飛行器電力巡檢探討

姜薈叢

（西北工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710072）

0 引言

近年來，我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展對我國電力工業(yè)提出了越來越高的要求。為了安全、可靠的供電，巡線維護自動化和現(xiàn)代化已日益顯示出其迫切性。 傳統(tǒng)的人工巡檢方法工作量大、條件艱苦，特別是對于山區(qū)和大江大河的輸電線路巡檢存在很大困難，甚至一些巡檢項目靠常規(guī)方法是難以完成的。

截至2011年我國220 kV以上輸電線路已達到48萬km，500 kV線路已成為各大電力系統(tǒng)的骨架和跨省區(qū)的聯(lián)絡(luò)線，國家電網(wǎng)公司在“十二五”規(guī)劃中提出，今后我國將建設(shè)聯(lián)接大型能源基地與主要負荷中心的“三縱三橫”特高壓骨干網(wǎng)架和13項直流輸電工程（其中特高壓直流10項），形成大規(guī)?！拔麟姈|送”、“北電南送”的能源配置格局，面對如此龐大的輸電網(wǎng)絡(luò)，要完成高效率的輸電線路的巡檢任務(wù)，單單依靠常規(guī)的人工徒步巡檢已很難適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)代化要求，利用飛行器進行線路巡檢已成為國內(nèi)外電網(wǎng)運維單位的共識。

1 國內(nèi)外飛行器電力應(yīng)用現(xiàn)狀

歐美各國在20世紀(jì)50年代開始研究并使用直升機完成巡線、帶電作業(yè)和線路施工［1-3］，20世紀(jì)80年代開始，我國也開始研究利用直升機巡線的技術(shù)［4-7］，近年來，我國在有人飛機巡線和無人飛機巡線方面進行了較為廣泛的研究，并取得了長足的進步。在國內(nèi)最早進行直升機工程應(yīng)用的單位是國家電網(wǎng)通用航空有限公司，公司成立十年來，已具有美國貝爾206B3型、206L-4型、407型、法國歐直EC-120B型等系列航空器，年均飛行500 h/架，是目前中國通用航空業(yè)最大的直升機電力作業(yè)專業(yè)公司。其在直升機巡航作業(yè)、帶電水沖洗絕緣子、帶電檢修、展放導(dǎo)引繩、3D激光掃描和高海拔作業(yè)等方面已積累了豐富的經(jīng)驗。近年浙江電力公司在直升機電力巡線檢測設(shè)備方面進行了大量的工作，取得了一定的成績。但由于直升機應(yīng)用成本高、投資大，同時也存在一定的作業(yè)風(fēng)險，現(xiàn)在國內(nèi)擁有直升機實用化電力作業(yè)能力的單位為數(shù)不多。近年來英國、德國、澳大利亞、西班牙和日本先后開展了無人直升機電力巡檢的相關(guān)技術(shù)研究，由于各種原因，現(xiàn)在主要還是處于實驗室水平，并未應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。 國內(nèi)主要有山東電力、福建電力、遼寧電力、安徽電力、四川電力等系統(tǒng)內(nèi)單位從事相關(guān)科研項目的研究，相關(guān)媒體也先后進行了上述幾家公司應(yīng)用無人機進行電力巡檢的報道。 其中山東公司是最早進行無人機電力巡檢研究的單位之一，山東公司現(xiàn)在主要擁有包括無人直升機和固定翼無人機等多種機型，已實現(xiàn)無人機輸電線路常態(tài)化巡檢。福建公司先后采用了100 kg級和450 kg級無人直升機開發(fā)巡檢系統(tǒng)，以增加續(xù)航時間和抗風(fēng)能力，安徽公司主要在無人機直升機檢測設(shè)備方面進行了相關(guān)的研究。

2 飛行器在電力行業(yè)的應(yīng)用分析

飛行器按照不同的控制方式，可分為有人飛行器和無人飛行器，有人飛行器一般體積較大，其載重能力一般都大于100 kg，對駕駛?cè)藛T也有一定的要求，需考取專業(yè)的駕駛執(zhí)照。無人飛行器大小不等，小的無人飛行器重量可小于1 kg，大的飛行器重量可以噸計。不論對于哪種飛行器，通過搭載不同的檢測設(shè)備，可分別執(zhí)行不同的巡檢任務(wù)。

直升機巡視技術(shù)。直升機巡視高壓輸電線路是指直升機裝備陀螺穩(wěn)定的紅外熱成像儀與可見光檢測儀對線路進行檢查，機上的GPS定位儀可以對航行路線精確導(dǎo)航，它具有高效、不受地域影響、可靠等優(yōu)點。 紅外成像檢查是利用紅外熱像儀對線路上的導(dǎo)線接續(xù)管、耐張管、跳線線夾、導(dǎo)地線線夾、金具、絕緣子等進行拍攝，分析數(shù)據(jù)，判斷其是否正常，同時進行全程紅外跟蹤錄像。可見光檢查是在航巡中運用望遠鏡、照相機、機載可見光鏡頭跟蹤記錄導(dǎo)地線、桿塔、金具、絕緣子等部件的運行狀態(tài)、線路走廊內(nèi)的樹木生長、地理環(huán)境、交叉跨越等情況，同時進行全程跟蹤錄像。

直升機巡視作業(yè)基本要求。 一是直升機由一名飛行員駕駛，兩名航巡員操作巡視設(shè)備。二是為更好地觀察銷釘類的微小缺陷，每次巡視將直升機在塔頭懸停時間為2～3 min，對于500 kV輸電線路，采取在線路單側(cè)巡視方式，即在線路一側(cè)巡視時檢查鐵塔三相導(dǎo)地線及金具，巡線時直升機與500 kV交流線路安全距離保持在15～20 m；與±660 kV直流線路安全距離保持在20～25 m。作業(yè)速度保持在12 km/h左右。三是一名航巡員用機載紅外熱成像儀對線路導(dǎo)地線、間隔棒、接續(xù)管進行檢測并錄像，另一名航巡員用可見光攝像儀進行觀察并錄像，發(fā)現(xiàn)問題后，用望遠鏡進行詳細檢查、拍照。四是檢查鐵塔時飛機在鐵塔斜側(cè)上方懸停，兩名航巡員同時對鐵塔、絕緣子、金具等進行檢查、錄像。

2011年山東電力首次將直升機巡視技術(shù)引入山東電網(wǎng)，全年直升機巡視線路2 097 km，巡航里程5 000余公里，發(fā)現(xiàn)缺陷153項，其中31項是地面巡視難以發(fā)現(xiàn)的缺陷、6項屬危急缺陷。但是，目前直升機巡視技術(shù)受惡劣天氣和國家航空管制影響較大，其規(guī)?；瘧?yīng)用仍然受到一定的限制。在國家電網(wǎng)公司“十二五”規(guī)劃里，已明確提出加快國網(wǎng)通航公司發(fā)展，進一步擴大直升機業(yè)務(wù)范圍，建設(shè)直升機維修保養(yǎng)中心、人才培訓(xùn)中心、技術(shù)研發(fā)中心、應(yīng)急搶險中心和直升機電力作業(yè)中心五大中心；直升機業(yè)務(wù)范圍擴大到電網(wǎng)運行維護、建設(shè)施工、勘察設(shè)計、應(yīng)急搶險、科學(xué)試驗、客貨運輸六大領(lǐng)域；建設(shè)覆蓋全國的華北（北京）基地、華中（湖北沙市）基地、西北（蘭州）基地、華東（南京）基地、四川（成都）基地、福建（福州）基地、東北（沈陽）基地等七大作業(yè)基地，在未來5年里直升機在電力行業(yè)的應(yīng)用將越來越廣泛。

無人機巡檢技術(shù)。無人機按照不同的結(jié)構(gòu)可分為無人直升機和無人定翼機。 無人直升機具有起降靈活，可自由懸停等諸多優(yōu)點，但現(xiàn)階段國內(nèi)大載荷無人直升機技術(shù)還不成熟，國外成熟產(chǎn)品又處于對華禁售的狀態(tài)，無人直升機要進行長航時、長航程的輸電線路巡查還存在技術(shù)難度。 無人定翼機則具有飛行速度快，巡航半徑大，滯空時間長等優(yōu)點，但無法實現(xiàn)懸停。根據(jù)各自的特點，無人直升機可實現(xiàn)對特定目標(biāo)的精細巡查，定翼無人機可實現(xiàn)對輸電線路走廊的整體普查。

無人機巡檢系統(tǒng)主要有無人機平臺、檢測系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)等部分組成［8-9］。無人機平臺負責(zé)執(zhí)行飛行巡檢任務(wù)，機上搭載飛行控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對無人機平臺的實時控制，無人機位置信息主要依靠GPS/北斗定位系統(tǒng)獲得。 檢測系統(tǒng)則可以根據(jù)飛行平臺的載重能力靈活配置，主要包括光電吊艙、可見光檢測設(shè)備、紫外檢測設(shè)備、紅外檢測設(shè)備等，對于小型的飛行平臺也可選擇單次搭載單個檢測設(shè)備的方式，分批次完成不同的巡檢任務(wù)。 無線通訊系統(tǒng)是負責(zé)地面控制站與無人機平臺交互的媒介，其主要實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息以及實時圖像的傳輸，為保證無人機平臺的飛行安全性，無線通訊系統(tǒng)需實時暢通。地面控制系統(tǒng)主要是接收無人機飛行平臺運行狀態(tài)參數(shù)，發(fā)送控制指令，集中顯示實時圖像等。

無人機巡檢相比人工徒步巡視具有效率高、檢測精度高等優(yōu)點；飛行平臺相比直升機成熟度還不高，但其具有使用成本低、操作簡單等優(yōu)點。在國網(wǎng)公司的“十二五”生產(chǎn)規(guī)劃中也明確指出：“到2015年，在特高壓線路、跨區(qū)長距離輸電線路、主干線路以及人工巡檢無法到達地區(qū)推廣應(yīng)用直升機、無人機、機器人巡線等智能巡檢，顯著提高輸電線路安全運行可控、能控、在控水平?！睙o人機巡檢將逐漸成為現(xiàn)有人工巡檢和直升機巡檢的有益補充，在生產(chǎn)實際中會發(fā)揮越來越大的作用。7月26日，在山東省濰坊市壽光侯鎮(zhèn)，一架無人直升機開始對220kV壽海線進行智能巡檢。這是山東電力集團公司電力科學(xué)研究院研制的“智能巡線千里眼”無人直升機智能巡檢系統(tǒng)常規(guī)飛行巡檢的第一步，標(biāo)志著山東電力在全國率先實現(xiàn)了將無人機巡線納入線路巡檢常態(tài)化應(yīng)用。

飛行器除了在電力巡檢方面的應(yīng)用外，也可廣泛應(yīng)用于其他的電力作業(yè)。 對于大載荷直升機可進行相關(guān)輸電線路建設(shè)塔材吊裝等工作，對于無人機飛行器可進行電力災(zāi)后巡查，應(yīng)急評估等工作。

2011年5月在海拔2 800多米的青海格爾木，一架卡-32型直升機成功吊起2.2 t的鐵塔材料，穩(wěn)穩(wěn)放在鐵塔底座，順利組立起了一座電力鐵塔，從起吊到工作結(jié)束只用了13 min。在汶川地震后，無人機對災(zāi)區(qū)實施了航拍，在抗震救災(zāi)中發(fā)揮了重要作用。

3 結(jié)語

本文介紹了飛行器在電力行業(yè)的應(yīng)用，包括電力巡檢和電力作業(yè)等。 根據(jù)不同飛行器的特點可分別執(zhí)行不同的巡檢任務(wù)。隨著研究的不斷深入，各種飛行器的潛能將不斷被挖掘，在不久的將來，在電力巡檢和作業(yè)現(xiàn)場我們會越來越多的看到直升機、無人直升機和無人定翼的身影。各種飛行器在電力行業(yè)的應(yīng)用研究也將為其在國民經(jīng)濟其他領(lǐng)域應(yīng)用做打下一個良好的基礎(chǔ)。