電力輸電線路巡檢中無人機技術的運用

田河 鄺凡 巫偉中 韋海坤 徐力斌

（廣東電網有限責任公司東莞供電局 廣東省東莞市 523000）

1 前言

為了保證整個電力輸電線路的完整性，一個非常重要的前提就是電力設備的完好性，然后使用無人機的攝影問題排查技術，電力系統輸電線路的相關工作人員可以快速、準確地獲取高質量、高分辨率的周圍地理環境的相關信息，無人機采集所獲取的信息有著較高的直觀性，有助于工作人員對線路環境形成清晰的認識。從而可以確保輸電線路的完好性，進而可以提升整個運維組織的辦事效率，在本篇論文中將會深入理解無人機的各種使用技能和運用方式。

2 在電力輸電線路巡檢中無人機的應用概述

2.1 無人機的應用優勢

（1）借助無人機可以完成架空線路高空巡檢作業，并快速查找高壓輸電線路故障點，為后續故障檢修提供參考和借鑒；

（2）使用這種技術，可以減少傳統的登高作業方式，與此同時電力員工可以通過無人機反饋回來的信息判斷具體的故障，并快速查找高壓輸電線路故障點，為后續故障檢修提供參考和借鑒；

（3）在一些比較不方便作業的區域，使用這種技術可以實現快速準確地找到故障，并快速查找高壓輸電線路故障點，為后續故障檢修提供參考和借鑒；

（4）高壓絕緣子還有一些金具在進行局放檢測時，可以大大降低工人的工作強度，具有非常明顯的優點。

2.2 輸電線路巡檢方法

目前使用最多的運維手段主要有：人工的日常運維，使用機器人進行線路檢查，還有使用載人直升機進行檢查和使用一些無人機技術進行日常的運維。隨著電力線路的大力建設，普通的人工巡檢方式已經無法滿足現在的巡檢需求了，所以后面引入了無人機進行線路巡查檢驗，在一些高壓輸電線路，這種檢測方式的精度非常的高。但是這種檢測方式也有非常多的不足，工作的速率非常地慢，跨越障礙物的能力很差，各種不足，很快限制了其在電力行業中的大量投入。使用載人直升機主要也是運用一些成像技術，使用這種技術可以清晰地拍出線路的圖像，但是這種方式的成本實在太高，還存在管理與技術復雜性高、綜合性高的特點，因此適用范圍較小。此外，無人機巡檢方式具有成本低、操作簡便等特點，在電力企業的線路巡檢工作中發揮著重要的作用。

3 無人機巡檢系統及運行

3.1 無人機巡檢內容

一是正常巡檢。根據架空輸電線路實際巡檢需要，進行周期巡檢，且巡檢設備無需全部裝備，而是有選擇性地搭載巡檢設備，并進行可見光和紅外測溫等項目的巡檢作業。其中可見光巡檢作業主要是對線路中的導線、絕緣子串、固定螺栓、通道環境、附屬設施等外部的、易見的異常情況進行檢查。紅外測溫巡檢作業的對象主要是導線壓接管、導線線夾、絕緣子等具有連接或焊接部位的發熱異常情況。二是故障巡檢。故障巡檢是在架空輸電線路發生故障后，利用無人機搭載的故障巡檢設備，對可疑區段線路進行全方位故障巡查，從而快速、準確地排查出故障原因和故障點，并據此執行保護動作。在工程實際中，還可以根據輸電線路的實際運行狀況來擴大故障巡查范圍，有助于全面分析和排查架空輸電線路中的其它異常情況。

3.2 無人機巡檢系統

無人機巡檢系統包括無人機、通信設備、機載設備和地面站四大子系統，其中各部分之間具有功能的獨立性和相關性。具體而言，在機體上裝配相機或攝影機，并通過與地面站之間建立遙控指令，可以對電網輸電線路中的重點部位進行有針對性的拍照取樣。無人機地機載設備是其獲取輸電線路圖像信息的重要工具。其中無人機的規模可以根據任務量以及任務要求合理選擇，主要包括大型旋翼無人機、中型旋翼無人機和小型旋翼無人機。其中供電系統作為無人機工作的主要動力來源，對于保證巡檢工作的正常運行具有重要的意義。由于電池存儲的電力有限，所以為提高電動無人機巡檢時間，提高工作效率，還可采用無線供電，包括感應耦合式、微波式、激光式和超聲波式。

通信設備起到了聯系無人機系統與地面工作站的重要作用，將無人機系統接收到的圖像信息傳輸給地面工作站，將地面工作站的指令轉送給無人機系統。實現了無人機的遙測、通信、采集定位的有效協調，不僅需要接收來自地面控制中心的控制信號，而且還可以完成導航、巡線、避障等工作；由于無人機線路巡檢工作涉及到的數據十分龐大，因此還需要把巡檢過程中拍攝的照片與巡檢所得數據通過無線網絡，及時而準確地傳輸到地面信息處理中心，以此來提高數據傳輸的質量和效率，進而提高無人機線路巡檢質量。

3.3 無人機操作注意事項

應用無人機設備開展架空輸電線路巡查時，由于無人機在飛行時會受到建筑物、桿塔和樹木等的影響。因此必須對無人機的飛行狀況做出嚴格要求，以其中的起飛高度為例，需要在無人機起飛以開展工作之前對巡檢區域較高障礙物的高度進行調查。無人機設備的飛行高度必須嚴格控制在高于障礙物 2.5-5m 處。為保證無人機設備操作的合理性，提高設備的運行效率，巡檢操作人員需提高對無人機與相關設備的使用熟練程度與操作的準確度。熟讀設備操作手冊，牢記相關參數，掌握操作技巧。此外，在無人機正式巡檢前，還有一項重要的準備工作，即對設備進行校準，對其中如飛行高度、返航點和電量警報等重要的參數項需要實時監測和有效控制。

4 無人機在電力系統輸電線路巡檢中的應用

4.1 電力系統輸電線路巡檢面臨的問題

在電力系統輸電線路巡檢工作中，相關的技術人員是主要的操作者，技術人員的專業技術直接影響到電力系統輸電線路巡檢的安全性和穩定性。而一些技術人員不具有足夠的專業素養，不注重自身綜合素質的提升，極大的限制了電力系統輸電線路巡檢效率和質量。比如，有些地方就實現了從“雙腳丈量”到“科技巡檢”。去年開始，廣東供電公司輸電運檢中心開始使用無人機對線路實施無人機精細化巡視，徹底結束了翻山越嶺巡檢電路的歷史。2020年，某供電公司從無人機出入庫、充放電、維修和應用管理等方面建立出入庫系統，規范17 架各類型無人機管理，保證所有無人機始終處于“待命”狀態。不定期開展無人機業務培訓，健全無人機工作機制。截至去年底，廣東供電公司輸電運檢中心已應用無人機在線路驗收、故障巡視、現場勘察、輔助帶點作業等領域開展工作，巡視重要線路30 條、桿塔1230 座，發現各類缺陷720 處。并組建了無人機作業班，配備4 名“飛手”，承擔中心所轄輸電線路的巡視工作，探索和實踐無人機新技術，全面推進無人機智能巡檢技術應用。

4.2 無人機巡檢的實際應用

借助于無人機的攝影問題排查技術，電力系統輸電線路的相關工作人員可以快速、準確地獲取高質量、高分辨率的周圍地理環境的相關信息，無人機采集所獲取的信息有著較高的直觀性，有助于對線路環境的認識。無人機可以實現從“人工操控”到“自主巡航”。如某供電公司組織無人機工作，3月17日上午，短短15 分鐘，無人機組就完成了330kV 輸電線路的自主巡查。由于操作人員的技術水平和試驗模式不同，檢查質量和結果存在誤差，存在一定的操作風險。”周洪臣介紹，USAR 自動無人機駕駛檢查后，只有監護人才能完成所有檢查工作，降低了工作成本和作業強度，使工作更加規范化、安全化，檢查效率大大提高，借助新技術，無人機可實現高精度自動逐站、逐塔巡線、數據實時返回等功能，并自動完成日常巡更工作，即使拇指大小的螺絲松了，也逃不過無人機的眼睛，目前無人機裝備TEM SIDO 系統，用于從線路走廊的高精度激光云中購買數據，并完成了340 公里云點地震測線的實際三維建模場景，由于無人機采集所獲取的信息有著較高的直觀性，有助于工作人員對線路環境形成清晰的認識。

在電力系統輸電線路的問題排查中應用無人機是十分可行且十分必要的，有著廣闊的應用空間和發展前景。無人機巡檢技術可以代替人工，完成特殊情況的作業，且無人機受到環境因素的干擾較小，為進一步提高效率，還可以對線路進行立體模型的構建，對線路進行優化。

4.3 在應急搶修工作現場勘察中無人機的應用

如今，隨著突發事件、自然災害等因素的影響，導致電力輸電線路故障時有發生，嚴重危及人們的用電安全。此時，就需要做好電力輸電線路的巡檢工作，而應急搶修工作必不可少，但是由于故障點可能位于山間，隨著黑夜的降臨，現場勘察越發顯得復雜，傳統地面照明設備由于地形原因無法順利開展工作，增加了搶修工作的難度。將無人機應用到應急搶修勘察之中，還能夠對搶險救災現場的設備受損情況及時拍攝，從而為后續搶救方案的設計提供良好的現場依據，為保證高效率的搶修救災工作爭取更多的時間。

例如，無人機到達檢測位置，采集裝置掛載到位，開始影像采集！5月31日，在福州220 千伏長南Ⅱ路9 號塔下，一架無人機緩緩升空，下部掛載著一套數字射線成像檢測設備，平穩地向離地四十多米，懸掛在鐵塔上的耐張線夾靠近。不到1 分鐘，耐張線夾的內部結構圖像實時清晰地呈現在地面工作站的屏幕上，這也意味著國網廣東電科院聯合國網福州公司順利完成了省內首次“無人機+數字射線成像”輸電線路耐張線夾內部結構“透視”檢測工作。

據了解，安裝在220 千伏及以上輸電線路鐵塔上的耐張線夾相當于整條線路的“支點”，連接著兩級鋼塔間的導、地線，承受線路的全部張力，其壓接質量直接關系線路安全穩定可靠運行。近年來多采用X 射線檢測方法進行抽檢，需要作業人員攜帶笨重的射線設備攀登鐵塔，不僅工作強度大、檢測效率低，還存登高作業風險。

對此，廣東院成立技術攻關團隊，基于前期技術儲備，聯合福州供電公司全力開展技術攻關，著力研究開發“無人機+數字射線成像”輸電線路耐張線夾透視檢測技術。經過數月潛心研究，廣東院技術攻關團隊攻克了射線透照布置、檢測系統輕量化、電磁干擾屏蔽、仿真計算、無人機結構與飛控定制化設計等技術難點，研發可由無人機攜帶，小型化、輕量化的數字射線成像設備及搭載平臺，并由地面工作站進行遠程操控，實時傳輸檢測數據，成功將無人機與數字射線成像檢測技術相結合，將原先需要4 個工作人員約1 個小時才能完成單個耐張線夾檢測，進一步縮短為整個檢測過程耗時僅6 分鐘，效率至少是人工作業的十倍，而且避免了登高作業的風險；獲取的圖像內部結構清晰，可為耐張線夾壓接質量情況“信息庫”提供數據，推動“無人機巡視”向“無人機巡檢”轉變，助力推動輸電線路智能運維轉型，提升客戶用電滿意度，支撐新時代“雙滿意”工程。

下一階段，廣東院將針對不同線路結構特點，對檢測系統輕量化、檢測裝置優化、檢測結果數字化分析以及帶電檢測等方面進行深入研究，助力推進無人機巡檢作業，為“三跨”等架空輸電線路金具壓接質量基建驗收、運行監督等提供強有力的技術支撐，全力迎戰“迎峰度夏”。

借助無人機，能夠對影像死角有效避免，保證搶險救災現場的實時監控。整合應急信息，能夠對不同信息資源有效整合，從而促進應急指揮信息系統發揮作用。

5 小結

總而言之，無人機應用于輸電線路的巡檢中屬于一個新的發展方向，還需要相關電力企業培養相關人才，從而促進電力系統輸電線路巡檢的健康、可持續發展，為其注入強大動力的同時，促進電力系統中線路巡檢工作質量和效率的提升。