高压输电线路的无人机电力巡检技术

高压输电线路的无人机电力巡检技术

张勇 ,马辉 ,陈方平

天津云圣智能科技有限责任公司

【摘要】随着电网的快速发展，输电线路发生故障跳闸次数日益增多，面对途径高山河道工厂等地的线路开展验收巡视工作存在诸多困难。目前输电线路缺陷巡视中主要采取人工为主方式进行，对跨越江河的输电线路巡视及自然灾害后故障查线花费时间长难度大，直升机巡线作业技术门槛高成本大。目前无人机广泛应用于高压输电线路电力巡检，采用无人机进行线路巡检成为常态化作业趋势。现有无人机巡检存在摄像数据未充分挖掘利用等问题，需要研究无人机电力巡检技术的有效应用措施。介绍无人机电力巡检技术方法，阐述高压输电线路中无人机电力巡检技术的应用。

【关键词】高压输电线路；无人机；电力巡检技术

  随着经济的快速发展，新建输电线路由于走廊所处地形复杂，输电线路发生缺陷频繁，面对走廊途径建筑工地、高速公路等地开展线路巡视工作存在诸多危险。目前输电线路故障查找采取人工为主的方式进行，对山区输电线路巡检花费时间长人力成本高，一些巡检项目仅靠常规方法难以完成。传统地面巡视采取望远镜等设备进行观测方法对高塔不能满足巡视作业要求，直升机巡线作业航管审批程序繁琐，需在培训阶段花费大量人力物力【1】。无人机小巧轻便运行费用低廉，可高频次在高山大岭等巡视人员难以到达线路区段内，全方位获得输电线路设备影像资料，通过搭载超声波测距模块测量交叉跨越处导线净空距离，故障查找中可迅速确定故障点。研究无人机电力巡视技术在高压输电线路应用具有重要意义。

1. 无人机电力巡检技术研究

近年来我国城市化建设不断加快，电力需求增加推动高压输电线路数量增加。输电线路具有分布点多面广特点，大部分所处地形复杂环境恶劣。采用传统人工检测方法效率低，需要及时改变电路线路检测方式。无人机巡视技术是随着科技快速发展提出的新型技术方法，可以节省大量人力物力资源，无人机巡检技术在高压线路检测中得到很大的关注，但目前高压输电线路无人机电力巡视技术应用仍存在很多不足，需要深入研究无人机电力巡视技术。

1.1电力输电线路巡视无人机

无人机是无线电遥控设备操纵的无人驾驶飞行器，现代无人机是集航空电力电子等于一体的复杂一体化系统，由于具备高空远距离快速作业能力，在航拍测绘军事侦察等方面得到应用，可以进行遥测数据链控制，GPS卫星定位控制，运行稳定经济性高，作业效率为人力的10倍以上【2】。现代无人机构成包括飞行控制系统，动力能源与通讯系统等。现有电力行业无应用无人机类型有多种，按飞机动力配置分为油动与电动；根据控制方式分为遥控与导航模式；依据结构形式分为单悬疑与固定翼等类型。图1 四旋翼无人机。国内各电力企业无人机研究应用大多数需人工遥控，对操作维护技术人员要求较高，当前采用无人机形式基本为油动直升机无人机，追求有效的载荷和较长的滞空时间，但燃油动力无人机具有失控碰线危险。

                图1 四旋翼无人机

1.2无人机电力巡检技术特点

无人机在高压输电线路巡视工作中具备飞行控制技术，机体稳定飞行技术，摄像快速对焦成像技术等关键技术【3】。无人机输电线路巡视要求具有飞行通讯与安全保护等功能，飞行功能要求飞行巡视模式支持匀速悬停飞行巡视，到达某预设航点自动悬停；通讯功能要求实现飞行状态的遥控，实现飞行参数的遥测，具有后备冗余链路。无人机巡视技术应用是输电线路运维工作向自动化方向发展的重要手段，相比常规人工巡线不受地形限制，有较为精确的影像记录减少人工作业强度；可以对500kv,110kv等各级电压等级输电线路进行巡视，比机器人巡线时间大幅缩短；相比卫星遥感不受云层覆盖的影响，无人机电力巡视相比载人飞机不需飞行员运维成本低；无人机携带方便不需特定起飞跑道，可实时获得相关影像资料。

2. 高压输电线路无人机巡检技术应用

无人机在输电线路巡视工作是将照相机在吊舱固定，工作人员负责操作巡视进行摄像，无人机飞行中发生抖动拍摄不易对焦，导致对线路绝缘老化等情况不能判别。常用的无人机巡线方法使用数据链传输功能，拍摄影像信号传输到地面监控系统屏幕，监控容易发现异常通知操作人员对区域重点检查。线路巡视拍摄应选择天气晴朗时间开展，满足天气条件才能更好地判断线路稳定异常区域。

2.1无人机高压输电线路巡视模式

高压输电线路巡检主要对铁塔支架级附带设备进行故障检测，具有范围广等特点，检修维护工作具有很大的危险性。无人机适用具有安全快捷特点，可不断采集巡检数据为电力企业管理电网提供支持【4】。无人机巡视模式主要包括通道监测，精细扫描与故障排查等形式，通道监测任务是对管道建设为主的工程问题进行检查分析；精准扫描是对高压线路及其他设备设施产生问题进行分析，故障排查是对巡检中出现的故障排查找出原因；特殊任务指自然灾害发生时对灾区问题进行无人机遥感检测，为人类克服自然带来不利影响作出积极贡献，推进高压输电线路检测发展。无人机功率检查中系统各模块具有独特技术特征，无人机功率检查技术包括无线通信技术，故障检测与巡线避障技术等，模块直接影响系统检查效率和准确性。图2 无人机电力巡检技术流程。

                图2无人机电力巡检技术流程

2.2高压输电线路无人机巡检技术问题

高压输电网络中使用无人机巡视具有装备检查设施快速找到不利因素，不受地选哪个自然因素等外界条件干扰等优势，许多高压输电线路网络放在外边，无人机装备可减少完成任务中的阻碍【5】。目前无人机装备巡视存在手段单一，设备拍摄照片花费时间长。无人机设备巡检输电线路主要靠人工操作，接近目标操作不当会对线路产生伤害。信息采集中大部分通过可见光波形成信息，一些数据无法量化与实际巡检存在差距。飞行器获得图像等信息资料管理缺乏手段，无人机代替人工采集数据要植入GIS实现摄像角度灵活转动，根据巡检对象设定GPS，形成正射影像方便测量。数据库管理可以精确查找资料为具体工作提供参考。

3. 无人机电力巡检技术在高压输电线路中的应用

  电力行业是我国国民经济发展的重要基础能源产业，电网安全稳定运行取决于电力线路的运行情况，高效的电力巡检工作对保证电网稳定非常重要，高压输电线路巡检主要应用于支架导线及有关附带设备安全监测，目前我国输电线路巡检大多依赖于人工巡检，存在巡视覆盖面小，巡检手段落后等弊端，运用现代高科技无人机电力巡检技术可以更好地保障电力行业安全稳定。高压输电线路中应用无人机巡检关键技术包括精准扫描与管理巡检数据。

   高压输电线路运行系统中存在许多不易观察的设备，无人机巡检中要用扫描仪观测微小设备，要使大范围设备检测同时保证微小设备得到扫描分析，大范围设备检测可使用无人机弧垂检测技术，检测系统包括数码相机，微波接收器，计算机操作系统等【6】。无人机巡检中将数码相机安装到无人机旋翼中，与地面计算机操作控制系统总部结合。测量方式在无人机巡检中具有很高的运行效率，微小设备扫描可以采取智能模式，将设备信息录入无人机电子信息系统可以减少人工操作产生的事故，保证高压输电线路巡检准确性。采用无人机技术的监测范围广泛，可以将监测数据存储，要充分利用系统库中储存的数据，可以明显看到监测数据的变化波动及时调整保证运行状态。

                         图3 精细扫描中无人机拍摄绝缘子缺失

   研究以220kv高压输电线路工程为目标讨论无人机工作内容，由于目标工程线路集中于山区，传统人工巡检难以完成任务要求，采用无人机对线路巡检形成科学统一的分析，应急巡检效益明显。高压输电线路无人机巡检工作包括精细扫描，通道检测与故障排查。精细扫描要保证线路安全，必须充分观察确定是否处于正常状态，精细扫描将设备地理位置等作为信息指标输入到无人机系统，实现精细的图片及数据采集。可控制采用人工与智能结合方式，利用GIS技术让无人机飞到目标上方15m,以具体巡检任务确定所需信息，智能+人工方式保证无人机操作安全，缓解巡检人员的工作压力。图3 精细扫描中无人机拍摄绝缘子缺失。故障排查功能模式不同于平时巡检，要围绕故障任务开展，线路巡检工作要求具有针对性，采用手工+智能操作模式获得缺陷，实现在线数据传输，方便巡检人员作出正确修理方案。

结语

  无人机巡检具有智能系统，高压输电线路巡检应用无人机可以改善传统巡检的弊端，能有效减少巡检工作资源浪费，提高巡检工作质量速度。无人机技术应用于输电线路巡检有助于降低人工巡检误差，半自动化巡检方式可减少操控手的劳动工作量，高清正射影像生成反映下路通道环境内缺陷隐患的空间信息，地理信息系统综合管理平台加载海量无人机影像数据，提供空间查询分析，巡检结果输出等综合应用。目前无人机处于发展初期，需要研发综合性能的电力系统专用无人机设备，更好地满足输电线路运维需求。

参考文献

[1]袁健. 无人机在高压输电线路巡检中的应用[J]. 电子技术,2022,51(06):154-155.

[2]陈荣,徐浩. 高压输电线路的无人机电力巡检技术研究[J]. 电子测试,2021,(20):92-94.

[3]张凯林. 浅析高压输电线路的无人机电力巡检技术[J]. 电力设备管理,2021,(08):69-70.

[4]姜林波,叶国平,龚精业. 高压输电线路的无人机电力巡检技术[J]. 电子世界,2021,(11):21-22.

[5]隋宇,宁平凡,牛萍娟,王辰羽,赵地,张伟龙,韩抒真,梁立君,薛高建,崔颜军. 面向架空输电线路的挂载无人机电力巡检技术研究综述[J]. 电网技术,2021,45(09):3636-3648.

[6]蒋卿,贝嘉鹏,赖叶茗. 高压输电线路的无人机电力巡检技术研究[J]. 农村电气化,2019,(01):23-25.