無(wú)人機(jī)輸電線路巡檢技術(shù)研究

王建灃 王春百 李衛(wèi)華

（華北電力大學(xué)，河北 保定 071000）

0 引言

近年，伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷不斷提升，電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。但目前輸電線路仍然以人工巡檢為主，效率低、局限性大、人員安全存在隱患，難以滿足輸電線路持續(xù)快速增長(zhǎng)的需求，因此，智能巡檢是未來(lái)電網(wǎng)檢修工作的發(fā)展方向和趨勢(shì)。無(wú)人機(jī)是智能巡檢的重要方式之一，電力行業(yè)各單位正在大力推廣和應(yīng)用。

1 無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)組成

電力巡檢無(wú)人機(jī)系統(tǒng)主要由飛控系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。

1.1 飛控系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)相當(dāng)于無(wú)人機(jī)的大腦，主要用于穩(wěn)定無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)， 實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)定位、懸停與自主飛行。多旋翼無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)主要由機(jī)載裝置和地面站構(gòu)成， 機(jī)載裝置中包含飛控處理單位、傳感器單元、電源系統(tǒng)和執(zhí)行模塊構(gòu)成。 機(jī)載裝置和地面站的交互通過(guò)無(wú)線通信單元實(shí)現(xiàn)。

1.2 動(dòng)力系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)可分為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種。 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型多用于多旋翼無(wú)人機(jī)，主要由無(wú)刷電機(jī)、電子調(diào)速器、電池和螺旋槳構(gòu)成，特點(diǎn)是方便靈活，便于操控，但續(xù)航時(shí)間短，適合精細(xì)化巡檢。內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)型主要用于固定翼無(wú)人機(jī)和直升機(jī)，特點(diǎn)是載重大，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，適合通道巡檢。

1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括：分幅式多光譜相機(jī)、激光抄數(shù)機(jī)、紅外線熱像儀、紫外成像儀檢測(cè)、慣性穩(wěn)定平臺(tái)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。用于獲取大量高精度航空激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)、高分辨率航空數(shù)字圖像、熱紅外圖像和電力線走廊紫外圖像。

2 無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)流程

為保證無(wú)人機(jī)巡檢安全有效地進(jìn)行， 需要按照五個(gè)步驟完成巡檢任務(wù)：（1）巡檢作業(yè)準(zhǔn)備；（2）空域申報(bào)；（3）巡檢任務(wù)執(zhí)行；（4）巡檢數(shù)據(jù)分析；（5）缺陷處理。

2.1 巡檢作業(yè)準(zhǔn)備

2.1.1 資料收集

巡檢作業(yè)前， 應(yīng)收集所需巡檢線路的設(shè)備信息、運(yùn)行信息以及地理環(huán)境、氣象等相關(guān)資料，便于及時(shí)掌握線路設(shè)備狀態(tài)和通道狀態(tài)。作業(yè)人員通過(guò)基礎(chǔ)資料（桿塔明細(xì)表或者線路專檔）查看所巡檢線路設(shè)備信息。作業(yè)人員查看巡檢線路區(qū)段的地理位置和周邊環(huán)境，通過(guò)地理信息系統(tǒng)定位巡檢線路區(qū)段，通過(guò)地圖查看具體所處位置和桿塔周圍的環(huán)境和巡檢線路區(qū)段所屬區(qū)域的氣象信息。

2.1.2 現(xiàn)場(chǎng)踏勘

根據(jù)資料查詢結(jié)果， 對(duì)于沿線輸電線路密集、交跨物多或者地形復(fù)雜的巡檢線路區(qū)段，應(yīng)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)勘察，勘察內(nèi)容主要有：（1）起降點(diǎn)選擇。 起降點(diǎn)四周應(yīng)空曠，航線范圍內(nèi)無(wú)超高物體（建筑物、高山等）；小型無(wú)人直升機(jī)的起降點(diǎn)面積要求： 至少2 m×2 m左右的平整地面。（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量交跨距離。利用激光測(cè)距儀測(cè)量上跨或下穿的電力線路、通信線、樹(shù)木等跨越物與被巡檢線路的距離。（3）填寫(xiě)現(xiàn)場(chǎng)勘察記錄。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查情況填寫(xiě)勘查記錄，繪制現(xiàn)場(chǎng)草圖，包括交跨位置、地形環(huán)境等。

2.1.3 巡檢工作票

為保證無(wú)人機(jī)巡檢的安全可靠，國(guó)網(wǎng)公司規(guī)定在開(kāi)展無(wú)人巡檢作業(yè)時(shí)要做好相應(yīng)的記錄，包括：巡檢工作票、現(xiàn)場(chǎng)勘察記錄單和無(wú)人機(jī)使用記錄單。 工作票主要用來(lái)確定工作負(fù)責(zé)人、工作人員、巡檢范圍和內(nèi)容、工作要求、工作措施、工作時(shí)間等。

2.2 空域申請(qǐng)與使用

2.2.1 任務(wù)審批

中國(guó)民用航空局于2013年11月6日發(fā)布《通用航空飛行任務(wù)審批與管理規(guī)定》（參作〔2013〕號(hào)），凡需審批的通用航空飛行任務(wù)，申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)至少提前13 個(gè)工作日向?qū)徟鷻C(jī)關(guān)提出申請(qǐng)，審批機(jī)關(guān)在收到申請(qǐng)后10 個(gè)工作日內(nèi)做出批準(zhǔn)或不批準(zhǔn)的決定，并通知申請(qǐng)人。對(duì)執(zhí)行處置突發(fā)事件、 緊急救援等任務(wù)臨時(shí)提出的通用航空飛行任務(wù)申請(qǐng)，審批機(jī)關(guān)應(yīng)當(dāng)及時(shí)予以審批。

2.2.2 空域?qū)徟?/p>

從事通用航空飛行活動(dòng)的單位和個(gè)人，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定向飛行管制部門申請(qǐng)使用機(jī)場(chǎng)的空域、航路和航路，經(jīng)批準(zhǔn)后方可實(shí)施。 各戰(zhàn)區(qū)空軍參謀部管制室辦理審批手續(xù)；主要申請(qǐng)內(nèi)容包括：（1）巡檢航線示意圖；（2）公司營(yíng)業(yè)執(zhí)照；（3）飛機(jī)機(jī)型信息表；（4）飛行人員執(zhí)照任務(wù)委托書(shū)；（5）任務(wù)申請(qǐng)書(shū)；（6）無(wú)人機(jī)飛行安全措施、緊急情況預(yù)案。

2.3 巡檢任務(wù)執(zhí)行

2.3.1 精細(xì)化巡檢

利用多旋翼無(wú)人機(jī)對(duì)輸電線路桿塔、 通道及其附屬設(shè)施進(jìn)行全方位、高效率的巡視，可以發(fā)現(xiàn)螺栓、銷釘?shù)冗@些無(wú)法通過(guò)人工地面巡視發(fā)現(xiàn)的缺陷的巡視作業(yè)。 巡檢主要對(duì)輸電線路桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子串、金具、通道環(huán)境、基礎(chǔ)、接地裝置、附屬設(shè)施等8大單元進(jìn)行檢查。巡檢時(shí)根據(jù)線路運(yùn)行和檢查要求，有選擇地配備相應(yīng)的檢查設(shè)備，進(jìn)行可見(jiàn)光檢查和紅外檢查項(xiàng)目?？梢?jiàn)光巡檢主要檢查內(nèi)容：導(dǎo)、地線（光纜）、絕緣子、金具、桿塔、基礎(chǔ)、附屬設(shè)施、通道走廊等外部可見(jiàn)異常情況和缺陷[1]。紅外巡檢主要檢查內(nèi)容：導(dǎo)線接續(xù)管、耐張管、跳線線夾及絕緣子等相關(guān)發(fā)熱異常情況。

2.3.2 通道巡檢

對(duì)線路通道、周邊環(huán)境、沿線交跨、施工作業(yè)等進(jìn)行檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和掌握線路通道環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。 線路通道環(huán)境巡視對(duì)象包括：建（構(gòu)）筑物、樹(shù)木（竹林）、施工作業(yè)、火災(zāi)、交叉跨越、防洪、排水、基礎(chǔ)保護(hù)設(shè)施、道路橋梁、污染源、自然災(zāi)害等[2]。

2.4 巡檢數(shù)據(jù)分析

巡檢數(shù)據(jù)分析的目的是利用無(wú)人機(jī)采集的圖像和視頻數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)備缺陷。

（1）線路設(shè)備本體缺陷：組成線路本體的構(gòu)件、附件、零部件，包括基礎(chǔ)、桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子、金具、接地裝置等本身的缺陷。

（2）附屬設(shè)施缺陷：指附加在線路本體上的各類標(biāo)志牌、警告牌及各種技術(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備、避雷器等出現(xiàn)的缺陷。

（3）外部缺陷（隱患）：指外部環(huán)境變化對(duì)線路安全運(yùn)行已構(gòu)成某種潛在性威脅的情況（如在保護(hù)區(qū)內(nèi)新建房屋、植樹(shù)竹、堆物、取土、線下施工車輛作業(yè)等對(duì)線路造成的影響）。

（4）線路通道內(nèi)導(dǎo)線對(duì)建筑物、樹(shù)竹等交叉跨越距離不滿足。線路保護(hù)區(qū)內(nèi)有礦區(qū)，修建交通設(shè)施、建筑物等有高大施工機(jī)具和焚燒現(xiàn)象。

（5）固定翼無(wú)人機(jī)具有航速高、覆蓋范圍大、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，適合應(yīng)用于災(zāi)后線路走廊的大范圍普查。 通過(guò)利用固定翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行災(zāi)后勘查，可在短時(shí)間內(nèi)整體掌握線路的整體損失情況，為應(yīng)急決策提供初步依據(jù)[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)幅員遼闊，地理環(huán)境復(fù)雜，山區(qū)、溝壑、丘陵較多，對(duì)線路巡檢工作造成很大困難。 傳統(tǒng)人工巡檢方式已不能滿足電力發(fā)展需要，因此，采用無(wú)人機(jī)職能巡檢可有效提高檢測(cè)效率，節(jié)省大量人力、物力，提高工作人員安全系數(shù)，也能在一定程度上降低電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)成本和故障率，促進(jìn)電網(wǎng)完全穩(wěn)定運(yùn)行。