無人機在輸電線路運維檢修的運用

國網(wǎng)唐山供電公司 李志鵬

輸電線路是我國電力系統(tǒng)中非常重要的組成部分，其運行的穩(wěn)定性和可靠性會對電力系統(tǒng)的整體運行質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。而輸電線路在實際運行中，受外部環(huán)境因素的影響巨大，很容易出現(xiàn)故障和隱患，需要做好必要的運維檢修工作。輸電線路運維檢修工作內(nèi)容復(fù)雜，如果單純地依靠人工作業(yè)的方式，運維檢修的效率和效果無法得到保障。將無人機應(yīng)用到輸電線路運維檢修中，能夠顯著提升工作效率，降低工作人員的負擔，也可以及時發(fā)現(xiàn)線路中存在的隱患和故障，推動相關(guān)信息的快速傳遞，確保電力工作人員可以及時對故障進行處理，保障輸電線路運行的可靠性和安全性。

1 輸電線路運維檢修的意義

輸電線路具有線路長度大、分布區(qū)域廣的特點，運維檢修工作繁重，實施難度大，而一旦輸電線路出現(xiàn)異常，會對電能的供應(yīng)產(chǎn)生巨大影響，嚴重時會引發(fā)大面積停電，導致生產(chǎn)停滯。很多輸電線路采用的都是架空敷設(shè)的方式，而且處于偏遠位置，受自然環(huán)境因素的影響較大，供電的穩(wěn)定性無法得到保障。而通過對輸電線路進行運維檢修的方式，供電企業(yè)可以及時發(fā)現(xiàn)線路中存在的隱患和問題，采取有效的措施對其進行處理，以此來保障輸電線路運行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性[1]。

2 無人機巡檢的優(yōu)勢

就目前而言，我國在輸電線路運維檢修工作中，采用的巡檢方式包括了人工巡檢、機器人巡檢、直升機巡檢和無人機巡檢，相較而言，人工巡檢屬于最為常見的巡檢方式，不需要配備專業(yè)設(shè)備，成本低廉，但是因為輸電線路長且分布環(huán)境復(fù)雜，巡檢難度較大。機器人巡檢能夠?qū)崿F(xiàn)自動檢查，不過作業(yè)效率較低且工作距離會受到機器人續(xù)航能力的影響。直升機巡檢需要借助直升機完成，能夠?qū)旊娋€路的實際狀態(tài)進行拍攝，為巡邏檢查提供便利，但是這種方法投入的資源較大，并不能廣泛使用。無人機巡檢是借助無人機與編程系統(tǒng)，配合成像設(shè)備來對輸電線路的信息進行收集，能夠顯著提升工作效率及輸電線路檢查的質(zhì)量。

無人機巡檢的優(yōu)勢體現(xiàn)在幾個方面。一是不會受到環(huán)境因素的限制。惡劣的環(huán)境因素會對輸電線路巡檢工作帶來巨大挑戰(zhàn)，無人機巡檢對比傳統(tǒng)的巡檢方式，有著更強的機動性和安全性，不會受到地理環(huán)境和氣候條件的影響，可以很好地勝任惡劣氣候區(qū)域輸電線路巡檢的要求，也可以將輸電線路及設(shè)備的實際狀態(tài)近距離呈現(xiàn)出來，顯著提升線路巡檢效率的同時，能夠降低人工作業(yè)中的風險[2]。二是可以提高巡檢質(zhì)量。無人機巡檢可以實現(xiàn)快速飛行、懸停等功能，幫助電力工作人員監(jiān)測輸電線路中導線、底線、桿塔等的質(zhì)量，也可以將檢測到的影像實時傳輸?shù)綔y量站及控制站，幫助技術(shù)人員對可能存在的問題進行分析。三是可以實施飛行掛載。無人機能夠掛載的設(shè)備類型眾多，能夠依照具體的操作環(huán)境、作業(yè)需求等，對掛載設(shè)備進行設(shè)計。例如，通過掛載紅外測溫裝置，無人機可以對設(shè)備電火花、火災(zāi)隱患等進行監(jiān)控，保障輸電線路的運行安全。四是可以實現(xiàn)自動化調(diào)控。將無人機應(yīng)用到輸電線路運維檢修中，能夠減輕工作人員的壓力，也可以通過與電氣自動化技術(shù)結(jié)合的方式，實現(xiàn)對輸電線路的全方位監(jiān)測，準確判斷故障點的位置，從而促進運維檢修效率的提高。

3 無人機在輸電線路運維檢修中的應(yīng)用

3.1 做好無人機選型

在輸電線路運維檢修工作中，對于無人機的性能有著較為嚴格的要求，其必須具備較長的續(xù)航時間以及良好的抗風能力，依照具體的功能需求，無人機還必須能夠承載相應(yīng)的運維設(shè)備檢修等。例如，固定翼無人機續(xù)航時間應(yīng)該達到3～4h，抗風能力不低于6級，有效荷載應(yīng)該在6～8kg，具備懸停能力，巡航速度一般在80km/h～140km/h。無人直升機續(xù)航時間通常在4h，抗風能力為6級，可以實現(xiàn)空中懸停和垂直升降，對起降場地沒有很高要求，巡航速度在30km/h～120km/h。相較而言，無人直升機在輸電線路運維檢修中的優(yōu)勢更加明顯，不過其成本費用較高，因此需要電力工作人員結(jié)合輸電線路所處區(qū)域的地形狀況和氣候條件，以及線路巡檢的現(xiàn)實需求，做好無人機選型工作[3]。

3.2 優(yōu)化無人機模式

無人機巡檢中，應(yīng)該確定好最佳的飛行方式，以確保其在面對極端惡劣天氣時不會出現(xiàn)墜毀問題。無人機必須與輸電線路保持一定的安全距離，可以將光學任務(wù)吊艙設(shè)置在無人機下方，從輸電線路斜上方飛行，以確保其具備足夠的飛行空間，規(guī)避電磁干擾問題。在光學任務(wù)吊艙掃描視角充足的情況下，無人機可以采用單向巡視的方式，如果是高壓線路，則應(yīng)該從線路兩側(cè)進行往返巡視。應(yīng)該關(guān)注通信鏈路系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用，通常來講，當無人機與地面測控車距離較近且不存在障礙物遮擋時，可以采用直通式通信鏈路，無人機直接將采集到的信息傳輸?shù)綔y控車，同時接收測控車的指令[4]。如果輸電線路本身處于偏僻的山區(qū)，存在高大樹木遮擋，則信號會受到干擾，需要在超距條件下作業(yè)，通信需要采用相應(yīng)的中繼模式，可以是地面中繼，也可以是空中中繼，在實踐中需要依照輸電線路運維檢修的不同需求，做好無人機與通信模式的組合應(yīng)用，例如，中型無人機可以配合地面中繼模式，能夠?qū)o人機無法與地面測控車直接通信的問題進行解決，適用于超距工作及存在障礙物遮擋的情況。無人機采集到的信息和圖像可以通過無線傳輸?shù)姆绞?，發(fā)送給設(shè)置在桿塔上的中繼終端，經(jīng)過終端傳遞到測控車，測控車發(fā)出的指令同樣需要經(jīng)過中繼終端發(fā)送給無人機。

3.3 關(guān)注無人機應(yīng)用

3.3.1 線路測距

無人機在線路測距中有著理想的應(yīng)用效果，傳統(tǒng)遠程測距技術(shù)在實際應(yīng)用中，存在測距范圍小、測距精度低以及無法適應(yīng)特殊環(huán)境等問題，無人機測距能夠?qū)@些問題進行有效解決，可以借助超聲波設(shè)備，從輸電線路頂部來對其進行測量，可以顯著提升測距的精度和效率[5]。

3.3.2 線路架設(shè)

無人機同樣能夠被應(yīng)用到輸電線路的架設(shè)中，實際應(yīng)用效果絕佳。傳統(tǒng)架空輸電線路的架設(shè)采用的是人工架設(shè)的方式，消耗的人力物力資源巨大，而且施工周期長，施工環(huán)節(jié)存在的風險隱患眾多。將無人機設(shè)備應(yīng)用到輸電線路架設(shè)工作中，能夠顯著提升工作的質(zhì)量、效率以及安全性，減少對周邊自然生態(tài)環(huán)境的破壞。無人機在輸電線路架設(shè)中的應(yīng)用需要先做好準備工作，確保線路兩端視野條件良好，無人機可以順利起飛，并且將牽引繩頭牢牢系在無人機上。主拖纜部署環(huán)節(jié)，需要做好施工耐張段的安裝作業(yè)，選擇恰當?shù)臒o人機作業(yè)時間，操作人員應(yīng)該停留在起始塔下方的位置，對無人機進行遠程檢查，確保能夠?qū)恳藥У绞讉€基地塔頂部，之后沿輸電線路方向，飛到下一個基地塔。于第二座基地塔空中懸停，等到完成確認工作后，通過預(yù)掛滑車，抵達第三座基地塔，依此類推，直至當天作業(yè)任務(wù)完成。

3.3.3 缺陷巡查

輸電線路覆蓋面極其廣泛，而在一些偏僻地區(qū)，因為自然環(huán)境因素的影響，交通不便，巡檢難度大，無法及時發(fā)現(xiàn)線路中存在的缺陷和問題，如果單純依靠常規(guī)的人工巡檢方式，不僅需要花費大量的人力物力資源，還存在著工作效率低下的問題。將無人機應(yīng)用到線路缺陷巡查中，能夠顯著提升巡查工作的效率，同時能夠?qū)ψ鳂I(yè)的成本進行有效控制。電力技術(shù)人員可以控制無人機進行航拍作業(yè)，將采集到的圖像和數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娇刂浦行?，配合人工拍攝的部分，及時發(fā)現(xiàn)線路中存在的缺陷和問題。例如，在山區(qū)，地形險峻，交通不便，借助無人機進行巡查，可以大大減輕工作人員的負擔，提升運維檢修工作的效率，保障巡檢工作實施的整體效果。

3.3.4 故障巡視

在我國，輸電線路很多都是采用架空敷設(shè)的形式，加上線路本身的規(guī)模巨大，容易受到沿線地形地貌、環(huán)境條件、惡劣天氣等的影響，從而發(fā)生相應(yīng)的故障或問題。例如，在遭遇雷擊的情況下，線路可能出現(xiàn)漏電、斷線等故障；如果樹枝等異物懸掛在線路上，可能引發(fā)短路。而當輸電線路出現(xiàn)故障時，需要技術(shù)人員及時做好維修，但是不管是故障的定位還是故障分析，都需要相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息作為支撐。無人機巡視不會受到地形地貌以及自然條件的影響，配合先進的掛載設(shè)備及系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對故障點的精準定位，也可以依照定位點來對航線進行規(guī)劃，為線路故障的處理提供便利。

3.3.5 線路驗收

線路驗收針對的是新建線路，傳統(tǒng)驗收方法需要人工登塔走線，危險度高，工作量巨大，在遭遇惡劣天氣的情況下，驗收效果會受到很大影響。將無人機應(yīng)用到線路驗收中，可以預(yù)先設(shè)定好航線，通過定點懸停的方式檢測線路中的導線、絕緣子及附屬設(shè)備等，檢測信息可以被及時傳輸?shù)降孛鏈y控車，保障驗收的質(zhì)量。

3.3.6 輔助檢修

傳統(tǒng)的線路檢修方法需要工作人員攀爬到塔頂，移動至需要檢修的位置，不僅煩瑣低效，而且存在很大的危險性。借助無人機的有效應(yīng)用，可以對傳統(tǒng)的檢修方法進行補充完善，其功能包含了無人機輔助工具傳遞、導線異物清除、無人機驗電、復(fù)合絕緣子憎水性測試等。以無人機噴火處理導線異物為例，具體如圖1所示。當前時期，無人機在輔助檢修方面，得到了進一步的發(fā)展，出現(xiàn)了無人機帶電作業(yè)、帶電水沖洗、絕緣子零值低值檢測、應(yīng)急照明等，使其作用得到了更進一步的發(fā)揮。

圖1 無人機噴火處理導線異物

3.3.7 日常巡視

在輸電線路日常巡視環(huán)節(jié)，無人機的巡視類型大致可以分為三種不同的形式：一是精細化巡視，由無人機攜帶相應(yīng)的紅外熱像儀、可見光攝像頭等，對線路桿塔本體、導線和金具等進行全面巡視，能夠獲取所有部件的清晰圖片，配合紅外測溫技術(shù)來獲取更加全面更加詳細的線路信息，及時發(fā)現(xiàn)線路中存在的異常和故障，督促檢修維護人員做好處理。二是日常巡視。借助可見光攝像頭，對桿塔連接部位進行巡視，巡視的內(nèi)容對比精細化巡視更加簡單，可以很好地滿足線路日常巡視的需求，效率相對較高。日常巡視主要是針對線路桿塔主體、線路走廊、絕緣子及相關(guān)附屬設(shè)施等進行巡視。三是通道巡視。通道巡視利用的是可見光雷達和激光雷達，能夠?qū)€路周邊信息如樹障、施工點等進行采集，不過借助單方面的光用照片，并不能獲取詳細數(shù)據(jù)，也無法對問題進行有效說明。因此，如果條件允許，應(yīng)該借助激光雷達3D 掃描技術(shù)，獲取更加精準的信息支持。

總言之，輸電線路是電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，其一旦發(fā)生故障，可能引發(fā)大面積停網(wǎng)斷電的問題，繼而導致交通擁堵、工廠停工等，嚴重影響人們正常的生產(chǎn)生活。對此，電力部門必須切實做好輸電線路運維檢修工作，及時對線路中存在的異常和故障進行處理?？紤]到傳統(tǒng)人工巡檢方式存在的缺陷，電力部門在實施輸電線路運維檢修的過程中，可以引入無人機技術(shù)，借助無人機的優(yōu)勢來提高運維檢修工作的效率，保障工作實施的總體效果，以此來實現(xiàn)對故障和問題的快速精準處理，保障輸電線路運行的穩(wěn)定和安全。