电力输电线路巡检中无人机的应用 兰健

电力输电线路巡检中无人机的应用兰健
发表时间：2019-07-30T15:16:39.043Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：兰健
[导读] 摘要：在电网规模不断扩大的背景下，架空输电线路的覆盖区域越发广泛，然而大部分输电线路都在山区，杆塔和电力线路长期暴露在野外，受雷击、材料老化和机械张力等因素的影响，极易出现绝缘子破损炸裂、电线断股腐蚀等问题，如不及时处理则会发生安全事故，影响电力系统的安全平稳运行。

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摘要：在电网规模不断扩大的背景下，架空输电线路的覆盖区域越发广泛，然而大部分输电线路都在山区，杆塔和电力线路长期暴露在野外，受雷击、材料老化和机械张力等因素的影响，极易出现绝缘子破损炸裂、电线断股腐蚀等问题，如不及时处理则会发生安全事故，影响电力系统的安全平稳运行。

人工巡检作为使用最为广泛的巡检方法，不仅会消耗大量的财力、人力和时间，还会影响线路的日常运维和巡视。

而无人机巡视可很好地解决这些问题，利用自身空中检测角度的优势，多角度拍摄图像，确保巡检数据资料的完整性，提高工作质量和效率。

关键词：输电线路；巡检；无人机；发展
引言：
随着我国航空领域的不断扩大，航空技术的快速发展，我国在无人机装备上也实现了跨越式的发展，并日渐趋向于实用化。

目前，越来越多的无人机已经流向海外市场，以无人机为代表的现代化先进技术逐渐成为了当前的潮流发展势。

在电力行业领域中，无人机技术的运用时间短、运用范围广，无论是高山和平原均有无人机的存在。

在电力工程的各个方面发挥了重要的作用，本文主要叙述了在输电线路巡检中中无人机的应用，希望对有关人士有所帮助。

1.电力输电线路巡检模式现状分析
现阶段的输电线路仍以人工巡检为主，部分地区输电线路开始实施直升机巡检的方式，尤其是华北地区，取得了显著的应用效果。

但直升机巡检技术具有较高的门槛及费用，还受到航管限制等因素的制约，因此只能开展一年一至两次的低频次作业。

通常，以人工巡检为主的线路巡检模式主要存在以下问题。

第一，单一化的巡检手段。

人工巡检时只能利用照相机和望远镜等便捷设备进行测量，通过肉眼来寻找缺陷，而无法携带沉重的诊断设备进行准确测量。

如杆塔瓶口以上位置具有观测角度大、观测距离远等特点，人工巡检难以发现缺陷，极易受到主观判断的影响，致使巡检结果存在较大差异，不能有效保障巡检的质量，增加线路出现故障的风险。

第二，运维人员无法满足线路增长需求。

近年来，我国220ｋＶ及以上电压等级的输电线路总长度达70万ｋｍ，年均增长率达8％，未来将可能以年增长率６％的速度增长。

但是在线路运维人员方面的年均增长率不到3%，明显低于线路的增长速度，并且今后的人工成本将会上升，基本不可能增加大量的运维人员，这就导致运维人员无法满足输电线路的增长需求。

第三，数据管理分散。

现有的巡检模式中多是由电力线路运维部门自行管理巡检数据，缺乏有效的共享与整合机制，数据相对分散，不能多维度利用巡检数据，也无法为相关部门提供准确科学的决策依据。

2.小型无人机巡检方案
2.1小型固定翼无人机巡检方案
小型固定翼无人机多用于电力线路的灾后电网评估和通道巡视等，通过给定坐标点信息和线路ＫＭＬ，对固定翼的起落点和飞行航段加以划分，巡视整条线路的通道。

通常固定翼通道的巡视基本是每隔100m拍摄一张高清通道图，巡视完各航段后需借助图像导入子模块在地面站系统中导入机载检测设备中的图像，对比分析数据库杆塔数据和图像中GPS信息，一一配对杆塔与图像，并将相应的杆塔号标记在图像中；然后通过图像分析子模块智能分析图像，及时发现缺陷，并生成缺陷报告。

2.2小型多旋翼无人机巡检方案
小型多旋翼无人机巡检主要是指操作人员利用搭载高清相机，在指定位置采用悬停方式对杆塔相应位置进行拍摄，从而完成巡检任务。

以某条220ｋＶ的交流单回直线塔为例.经过实际测试得知，多旋翼巡视交流单回直线塔拍摄照片为23张，完成巡视后在地面站系统中导入机载检测设备中的图像，比照地面站各个部位拍照命名记录数据和图像拍摄时间，准确配对杆塔的各部位和图像，在此基础上按照杆塔对应的部位命名图像；然后智能化分析各部位的图像，发现缺陷的同时有效生成缺陷报告。

2.3不同巡检方式对比分析及相互配合
本文以某条500KV的线路为例分析不同巡检方式及其相互配合。

该线路总长为500Km，采用1200级杆塔，占据平原地形和山区各一半。

选用人工巡检方式时，每人每天巡维的山区线路和平原线路分别为3～4基杆塔和8～10基杆塔，将3天作为一个巡维周期，每年需配备15人的巡维队伍，每人年人工成本为8万元。

而采用小型无人机进行巡检时，多借助固定翼来全方位扫描线路通道走廊，通过旋翼无人机来精细化拍摄巡检每基杆塔，相互配合实现线路的全方位、立体化巡检。

以完成500Km线路的常规巡视任务为基础进行测算，无人机巡检方式必须要配备一组固定翼无人机和一组多旋翼无人机，相较于人工巡检的方式，该线路每年可节约39万元的投入成本。

综上所述，与人工巡检方式相比，无人机巡检在安全性能、工作效率和成本方面具有明显的优势。

但目前有些地区空域在无人机巡检的管制方面极为严格，没有构建无人机相关的法律保障体系，缺乏完善的图像后台智能缺陷识别系统，因此在受空域管制限制的线路区域应配合人工巡检方式，在后台缺陷识别方面由具有丰富经验的运维人员来进行指导，将人工巡检和无人机巡检各自的优势加以充分发挥，达到相互配合与优势互补的目的，进一步提高巡检效率。

3.关键技术研究
3.1智能巡检，提高航行时间
长续航保障技术。

对于目前的小型无人机，其飞行动力主要依赖于锂电池，受电池能量密度和荷载等因素的制约，其续航时间普遍较短，如小型固定翼无人机的续航时间为40～60min，而小型多旋翼无人机的续航时间为20～30min。

由于无人机续航时间短，因此在电力线路巡检工作中必须要携带十几块电池来实施更换作业，而且野外作业时不能实现电池的快速充电，明显降低巡检的效率。

为此应深入研究无人机续航保障技术，如在小型无人机中应用远距离激光充电技术和氢燃料电池等，进一步提高无人机的巡检效率[1]。

3.2自主避障系统
无人机导航主要是采用GPS方式，但GPS存在一定误差，致使无人机在任务执行中会出现偏离预定航向的现象，继而使无人机碰撞到电力线路等障碍物；同时在经过交跨线路时，若无人机缺乏较高的飞行高度，则会出现与电力线路碰撞的问题。

为确保电力线路和无人机巡
线系统的安全，应开发无人机避障系统，将系统的自主避障功能进行有效发挥，从而促进无人机巡线作业可靠性的提升。

3.3GIS新型智能巡检系统
当前在无人机巡检过程中，部分操作人员对巡检路径和设备情况不够了解，未发现设备缺陷或常走错路，导致巡检效率不高，因此需适当简化结构，采用GIS系统的新型智能巡检模式，利用基础数据管理GIS系统来为巡检工作提供数据支撑，实现对输电巡检人员基础信息、输电巡检用缺陷标准专业知识、设备空间地理和输电线路数据、输电网所处地貌地形等的日常维护和管理功能。

同时，根据巡检时导入野外巡检手持设备的线路信息，能获得相关信息指导，如交叉跨越、重点区段、线路走向等，从而精确规划无人机作业点，实现线路巡检私人定制。

结论
简而言之，小型无人机独特的性能，使其成为电力线路巡检的重要工具，能在很大程度上降低电网的运营成本和故障率，将故障处置变为隐患控制，促进电网维护工作效率的提升。

可以说，无人机巡检技术将会成为电网维护、监控和运行中最为有力的工具及电网监控手段的重大革新，是一种高效、快速且具有广阔前景的巡线方式[2]。

参考文献：
[1]黄谨益.电力输电线路巡检中无人机的应用[J].电子技术与软件工程，2019（01）：233.
[2]陈曦.多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用[J].科学技术创新，2018（36）：45-46.。