無人機在電力巡檢中的應(yīng)用

陳劍 胡春霞

摘 要：隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展壯大，傳統(tǒng)的人工巡檢方式已無法適應(yīng)新形勢下輸電線路運行維護要求，以多旋翼無人機為載體的輸電線路巡檢系統(tǒng)正受到越來越廣泛的關(guān)注。在分析了輸電線路巡檢的特殊要求后，從實際出發(fā)，針對目前多旋翼無人機在電力巡檢中的應(yīng)用提出了一些看法，總結(jié)了當(dāng)前輸電線路無人機巡檢的諸多特點。

關(guān)鍵詞：電力巡檢;多旋翼無人機;人工巡檢方式;無人機多功能作業(yè)

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展和壯大，全國發(fā)電裝機容量已從2000年的3.2億kW增長到2011年的10億kW，2019年更是突破20億kW達(dá)到20.11億kW;全國發(fā)電量從2010年的4.21萬億kW·h增長到2020年的7.42萬億kW·h;同時，全國用電量也隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，由2010年的4.19萬億kW·h增長到2020年的7.51萬億kW·h。

1949年，全國35 kV及以上輸電線路長6 475 km;1978年，全國35 kV及以上輸電線路長23萬km;2002年國家電網(wǎng)公司組建成立以來，電網(wǎng)建設(shè)進入快速發(fā)展的新階段。2006年，全國35 kV及以上輸電線路長度突破100萬km;2011年，西藏與西北電網(wǎng)實現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)。截至2018年底，35 kV及以上輸電線路長度達(dá)到189.2萬km，較1949年增長291倍，位列世界第一。

電力線路搭建完成后，需要定期維護、保養(yǎng)線路和桿塔。傳統(tǒng)的輸電線路巡視主要采用人工巡檢方式，即步行巡視及攀登桿（塔）等進行線路巡檢，同時借助檢測人員肉眼及紅外熱成像儀、望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備來對待檢測輸電線路的外觀狀況和發(fā)熱狀況等進行直接觀察，借助測距儀來測定輸電線路的安全距離是否滿足安全規(guī)范和要求。隨著輸電線路規(guī)模不斷發(fā)展、范圍不斷擴大，在野外環(huán)境下，受地形環(huán)境、天氣條件等因素影響，人工巡檢方式不僅工作強度大、工作條件差、存在人身安全風(fēng)險，同時巡檢準(zhǔn)確度和巡檢效率還會受到所用檢測設(shè)備以及輸電線路所在地形等因素限制，從而影響輸電線路巡檢作業(yè)的順利開展。

而采用無人機進行巡檢作業(yè)受地形、環(huán)境等因素影響不大，能夠有效彌補傳統(tǒng)人工巡檢作業(yè)存在的不足，大大提高輸電檢修和運維的效率，且許多工作能在完全帶電的環(huán)境下完成。無人機在電網(wǎng)巡檢工作中的應(yīng)用，為電網(wǎng)運檢維護提供了一條高效、安全、經(jīng)濟的新途徑。

1 無人機應(yīng)用于架空輸電線路巡檢不受傳統(tǒng)條件限制

1.1? ? 不受地形地貌的限制

借助無人機巡檢輸電線路，巡檢人員不用接近輸電桿塔和輸電線路，可以遠(yuǎn)距離甚至在超視距的情況下操作無人機，不會受到巡檢線路所在陡峭山區(qū)地形和多河流地貌影響，利用無人機來近距離、多方位、多角度地對輸電線路中的絕緣子、導(dǎo)地線、金具等設(shè)備進行觀察。

1.2? ? 不受天氣條件或地理氣候環(huán)境的限制

對于霧霾、大風(fēng)、陰雨等比較惡劣的天氣或高海拔高寒地帶氣候條件比較嚴(yán)酷，人工無法作業(yè)的輸電線路地段，可以借助無人機來開展日常、故障、特殊線路巡檢作業(yè)。利用無人機機動性能好、靈活性好、生存能力強、安全性較高、使用方便等優(yōu)勢來代替巡檢人員作業(yè)，克服惡劣天氣和嚴(yán)酷氣候?qū)ρ矙z作業(yè)的影響。

1.3? ? 不受巡視桿塔金具大小和安裝角度的限制

輸電桿塔上的眾多金具大多具有體型小、安裝角度特定、難以觀察等特點，在人工巡檢作業(yè)中，巡檢員會采用望遠(yuǎn)鏡進行觀察，但桿塔上的銷釘很小，巡檢員要遠(yuǎn)距離觀察銷釘?shù)臄嗔押腿笔в幸欢y度。輸電桿塔上部分螺栓和螺帽安裝在金具上部，在桿塔下很難觀察到。

無人機是貼近桿塔飛行進行巡視，可以利用無人機操作靈活、控制簡單的優(yōu)勢近距離觀測眾多較小金具，并且圍繞輸電桿塔多方位、多角度地拍照;還可以利用高清相機采用變焦功能來獲取高清和局部放大的圖片[1]。

2 無人機巡檢帶來的優(yōu)勢

2.1? ? 提升輸電線路巡檢效率

無人機可以由操作人員遠(yuǎn)距離操作，實現(xiàn)快速飛行、懸停、自動定位、巡航等功能，便捷地監(jiān)測輸電線路中的金具、導(dǎo)地線、桿塔等元器件。通過機身搭載高清攝像設(shè)備可以實時將相應(yīng)影像傳回地面測控平臺[2]，及時判斷線路是否有缺陷和故障點;甚至能通過中繼方式把影像傳回電網(wǎng)控制中心，對現(xiàn)場災(zāi)害和故障對輸電桿塔和線路造成的損害及時做出預(yù)判，以便制訂應(yīng)對災(zāi)害的對策。也可利用高清照相機，在現(xiàn)場拍攝絕緣子串及連接金具中螺釘、銷釘、連接板等圖片，拍攝完一個桿塔后馬上飛到下個桿塔進行圖片的拍攝，將圖片保存在無人機存儲器中，巡檢完成后在計算機上查看圖片中部件是否有缺陷或缺失。這種工作方式縮短了桿塔和線路的現(xiàn)場巡檢時間，提高了巡視效率，同時降低了人工作業(yè)風(fēng)險。

2.2? ? 無人機多功能作業(yè)

無人機小巧靈活，重量輕，攜帶方便，操作簡單，可以搭載不同檢測設(shè)備來實現(xiàn)不同的功能。可搭載高清相機和攝像機獲取輸電線路金具、導(dǎo)地線等元器件的質(zhì)量缺陷;搭載激光雷達(dá)測距等設(shè)備來對輸電線路走廊下方超高樹木、建筑等進行測量，激光雷達(dá)測距結(jié)果精確度遠(yuǎn)高于經(jīng)緯儀;搭載傾斜攝影、激光雷達(dá)等設(shè)備掃描線路，形成數(shù)字模型[3]，以有效掌握線路和線路附近的三維情況，從而對沿線通道有一個立體、形象的了解，方便后期的維護和檢修;發(fā)生災(zāi)害及線路故障后，在無人機的幫助下可以精確定位故障點，故障查找問題迎刃而解;搭載放線支架進行牽引繩引渡放線，在相鄰線塔間進行牽引繩的展放，完成輸電線路的架設(shè);搭載強光照明設(shè)備和喊話系統(tǒng)，在輸電線路夜晚緊急搶險中，可以為現(xiàn)場提供視野和指揮通信;搭載噴火設(shè)備，可以有效清除輸電線路中掛在兩相之間的風(fēng)箏、塑料膜等異物。

2.3? ? 無人機作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化

（1）確定巡檢類型，根據(jù)不同巡檢任務(wù)需求對巡檢拍攝內(nèi)容做出調(diào)整和規(guī)定，并針對不同電壓等級、不同塔型設(shè)定科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)的巡檢路徑、巡檢高度;