物多或者地形復雜的巡檢線路區段，應開展現場勘察，勘察內容主要有：（1）起降點選擇。 起降點四周應空曠，航線范圍內無超高物體（建筑物、高山等）；小型無人直升機的起降點面積要求： 至少2 m×2 m左右的平整地面。（2）現場測量交跨距離。利用激光測距儀測量上跨或下穿的電力線路、通信線、樹木等跨越物與被巡檢線路的距離。（3）填寫現場勘察記錄。根據現場勘查情況填寫勘查記錄，繪制現場草圖，包括交跨位置、地形環境等。

2.1.3 巡檢工作票

為保證無人機巡檢的安全可靠，國網公司規定在開展無人巡檢作業時要做好相應的記錄，包括：巡檢工作票、現場勘察記錄單和無人機使用記錄單。 工作票主要用來確定工作負責人、工作人員、巡檢范圍和內容、工作要求、工作措施、工作時間等。

2.2 空域申請與使用

2.2.1 任務審批

中國民用航空局于2013年11月6日發布《通用航空飛行任務審批與管理規定》（參作〔2013〕號），凡需審批的通用航空飛行任務，申請人應當至少提前13 個工作日向審批機關提出申請，審批機關在收到申請后10 個工作日內做出批準或不批準的決定，并通知申請人。對執行處置突發事件、 緊急救援等任務臨時提出的通用航空飛行任務申請，審批機關應當及時予以審批。

2.2.2 空域審批

從事通用航空飛行活動的單位和個人，應當按照國家有關規定向飛行管制部門申請使用機場的空域、航路和航路，經批準后方可實施。 各戰區空軍參謀部管制室辦理審批手續；主要申請內容包括：（1）巡檢航線示意圖；（2）公司營業執照；（3）飛機機型信息表；（4）飛行人員執照任務委托書；（5）任務申請書；（6）無人機飛行安全措施、緊急情況預案。

2.3 巡檢任務執行

2.3.1 精細化巡檢

利用多旋翼無人機對輸電線路桿塔、 通道及其附屬設施進行全方位、高效率的巡視，可以發現螺栓、銷釘等這些無法通過人工地面巡視發現的缺陷的巡視作業。 巡檢主要對輸電線路桿塔、導地線、絕緣子串、金具、通道環境、基礎、接地裝置、附屬設施等8大單元進行檢查。巡檢時根據線路運行和檢查要求，有選擇地配備相應的檢查設備，進行可見光檢查和紅外檢查項目。可見光巡檢主要檢查內容：導、地線（光纜）、絕緣子、金具、桿塔、基礎、附屬設施、通道走廊等外部可見異常情況和缺陷[1]。紅外巡檢主要檢查內容：導線接續管、耐張管、跳線線夾及絕緣子等相關發熱異常情況。

2.3.2 通道巡檢

對線路通道、周邊環境、沿線交跨、施工作業等進行檢查，以便及時發現和掌握線路通道環境的動態變化。 線路通道環境巡視對象包括：建（構）筑物、樹木（竹林）、施工作業、火災、交叉跨越、防洪、排水、基礎保護設施、道路橋梁、污染源、自然災害等[2]。

2.4 巡檢數據分析

巡檢數據分析的目的是利用無人機采集的圖像和視頻數據，及時發現并消除設備缺陷。

（1）線路設備本體缺陷：組成線路本體的構件、附件、零部件，包括基礎、桿塔、導地線、絕緣子、金具、接地裝置等本身的缺陷。

（2）附屬設施缺陷：指附加在線路本體上的各類標志牌、警告牌及各種技術監測設備、避雷器等出現的缺陷。

（3）外部缺陷（隱患）：指外部環境變化對線路安全運行已構成某種潛在性威脅的情況（如在保護區內新建房屋、植樹竹、堆物、取土、線下施工車輛作業等對線路造成的影響）。

（4）線路通道內導線對建筑物、樹竹等交叉跨越距離不滿足。線路保護區內有礦區，修建交通設施、建筑物等有高大施工機具和焚燒現象。

（5）固定翼無人機具有航速高、覆蓋范圍大、續航時間長等特點，適合應用于災后線路走廊的大范圍普查。 通過利用固定翼無人機進行災后勘查，可在短時間內整體掌握線路的整體損失情況，為應急決策提供初步依據[3]。

3 結語

我國幅員遼闊，地理環境復雜，山區、溝壑、丘陵較多，對線路巡檢工作造成很大困難。 傳統人工巡檢方式已不能滿足電力發展需要，因此，采用無人機職能巡檢可有效提高檢測效率，節省大量人力、物力，提高工作人員安全系數，也能在一定程度上降低電網運營成本和故障率，促進電網完全穩定運行。