基于航拍飛行器巡檢高壓架空線纜故障的應用與分析

黃冬

摘 要：高壓架空輸電線路對電力系統(tǒng)的安全運行的穩(wěn)定性有著重要的影響，將航拍飛行器的技術應用在輸電線路的故障巡檢中，能夠高效、安全地檢查輸電線路中存在的故障問題，以便及時進行搶修。保證電力系統(tǒng)正常運行。文章對航拍飛行器技術進行概述，分析了航拍飛行器在高壓架空輸電線路故障巡檢的應用。

關鍵詞：航拍飛行器；輸電線路；巡檢

1 項目簡述

1.1 項目背景

隨著國內電網規(guī)模不斷擴大，長距離輸電線路，高壓架空輸電線路的巡檢工作保障電網的安全、穩(wěn)定、高效的運行。高壓架空輸電線路一般要跨各個區(qū)域分布，所在地形環(huán)境比較復雜惡劣，輸電線路設備長期暴露在戶外，導線、避雷線、絕緣子、金具在長時間運行后，由于各種力的長期作用，產生倒塔、磨損、斷股、銹蝕、過熱等情況，絕緣子還存在被雷擊損壞、樹枝引起高壓放油以及絕緣老化而導致輸電線路事故，桿塔存在被偷盜等意外情況，必須及時處理這些情況。傳統(tǒng)依靠人工逐基桿塔巡檢的作業(yè)方式，巡檢工作量大、復雜的地理環(huán)境影響著巡檢人員生命安全、落后的人工巡檢方式消耗了大量的人力和物力，導致有些更多深入的工作無法進行巡檢。

所以，電纜的安全穩(wěn)定和電纜故障的迅速排查極其重要，故障點的快速、準確定位可以大大縮短故障修復的時間，減少因停電造成的損失，提高系統(tǒng)運行的可靠性，具有重大的社會和經濟效益。

1.2 項目研究目的與意義

1.2.1 項目研究目的

本項目研究旨在通過航拍飛行器利用一個四軸的飛行器搭載一個攝像的設備，加上一個圖傳系統(tǒng)可快速實現(xiàn)架空電線纜故障的監(jiān)控與排查，準確判斷出線纜故障點具體位置并及時處理，保證電力電纜的安全可靠的運行。

1.2.2 項目研究意義

隨著國內電網規(guī)模不斷擴大，長距離輸電線路，高壓架空輸電線路的巡檢工作保障電網的安全、穩(wěn)定、高效的運行。高壓架空輸電線路一般要跨各個區(qū)域分布，所在地形環(huán)境比較復雜惡劣，輸電線路設備長期暴露在戶外，導線、避雷線、絕緣子、金具在長時間運行后，由于各種力的長期作用，產生倒塔、磨損、斷股、銹蝕、過熱等情況，絕緣子還存在被雷擊損壞、樹枝引起高壓放油以及絕緣老化而導致輸電線路事故，桿塔存在被偷盜等意外情況，必須及時處理這些情況。傳統(tǒng)依靠人工逐基桿塔巡檢的作業(yè)方式，巡檢工作量大、復雜的地理環(huán)境影響著巡檢人員生命安全、落后的人工巡檢方式消耗了大量的人力和物力，導致有些更多深入的工作無法進行巡檢。

通過采用航拍飛行器巡線，智能高效，省時省力。

航拍飛行器用作超高壓輸電線路巡檢工作，通過將微小型攝像機、照相機組裝在航拍飛行器的底部支架處。飛行過程中對導線及桿塔進行巡檢時，單人操作飛行器，進行全線拍攝或懸?？罩袑χ攸c部位、已發(fā)現(xiàn)的缺陷進行拍照取樣，通過放大影像分析缺陷成因和制定檢修方案?？梢钥焖俜治鲎R別桿塔倒塌、傾斜、線路斷線、絕緣子脫落、樹林碰線等問題。航拍飛行器巡檢相比以往的人工巡檢更為安全、速度更快、檢測沒有角度限制。

1.3 國內外研究水平綜述

目前國內外使用的檢查線纜的方法有：電纜短路速查法、直流沖擊法（沖擊閃絡法）、跨步電壓法、音頻信號法。傳統(tǒng)的檢測手段雖然能查找出大部分的電纜故障，但由于其檢測工序復雜、速度慢且對實際施作經驗要求較高，越來越受到電力工作者的詬病。

使用航拍飛行器排查線纜故障，其操作簡便，初學者也能輕易上手，因此定能受到市場的歡迎。項目使用航拍飛行器排查線纜具有突出的新穎性，且使用方法和運行經驗可作為推廣依據。

1.4 傳統(tǒng)方法與不足

傳統(tǒng)巡檢方法主要為人工巡檢，依靠人工逐基桿塔巡檢的作業(yè)方式，巡檢工作量大、復雜的地理環(huán)境影響著巡檢人員生命安全。

傳統(tǒng)的人工巡檢方式所需時間比較長、人力成本高，巡檢效率比較低。

1.5 本項目研究內容

高壓架空線路故障的巡檢是一項非常詳實精細的工作，需要能夠發(fā)現(xiàn)并識別導線上的斷股、雷擊痕跡、異物；線夾有無松脫發(fā)熱；絕緣子閃絡、污穢等問題。

航拍飛行器巡檢工作是通過操控航拍飛行器低空巡檢線路。能顯現(xiàn)出肉眼所難以發(fā)現(xiàn)的、處于萌芽狀態(tài)的隱患的攝影、圖片。

整個作業(yè)流程可分為二個步驟完成：

長距離線路普通巡檢

短距離線路詳細巡檢

前者主要是通過攝像機設備來檢查線路有否異常點，后者則利用飛行器在異常點上空多個角度的傾斜拍攝，以便管理部門做出決策。

2 航拍飛行器巡檢高壓架空線纜故障的應用

2.1 作業(yè)要求

使用航拍飛行器巡檢需要確認被巡檢線路的走向，設定好飛行時間距離，拍攝時確保機體穩(wěn)定和攝像防抖設備；快速對焦成像攝像器材。

2.2 作業(yè)特點

航拍飛行器能拍攝最清晰的設備狀態(tài)照片且成本低廉，能精準拍攝標識物，獲取狀態(tài)照片，作業(yè)時需要單人操控飛行器且作業(yè)時不存在人身安全事故隱患。

2.3 作業(yè)功能

航拍飛行器通過遠距離線路普通巡檢，能夠發(fā)現(xiàn)較明顯架空線路設備缺陷以排查設備及隱患。發(fā)生輸電線路事故后可以快速進行緊急特巡。攜帶攝像裝備可以進行遠程拍攝，對輸電線路及其線路走廊自主巡檢、巡檢圖像和數(shù)據進行存儲與遠程無線傳輸。

2.4 巡檢方法及要點

2.4.1 正常巡視

正常巡視分為快速巡視和精細巡視兩種類型。

快速巡視主要巡視架空線路線行、桿塔本體及基礎情況。

拍攝要求：（1）將飛行器升至架空地線以上，攝像頭往下調整，拍攝整基桿塔全塔圖，至少拍攝一張照片；（2）拍攝完塔頭照片后，原位調整攝像頭角度，俯視拍攝桿塔基礎情況，至少拍攝一張相片；（3）按照登塔檢查線行的高度，分別在線路外兩側向桿塔的大、小號側拍攝線路相片，每側大小號側至少拍攝一張照片。

精細巡視：飛行器利用可見光設備對線路和桿（塔）元件進行懸停檢查的作業(yè)。適用于在首次開展無人機巡視的線路、存在缺陷或異常的線路以及按照周期需要開展精細化巡視的線路。

拍攝要求：（1）針對基礎、地面：飛行器需離線路桿塔以外，缺陷附近樹木、障礙物最高點2m以上，至少選擇2個不同方向進行拍攝，每個方向拍攝照片不低于三張。（2）針對桿塔橫擔，線路金具： 每個角度拍攝照片不低于三張。（3）針對交叉跨越：拍攝照片不低于一張。

2.4.2 特殊巡視

故障巡視是當線路發(fā)生故障或缺陷后，根據需要派出飛行器對可能發(fā)生故障或缺陷的線路區(qū)段和部位進行精細檢查、查找的作業(yè)。

拍攝要求：（1）查找雷擊故障點：飛行器需水平垂直正對、左右斜45°角面對進行拍攝，每個角度每次拍攝照片不低于三張。（2）外力破壞：針對導線損傷類，無人機需拍攝低于平視角45°角（俯視）、平視角、高于平視角15°（仰視）三個角度進行拍攝，每個角度拍攝照片不低于三張。（3）樹障：飛行器與導線高度持平，分別在樹障點沿線路兩側向桿塔側拍攝線路相片。兩側拍攝后，如需在相間拍攝，需將飛行器往下降，落低至底相導線3m后，飛入導線中央，隨后進行拍攝。每側至少拍攝三張照片，另外飛行器必須保持平視角拍攝，拍攝時水平方向盡可能靠近樹障點。

2.5 實際巡線解決方案

在實際巡線巡檢過程中，一整套航拍飛行器系統(tǒng)可以判別各種輸電線路缺陷問題。比如可以識別架空輸電線路的基礎、塔體、絕緣子、防震錘、耐張線夾、支架、導線、懸垂線夾等容易發(fā)生事故的關鍵部位，也可判別人為設備、偷竊、樹木放電、雷擊、污染、霧氣等影響輸電線路造成線路性能下降的問題。

將微小型攝像機和照相機安裝在航拍飛行器底部支架處，拍攝導線及絕緣子串。該方案需單人操作飛行器，拍攝完后可整理視頻和照片。但由于飛行器飛行過程存在抖動，影響攝像對焦不準的情況，雖然可以進行快速分析識別桿塔倒塌、傾斜、線路斷線、絕緣子脫落、樹林碰線等現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)可疑區(qū)段可懸?；蛘邅砘仫w行細查；實時監(jiān)視和錄像可同時進行，還可進行高清晰度的攝像，飛機飛回后進行圖片分析。但對于常規(guī)的污閃、線路發(fā)熱、絕緣子開列老化等問題還不能識別，需要進一步研究更好的方法。

2.6 作業(yè)安全注意事項

2.6.1 飛行前后

（1）起飛前先啟動遙控器，再啟動飛行器。降落后先關閉飛行器，再關閉遙控器。嚴禁以上順序逆轉進行。（2）起飛前必須保證飛行器與飛手保持至少5m距離，飛手操作過程中嚴禁人群站立在飛手兩肩平行線前方。（3）在飛行過程中，切勿停止電機，否則飛行器將會墜毀，除非發(fā)生特殊情況（如飛行器可能撞上人群），需要緊急停止電機以最大程度減少傷害。

2.6.2 指南針校準

（1）指南針校準非常重要，校準結果直接影響飛行安全性。未校準可能導致飛行器工作異常，指南針錯誤時無法執(zhí)行返航功能。（2）請勿在有鐵磁性物質的區(qū)域校準，如大塊金屬、磁礦、停車場、橋洞、帶有地下鋼筋的建筑區(qū)域等。（3）校準時切勿隨身攜帶鐵磁物質，如鑰匙、手機等。（4）如果校準后機尾LED指示燈顯示紅色常亮，則表示校準失敗。請重新校準指南針。（5）校準成功后放在地面上，出現(xiàn)指南針異常，很有可能是因為地面上有鋼筋，屆時飛手將飛行器更換位置查看異常是否清除。（6）遇到以下情況，請進行指南針校準：a.指南針讀數(shù)異常并且飛行器狀態(tài)指示燈紅黃交替閃爍。b.在新的飛行場所飛行。c.飛行器的結構有更改，如指南針的安裝位置有更改。d.飛行器飛行時嚴重漂移。

2.6.3 作業(yè)過程

（1）巡視作業(yè)時，若需要跨越桿（塔）檢查，必須將飛行器升高。從桿（塔）上側通過后下降進行作業(yè)。嚴禁采用直接從底相、相間、跳線間空隙通過等危及無人機安全的行為。（2）嚴禁飛行器在變電站（所）、電廠上空穿越。（3）飛行器嚴禁在兩回線路交叉跨越中間的飛行。（4）當飛行器懸停巡視時，應頂風懸停；若對飛行器姿態(tài)進行調整時，監(jiān)護人員要提醒飛行器操作員注意線路周圍的障礙物。（5）巡視作業(yè)時，飛行器操作員必須始終能看到作業(yè)線路，并清楚線路的走向，飛行器與桿（塔）元件、導線的距離嚴禁小于2m。（6）需要在雙回路桿（塔）中間進行樹木距離排查的作業(yè)，飛行器必須在雙回路桿（塔）中間選點進行起飛作業(yè)，嚴禁在線行外選點進行起飛作業(yè)。（7）飛行器懸停作業(yè)時，嚴禁進入線路內側進行懸停作業(yè)，包括導線與桿（塔）之間，水平排列單回直線桿（塔）中相內側、三角形排列單回直線桿（塔）中相內側。（8）如遭遇危險情況操作人員應冷靜并服從監(jiān)護人員的指揮。

3 總結與展望

3.1 本項目主要研究結論

本文提出一種基于航拍飛行器巡檢高壓架空線路，通過相關的數(shù)據和圖像資料能夠發(fā)現(xiàn)較明顯架空線路設備缺陷以排查設備及隱患。航拍飛行器巡檢技術可以起到非常重要的作用，電力部門巡檢人員可以清楚判斷線路重要部件是否存在損壞等問題，保證輸電線路的安全，保障居民的用電。開展輸電線路巡檢，準確定位桿塔、線路故障，且視角更廣，能避免“盲點”。航拍飛行器巡檢提高了電力維護和檢修的速度和效率。一定程度上說明航拍飛行器巡檢高壓架空線路具有可行性和可靠性。

3.2 展望與建議

隨著航拍飛行器續(xù)航時間的進步，飛行器載荷的增加，越來越能夠搭載更多高科尖的科技設備，用以獲取更加有效的巡檢數(shù)據，減少更多的人工，提高更多的效率，在巡查中能夠發(fā)現(xiàn)更多的問題，防患于未然。總之，航拍飛行器巡檢方式是未來輸電線路運維工作的發(fā)展趨勢，隨著低碳和環(huán)保理念的不斷深入人心，依托航拍飛行器自主巡檢技術，既可以改變輸電線路巡檢傳統(tǒng)模式，真正做到零排放，又可以極大解放勞動生產力。期望在不久的將來，航拍飛行器巡檢作業(yè)將在全國各地普及，完全代替人工巡檢。

參考文獻

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