架空輸電線路上無人機的有效運用

摘?要：電力系統運行中，架空輸電線路運行穩定性直接影響電力系統運行安全性和供電可靠性。因此，電力系統調度員需要開展有效的線路巡檢，通過加強對架空輸電線路定期和不定期巡查檢視，及時發現并解決線路運行中存在的問題及隱患，為線路維護提供可靠依據，從而確保線路運行安全。隨著無人機技術的快速發展，其在架空輸電線路上的運用具有巨大優勢。本文通過分析架空輸電線路上無人機技術應用概述，針對架空輸電線路巡檢過程中，無人機巡檢的有效運用進行了探究。

關鍵詞：無人機;架空輸電線路;有效運用

架空輸電線路是滿足電力遠距離輸送的基礎，在電力運行系統中占據重要地位，保障架空輸電線路安全穩定，是提高系統供電安全可靠的前提。架空輸電線路具有分布廣、所處地形復雜、自然條件惡劣等特點，傳統的巡檢方式往往難以全面準確地發現隱患問題、查找故障，從而造成較大損失，難以滿足社會日益增長的電力需求。因此，探索無人機在架空輸電線路上的有效應用，是滿足現代電網運行發展需求，提高架空輸電線路運維效率的重要途徑。

一、無人機技術應用概述

（一）無人機技術及其核心組成

無人機是指不需要由駕駛員在機艙內操作完成駕駛的一種飛機，其主要借助遙控技術或自動駕駛技術來完成相關任務的飛行載具。與載人飛機相比，無人機的操作更為便捷、體積小、自重輕、應用成本更低。早期無人機技術主要應用于軍事領域，但隨著其技術快速發展，無人機在民用領域的應用越來越廣泛。

目前，無人機在電網企業中的應用主要是固定翼、多旋翼、無人直升機三種類型。固定翼無人機飛行速度較快，具有較遠的續航里程，能夠搭載可見光傳感器，在輸電線路路徑巡視觀測工作中的應用較多。多旋翼無人機的飛行模式較為靈活機動，能夠隨時懸停，從而完成短距離觀測、攝影，但外部環境對其影響較大，續航里程相對較短。

無人機核心部分組成包括無人機飛控系統、導航系統以及數據鏈。其中，無人機飛控系統是其核心系統，與載人飛機中的駕駛員地位相當。無人機完成啟動、升空、飛行等各項操作，都需要依靠飛控系統的控制。無人機飛控系統中，包括微型計算機、傳感器、伺服系統等，飛機在半空的懸停、緊急控制等，都由這些系統裝置控制完成。

無人機導航系統相當是飛行員的雙目，在導航系統中預設好飛行路線后，無人機會根據設定好的路線飛行作業;同時，導航系統也會向地面操作人員傳輸無人機位置信息，從而使地面人員準確獲取無人機坐標位置。

無人機數據鏈可以分成上行數據鏈與下行數據鏈。前者完成操作人員對無人機的遙控，后者完成將向地面傳輸無人機數據及進行無人機遙測。無人機數據鏈是連接無人機與地面的有效鏈接，從而完成數據的相互傳輸、控制等任務。

（二）無人機應用技術

1.無人機遙感技術

無人機遙感技術是將無人機技術與遙感器探測技術、GPS定位技術等有機結合的一種技術，運用無人機遙感技術，能夠高效、自動、精確地獲取空間遙感信息，包括地理、環境以及資源等;同時，無人機遙感技術具有可回收利用優勢，成本低、風險低，在各領域的應用范圍十分廣泛。在架空輸電線路應用中，無人機遙感技術的高分辨率、機動靈活等優勢，能夠實現對線路問題隱患的有效勘測，提高輸電線路巡檢效率。

2.無人機測繪攝影技術

相較于衛星測繪和大飛機測繪所獲得的測繪影像來說，無人機測繪攝影可以借助無人機體積小、自重輕的優勢，通過搭載長焦距、高分辨率的攝影設備，實現低空飛行拍攝，能夠有效縮小拍攝范圍，并且提高測繪影像的精度，尤其是在地形復雜地區的架空輸電線路航拍測繪分區復雜問題中應用，同時還可以保證相鄰航測區重疊度滿足標準要求，從而提高無人機測繪效率，提升架空輸電線路工程勘測效率，優化架空輸電線路。

3.無人機超聲波距技術

無人機搭載超聲波儀器進行架空輸電線路的巡檢技術，明顯優于傳統人工測量的方法，能夠實現在高空對整個測量區域進行同時測量，并且快速測出需要測量的距離信息。例如，無人機超聲波距技術在解決架空輸電線路樹障問題中，測量帶電導線下方樹障測距時，通過將搭載超聲波儀器的無人機飛到與架空輸電線路保持安全距離的水平位置，然后利用其高清攝像頭，實時向地面操控人員傳輸圖像，操控人員將影像中心點中線設置水平并對準帶電導線，運用超聲波測距儀器向垂直地面發出超聲波信號，根據信號返回首次時間信息，運用數據傳輸系統向地面傳輸，從而獲取無人機和正下方樹障的垂直距離。

4.無人機激光雷達技術

無人機搭載激光雷達系統與高清攝像機，能夠對架空輸電線路中的走廊高精度激光點云數據、數碼影像數據進行精確高效采集，并通過三維建模技術，得出線路走廊地物、地形地貌以及各項設備的空間距離。同時，無人機激光雷達測量技術可以通過自動提取帶電導線線點并進行曲線整合，從而獲取連續架空線路走廊影像，可以有效解決帶電導線與樹障精確測量的問題，提高輸電線路巡檢工作效率。

5.無人機紅外測溫技術

架空輸電線路的運行環境通常較為惡劣，再加上長時間運行存在的設備老化問題，容易出現線路破損、連接部件發熱等問題，影響線路運行安全。無人機紅外測溫技術能夠對架空輸電線路中早期存在的缺陷隱患和絕緣性進行有效預判，從而將以故障為導向的線路維修轉變為以預防為導向的線路維護，進而提高架空輸電線路運行的安全穩定，提高供電可靠性。借助紅外測溫技術，無人機通過在被測點附近懸停，不接觸、不取樣、不破壞被測點，實時對被測點進行監控測量，并且利用無人機能夠近距離靠近被測點，滿足紅外測溫儀使用距離要求，提高測溫效果，及時發現輸電線路存在的溫度異常現象，從而進行與隱患排查，降低線路故障發生率。

二、架空輸電線路巡檢中無人機應用分析

（一）構建無人機綜合巡檢平臺

首先，確定架空輸電線路巡檢無人機的選型。隨著無人機技術的快速發展，輕型無人機在架空輸電線路中的應用具有顯著優勢，其體積較小、自重較輕、靈活性強，能夠滿足架空輸電線路所處的復雜環境或者狹小空域的巡檢工作。其次，無人機結構設計中，包括殼體、懸臂及云臺設計。無人機殼體設計應對復雜地形及多變的天氣環境具有較強的適應性，提高機身流線型，降低飛行摩擦阻力，減少動力消耗，延長續航時間。無人機懸臂設計中，可以通過快速折疊鎖緊機構，解決懸臂高空震動的情況，避免折疊卡死的問題。無人機云臺是搭載攝影設備等任務荷載的支撐設備，通過云臺設計，優化設備搭載，實現無人機輕型化、模塊化設計，提高無人機靈活性。

（二）無人機巡檢搭載設備

根據架空輸電線路巡檢工作實際任務，設備無人機搭載設備，以確保巡檢任務的順利完成。

（1）高速成像模塊。無人機搭載設備中，高速成像模塊是實時記錄與傳統飛機高速移動中的高清視頻，在高速成像模塊中添加電子穩像技術、場景鎖定及目標跟蹤技術等，從而實現在惡劣天氣下獲取高清圖像的成果。在高速成像模塊中，通過增加畫中畫與字符疊加功能，能夠有效增強系統探測能力，簡化視頻跟蹤與處理。

（2）紅外、紫外成像傳感模塊。無人機搭載紅外熱像儀，可以通過紅外探測器與光學成像物鏡，獲取紅外熱像圖，檢查輸電線路熱斑情況，同時將熱圖像向一個或多個監控器中傳輸，對架空輸電線路巡檢中發現的不正常發熱現象進行檢測，提高對故障隱患檢測的準確性。無人機紫外線成像儀要求具有較高的靈敏度，能夠完成復雜地形環境下的靈活運用，準確獲取光子技術信息。同時在紫外線傳感模塊選擇中，還需要兼顧成本與開發周期要求。

（3）三維激光掃描模塊。在架空輸電線路巡檢中，三維激光掃描模塊能夠對桿塔進行全方位立體掃描，并確定其精準度的經緯度及高度位置，最終輸出全方位立體圖片，為架空輸電線路巡檢排障工作提供可靠依據。

三、架空輸電線路巡檢中無人機巡檢內容

（一）正常巡檢

正常巡檢是為保證架空輸電線路運行穩定，相關工作人員需要制定線路定期巡檢計劃，并按照巡檢計劃任務搭載相應的設備對架空輸電線路進行多項目巡檢作業。例如，可見光巡檢是為及時發現輸電線路各個部位外部存在的可見異常以及問題隱患;紅外測溫巡檢是對架空輸電線路中各個連接部位或者焊接部位異常發熱情況的檢測。

（二）故障巡檢

在架空輸電線路發生故障后，在故障原因、故障點位置等排查過程中，可根據保護動作信息，劃定故障點的可疑區段和位置。然后，在無人機上搭載相關的故障巡檢設備，有目的地對可疑區段進行故障排查。同時，在故障巡檢過程中，還需要根據架空輸電線路實際運行，合理擴大故障巡檢范圍，以加強對線路整體故障隱患的檢查。

（三）特殊巡檢

特殊巡檢是根據架空輸電線路運行及其外部環境的實際情況，進行的具有針對性的巡檢工作。主要包括以下幾個方面：第一，鳥害巡檢。大部分架空輸電線路架設途經山野，并且多為高塔架設，成為鳥類筑巢的絕佳位置。為避免鳥類筑巢對線路穩定運行造成影響，需要根據本地區鳥類筑巢及遷徙特征，在鳥類筑巢前期進行無人機巡檢驅逐鳥類，在筑巢后期進行鳥害巡檢，加強對鳥害區段線路運行的掌控。

第二，外破巡檢。當架空輸電線路通道其周邊區域內發生市政修路、挖取土方等外破因素，可能對線路運行造成干擾時，則需要利用無人機進行線路外破巡檢，加強對線路影像數據信息的掌握，有效預防外破隱患的發生。

第三，防山火巡檢。架空輸電線路通道中，可能存在較多的植被，導致其防山火壓力較大。根據當地環境特點以及森林火險等級，開展無人機全方位山區、森林區段線路的巡檢工作，確保能夠及時發現山火隱患，避免山火可能對線路穩定運行的危害。

第四，災后巡檢。架空輸電線路多在山野中架設，當發生山體滑坡、地震等災害后，人力往往難以第一時間到達災區深部開展線路檢修工作。因此，需要利用無人機搭載巡檢設備，及時獲取災后線路現場的視頻、圖頻等，從而第一時間掌握災后線路設備受損情況，為災后重建奠定基礎。

第五，樹竹巡檢。春夏季節，受樹竹快速生長的影響，架空輸電線路容易受到影響而產生樹竹放電跳閘故障。可利用無人機搭載激光雷達或測距巡檢設備，快速排查樹竹隱患，實時掌握線路運行環境。利用激光雷達巡檢設備，能夠對輸電線路及通道環境進行三維建模，從而提高巡檢人員環境評估和運維決策的準確性;激光測距主要測量樹障與線路之間的距離和交叉跨越距離，從而為后期線路通道治理及清障提供可靠依據。

第六，紅外巡檢。架空輸電線路運行中，由于運行時間過長、運行負荷壓力過大等因素而出現設備老化，異常發熱的現象，無人機搭載紅外成像儀進行紅外巡檢，能夠有效解決線路異常發熱存在的隱患問題，避免線路損壞導致事故發生。在無人機紅外巡檢中，有效解決了人工手持紅外測溫儀檢測的攜帶困難、測量難度大等問題，尤其是對惡劣條件以及高海拔等加快輸電線路的巡檢，能夠實現快速測量診斷，大幅提升了巡檢效率。

四、架空輸電線路巡檢中無人機巡檢安全要求

架空輸電線路無人機巡檢工作的有序開展，首要確保安全巡檢，充分考慮巡檢安全要求，保證輸電線路巡檢工作的安全可靠。

首先，巡檢工作盡可能選擇良好天氣進行。在雷電、雨雪、大風等惡劣天氣條件下，不具備無人機巡檢工作的外部環境，因而原則上是禁止無人機升空開展巡檢工作的。但如遇特殊情況需要在惡劣天氣下進行無人機巡檢，則需要根據實際情況制定完善的安全措施及緊急預案，經相關單位批準后方可進行。其次，確保無人機巡檢空域范圍的安全性。無人機巡檢中，需要注意避開存在火焰、爆破、無線電干擾等活動的空域。最后，保持安全距離。無人機巡檢工作中，為有效防止導線外電場、電暈放電對無人機飛行造成干擾而導致其墜機的情況產生，無人機巡檢作業與輸電線路及其設備之間的距離應當保持在合理范圍內，并且無人機應避免在線路之間或者線路正上方長時間飛行。

結語

維護架空輸電線路運行的穩定性，是保證供電系統運行安全可靠的重要前提。隨著無人機技術的快速發展，在架空輸電線路巡檢中運用無人機，能夠有效提高巡檢效率，提升巡檢工作精準性，降低巡檢難度，同時解放勞動力，進一步提高巡檢工作的經濟效益和社會效益。因此，無人機在架空輸電線路上具有廣闊的應用前景，不斷加強無人機技術應用與探究，完善無人機架空輸電線路巡檢工作體系，對于促進電力運行系統發展具有重要意義。

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作者簡介：田華貴（1994—?），男，回族，寧夏中衛人，本科，助理工程師，研究方向：輸電線路運行維護與檢修。