電力輸電線路巡檢中無人機(jī)技術(shù)的運(yùn)用

田河 鄺凡 巫偉中 韋海坤 徐力斌

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)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(shè)備的完好性，然后使用無人機(jī)的攝影問題排查技術(shù)，電力系統(tǒng)輸電線路的相關(guān)工作人員可以快速、準(zhǔn)確地獲取高質(zhì)量、高分辨率的周圍地理環(huán)境的相關(guān)信息，無人機(jī)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(huán)境形成清晰的認(rèn)識。從而可以確保輸電線路的完好性，進(jìn)而可以提升整個運(yùn)維組織的辦事效率，在本篇論文中將會深入理解無人機(jī)的各種使用技能和運(yùn)用方式。

2 在電力輸電線路巡檢中無人機(jī)的應(yīng)用概述

2.1 無人機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢

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

（2）使用這種技術(shù)，可以減少傳統(tǒng)的登高作業(yè)方式，與此同時電力員工可以通過無人機(jī)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(diǎn)，為后續(xù)故障檢修提供參考和借鑒；

（3）在一些比較不方便作業(yè)的區(qū)域，使用這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地找到故障，并快速查找高壓輸電線路故障點(diǎn)，為后續(xù)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(jìn)行局放檢測時，可以大大降低工人的工作強(qiáng)度，具有非常明顯的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 輸電線路巡檢方法

目前使用最多的運(yùn)維手段主要有：人工的日常運(yùn)維，使用機(jī)器人進(jìn)行線路檢查，還有使用載人直升機(jī)進(jìn)行檢查和使用一些無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行日常的運(yùn)維。隨著電力線路的大力建設(shè)，普通的人工巡檢方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在的巡檢需求了，所以后面引入了無人機(jī)進(jìn)行線路巡查檢驗(yàn)，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(yè)中的大量投入。使用載人直升機(jī)主要也是運(yùn)用一些成像技術(shù)，使用這種技術(shù)可以清晰地拍出線路的圖像，但是這種方式的成本實(shí)在太高，還存在管理與技術(shù)復(fù)雜性高、綜合性高的特點(diǎn)，因此適用范圍較小。此外，無人機(jī)巡檢方式具有成本低、操作簡便等特點(diǎn)，在電力企業(yè)的線路巡檢工作中發(fā)揮著重要的作用。

3 無人機(jī)巡檢系統(tǒng)及運(yùn)行

3.1 無人機(jī)巡檢內(nèi)容

一是正常巡檢。根據(jù)架空輸電線路實(shí)際巡檢需要，進(jìn)行周期巡檢，且巡檢設(shè)備無需全部裝備，而是有選擇性地搭載巡檢設(shè)備，并進(jìn)行可見光和紅外測溫等項(xiàng)目的巡檢作業(yè)。其中可見光巡檢作業(yè)主要是對線路中的導(dǎo)線、絕緣子串、固定螺栓、通道環(huán)境、附屬設(shè)施等外部的、易見的異常情況進(jìn)行檢查。紅外測溫巡檢作業(yè)的對象主要是導(dǎo)線壓接管、導(dǎo)線線夾、絕緣子等具有連接或焊接部位的發(fā)熱異常情況。二是故障巡檢。故障巡檢是在架空輸電線路發(fā)生故障后，利用無人機(jī)搭載的故障巡檢設(shè)備，對可疑區(qū)段線路進(jìn)行全方位故障巡查，從而快速、準(zhǔn)確地排查出故障原因和故障點(diǎn)，并據(jù)此執(zhí)行保護(hù)動作。在工程實(shí)際中，還可以根據(jù)輸電線路的實(shí)際運(yùn)行狀況來擴(kuò)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(jī)巡檢系統(tǒng)

無人機(jī)巡檢系統(tǒng)包括無人機(jī)、通信設(shè)備、機(jī)載設(shè)備和地面站四大子系統(tǒng)，其中各部分之間具有功能的獨(dú)立性和相關(guān)性。具體而言，在機(jī)體上裝配相機(jī)或攝影機(jī)，并通過與地面站之間建立遙控指令，可以對電網(wǎng)輸電線路中的重點(diǎn)部位進(jìn)行有針對性的拍照取樣。無人機(jī)地機(jī)載設(shè)備是其獲取輸電線路圖像信息的重要工具。其中無人機(jī)的規(guī)模可以根據(jù)任務(wù)量以及任務(wù)要求合理選擇，主要包括大型旋翼無人機(jī)、中型旋翼無人機(jī)和小型旋翼無人機(jī)。其中供電系統(tǒng)作為無人機(jī)工作的主要動力來源，對于保證巡檢工作的正常運(yùn)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(jī)巡檢時間，提高工作效率，還可采用無線供電，包括感應(yīng)耦合式、微波式、激光式和超聲波式。

通信設(shè)備起到了聯(lián)系無人機(jī)系統(tǒng)與地面工作站的重要作用，將無人機(jī)系統(tǒng)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(zhuǎn)送給無人機(jī)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)的遙測、通信、采集定位的有效協(xié)調(diào)，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(dǎo)航、巡線、避障等工作；由于無人機(jī)線路巡檢工作涉及到的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)，及時而準(zhǔn)確地傳輸?shù)降孛嫘畔⑻幚碇行?，以此來提高?shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率，進(jìn)而提高無人機(jī)線路巡檢質(zhì)量。

3.3 無人機(jī)操作注意事項(xiàng)

應(yīng)用無人機(jī)設(shè)備開展架空輸電線路巡查時，由于無人機(jī)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(jī)的飛行狀況做出嚴(yán)格要求，以其中的起飛高度為例，需要在無人機(jī)起飛以開展工作之前對巡檢區(qū)域較高障礙物的高度進(jìn)行調(diào)查。無人機(jī)設(shè)備的飛行高度必須嚴(yán)格控制在高于障礙物 2.5-5m 處。為保證無人機(jī)設(shè)備操作的合理性，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，巡檢操作人員需提高對無人機(jī)與相關(guān)設(shè)備的使用熟練程度與操作的準(zhǔn)確度。熟讀設(shè)備操作手冊，牢記相關(guān)參數(shù)，掌握操作技巧。此外，在無人機(jī)正式巡檢前，還有一項(xiàng)重要的準(zhǔn)備工作，即對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，對其中如飛行高度、返航點(diǎn)和電量警報等重要的參數(shù)項(xiàng)需要實(shí)時監(jiān)測和有效控制。

4 無人機(jī)在電力系統(tǒng)輸電線路巡檢中的應(yīng)用

4.1 電力系統(tǒng)輸電線路巡檢面臨的問題

在電力系統(tǒng)輸電線路巡檢工作中，相關(guān)的技術(shù)人員是主要的操作者，技術(shù)人員的專業(yè)技術(shù)直接影響到電力系統(tǒng)輸電線路巡檢的安全性和穩(wěn)定性。而一些技術(shù)人員不具有足夠的專業(yè)素養(yǎng)，不注重自身綜合素質(zhì)的提升，極大的限制了電力系統(tǒng)輸電線路巡檢效率和質(zhì)量。比如，有些地方就實(shí)現(xiàn)了從“雙腳丈量”到“科技巡檢”。去年開始，廣東供電公司輸電運(yùn)檢中心開始使用無人機(jī)對線路實(shí)施無人機(jī)精細(xì)化巡視，徹底結(jié)束了翻山越嶺巡檢電路的歷史。2020年，某供電公司從無人機(jī)出入庫、充放電、維修和應(yīng)用管理等方面建立出入庫系統(tǒng)，規(guī)范17 架各類型無人機(jī)管理，保證所有無人機(jī)始終處于“待命”狀態(tài)。不定期開展無人機(jī)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，健全無人機(jī)工作機(jī)制。截至去年底，廣東供電公司輸電運(yùn)檢中心已應(yīng)用無人機(jī)在線路驗(yàn)收、故障巡視、現(xiàn)場勘察、輔助帶點(diǎn)作業(yè)等領(lǐng)域開展工作，巡視重要線路30 條、桿塔1230 座，發(fā)現(xiàn)各類缺陷720 處。并組建了無人機(jī)作業(yè)班，配備4 名“飛手”，承擔(dān)中心所轄輸電線路的巡視工作，探索和實(shí)踐無人機(jī)新技術(shù)，全面推進(jìn)無人機(jī)智能巡檢技術(shù)應(yīng)用。

4.2 無人機(jī)巡檢的實(shí)際應(yīng)用

借助于無人機(jī)的攝影問題排查技術(shù)，電力系統(tǒng)輸電線路的相關(guān)工作人員可以快速、準(zhǔn)確地獲取高質(zhì)量、高分辨率的周圍地理環(huán)境的相關(guān)信息，無人機(jī)采集所獲取的信息有著較高的直觀性，有助于對線路環(huán)境的認(rèn)識。無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)從“人工操控”到“自主巡航”。如某供電公司組織無人機(jī)工作，3月17日上午，短短15 分鐘，無人機(jī)組就完成了330kV 輸電線路的自主巡查。由于操作人員的技術(shù)水平和試驗(yàn)?zāi)Ｊ讲煌?，檢查質(zhì)量和結(jié)果存在誤差，存在一定的操作風(fēng)險?！敝芎槌冀榻B，USAR 自動無人機(jī)駕駛檢查后，只有監(jiān)護(hù)人才能完成所有檢查工作，降低了工作成本和作業(yè)強(qiáng)度，使工作更加規(guī)范化、安全化，檢查效率大大提高，借助新技術(shù)，無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)高精度自動逐站、逐塔巡線、數(shù)據(jù)實(shí)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(jī)的眼睛，目前無人機(jī)裝備TEM SIDO 系統(tǒng)，用于從線路走廊的高精度激光云中購買數(shù)據(jù)，并完成了340 公里云點(diǎn)地震測線的實(shí)際三維建模場景，由于無人機(jī)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(huán)境形成清晰的認(rèn)識。

在電力系統(tǒng)輸電線路的問題排查中應(yīng)用無人機(jī)是十分可行且十分必要的，有著廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展前景。無人機(jī)巡檢技術(shù)可以代替人工，完成特殊情況的作業(yè)，且無人機(jī)受到環(huán)境因素的干擾較小，為進(jìn)一步提高效率，還可以對線路進(jìn)行立體模型的構(gòu)建，對線路進(jìn)行優(yōu)化。

4.3 在應(yīng)急搶修工作現(xiàn)場勘察中無人機(jī)的應(yīng)用

如今，隨著突發(fā)事件、自然災(zāi)害等因素的影響，導(dǎo)致電力輸電線路故障時有發(fā)生，嚴(yán)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(yīng)急搶修工作必不可少，但是由于故障點(diǎn)可能位于山間，隨著黑夜的降臨，現(xiàn)場勘察越發(fā)顯得復(fù)雜，傳統(tǒng)地面照明設(shè)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(jī)應(yīng)用到應(yīng)急搶修勘察之中，還能夠?qū)岆U救災(zāi)現(xiàn)場的設(shè)備受損情況及時拍攝，從而為后續(xù)搶救方案的設(shè)計提供良好的現(xiàn)場依據(jù)，為保證高效率的搶修救災(zāi)工作爭取更多的時間。

例如，無人機(jī)到達(dá)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(jī)緩緩升空，下部掛載著一套數(shù)字射線成像檢測設(shè)備，平穩(wěn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像實(shí)時清晰地呈現(xiàn)在地面工作站的屏幕上，這也意味著國網(wǎng)廣東電科院聯(lián)合國網(wǎng)福州公司順利完成了省內(nèi)首次“無人機(jī)+數(shù)字射線成像”輸電線路耐張線夾內(nèi)部結(jié)構(gòu)“透視”檢測工作。

據(jù)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(dāng)于整條線路的“支點(diǎn)”，連接著兩級鋼塔間的導(dǎo)、地線，承受線路的全部張力，其壓接質(zhì)量直接關(guān)系線路安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行。近年來多采用X 射線檢測方法進(jìn)行抽檢，需要作業(yè)人員攜帶笨重的射線設(shè)備攀登鐵塔，不僅工作強(qiáng)度大、檢測效率低，還存登高作業(yè)風(fēng)險。

對此，廣東院成立技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊，基于前期技術(shù)儲備，聯(lián)合福州供電公司全力開展技術(shù)攻關(guān)，著力研究開發(fā)“無人機(jī)+數(shù)字射線成像”輸電線路耐張線夾透視檢測技術(shù)。經(jīng)過數(shù)月潛心研究，廣東院技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊攻克了射線透照布置、檢測系統(tǒng)輕量化、電磁干擾屏蔽、仿真計算、無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛控定制化設(shè)計等技術(shù)難點(diǎn)，研發(fā)可由無人機(jī)攜帶，小型化、輕量化的數(shù)字射線成像設(shè)備及搭載平臺，并由地面工作站進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，實(shí)時傳輸檢測數(shù)據(jù)，成功將無人機(jī)與數(shù)字射線成像檢測技術(shù)相結(jié)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(jìn)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(yè)的十倍，而且避免了登高作業(yè)的風(fēng)險；獲取的圖像內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，可為耐張線夾壓接質(zhì)量情況“信息庫”提供數(shù)據(jù)，推動“無人機(jī)巡視”向“無人機(jī)巡檢”轉(zhuǎn)變，助力推動輸電線路智能運(yùn)維轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對檢測系統(tǒng)輕量化、檢測裝置優(yōu)化、檢測結(jié)果數(shù)字化分析以及帶電檢測等方面進(jìn)行深入研究，助力推進(jìn)無人機(jī)巡檢作業(yè)，為“三跨”等架空輸電線路金具壓接質(zhì)量基建驗(yàn)收、運(yùn)行監(jiān)督等提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，全力迎戰(zhàn)“迎峰度夏”。

借助無人機(jī)，能夠?qū)τ跋袼澜怯行П苊?，保證搶險救災(zāi)現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)控。整合應(yīng)急信息，能夠?qū)Σ煌畔①Y源有效整合，從而促進(jìn)應(yīng)急指揮信息系統(tǒng)發(fā)揮作用。

5 小結(jié)

總而言之，無人機(jī)應(yīng)用于輸電線路的巡檢中屬于一個新的發(fā)展方向，還需要相關(guān)電力企業(yè)培養(yǎng)相關(guān)人才，從而促進(jìn)電力系統(tǒng)輸電線路巡檢的健康、可持續(xù)發(fā)展，為其注入強(qiáng)大動力的同時，促進(jìn)電力系統(tǒng)中線路巡檢工作質(zhì)量和效率的提升。