鄧元婧，汪從敏，夏開全，炯，浩

（1.中國電力科學(xué)研究院，北京100055；2.國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江寧波315016）

架空輸電線路通道環(huán)境的巡視技術(shù)與應(yīng)用

鄧元婧1，汪從敏2，夏開全1，江炯2，張浩2

（1.中國電力科學(xué)研究院，北京100055；2.國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江寧波315016）

輸電線路通道環(huán)境的巡視效率和質(zhì)量直接關(guān)系電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。綜述了目前3種巡視模式及其特點，分析了每種模式下所使用的主要巡視技術(shù)，并提出在直升機(jī)、無人機(jī)與人工協(xié)同巡檢模式下，應(yīng)結(jié)合在線監(jiān)測系統(tǒng)開展進(jìn)一步研究，以實現(xiàn)輸電網(wǎng)絡(luò)線路資料的數(shù)字化與可視化，從而對輸電線路狀態(tài)評價提供數(shù)據(jù)支撐和決策建議，推進(jìn)輸電線路狀態(tài)巡視，提升輸電線路運(yùn)維管理水平。

架空輸電線路；通道環(huán)境；巡視技術(shù)；狀態(tài)評價

隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大，輸電線路覆蓋面越來越廣，且大多運(yùn)行在郊區(qū)曠野，常常受到惡劣天氣、地理條件、運(yùn)行工況變化等影響，難免出現(xiàn)危及電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的故障。對輸電線路進(jìn)行巡視可以及時發(fā)現(xiàn)威脅線路安全的異常情況，以便排除險情和進(jìn)行有針對性的狀態(tài)檢修。提高輸電線路巡視質(zhì)量，可以增強(qiáng)電網(wǎng)抗擊嚴(yán)重自然災(zāi)害和外力破壞的能力，降低因搶修或重建受損電網(wǎng)所需的二次投資，為電網(wǎng)運(yùn)行帶來長期的經(jīng)濟(jì)效益。通道環(huán)境巡視是輸電線路巡視的主要內(nèi)容之一，據(jù)2014年3月《國網(wǎng)線路運(yùn)行分析月報》的數(shù)據(jù)顯示，在66 kV及以上線路中，僅異物短路及施工碰線就占總跳閘次數(shù)的17.1%?，F(xiàn)階段，巡視人員不足與巡視工作量與日俱增的矛盾日益凸顯，必須通過巡視模式與新技術(shù)的創(chuàng)新與融合，來提高巡視效率和質(zhì)量，提升輸電線路運(yùn)維管理水平。

1 通道環(huán)境巡視模式分類

DL/T 741-2010《架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程》（簡稱《運(yùn)規(guī)》）規(guī)定，通道環(huán)境巡視是對線路通道、周邊環(huán)境、沿線交跨、施工作業(yè)等進(jìn)行檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)和掌握線路通道環(huán)境的動態(tài)變化。線路通道環(huán)境巡視對象包括：建（構(gòu)）筑物、樹木（竹林）、施工作業(yè)、采動影響區(qū)、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。

通道環(huán)境巡視按巡視周期可分為定期巡視和狀態(tài)巡視，其中定期巡視又分為正常巡視、故障巡視和特殊巡視。定期巡視是指運(yùn)行維護(hù)單位根據(jù)線路設(shè)備與通道環(huán)境特點劃分區(qū)段，結(jié)合巡視經(jīng)驗確定巡視周期，并可根據(jù)線路區(qū)段和時間段變化對巡視周期進(jìn)行必要的調(diào)整。狀態(tài)巡視是指結(jié)合線路歷史經(jīng)驗及實際情況，進(jìn)行狀態(tài)評價后確定巡視周期，并可對巡視周期進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

通道環(huán)境巡視按照使用技術(shù)手段可分為3種模式，其特點對比見表1。

表1 巡視模式特點對比

1.1 地面人工巡視

線路巡視特別是通道環(huán)境巡視，多為步行巡視或乘車巡視，以線路巡視人員目測觀察為主，對線路路徑通道環(huán)境中的各類隱患或危險點進(jìn)行定點檢查。這種傳統(tǒng)的輸電線路巡視方法受人員素質(zhì)、天氣狀況及其他不確定因素的影響較大，無法完全掌握線路運(yùn)行的真實情況。

以寧波地區(qū)為例，地面人工巡視目前仍是輸電線路巡視的主要手段之一。該方式在線路通道巡視中使用較多，就巡視質(zhì)量而言，主要優(yōu)點是對基礎(chǔ)防護(hù)、螺栓緊固、塔材被盜等方面的巡視較準(zhǔn)確。另外，地面人員的主要工作是完成周期性維護(hù)和檢查項目，但采用該巡視方式時效率較低，尤其是對山區(qū)線路而言。以寧波電網(wǎng)象衣2R85線、象亭2R86線為例，因線路地處山區(qū)，地形復(fù)雜，巡視難度較大，每次巡線需出動較多的人力物力，且耗時較長，完成整條線路的巡視工作平均約需4日，出動約8人次，效率很低，而且還難以發(fā)現(xiàn)隱蔽的缺陷。因此山區(qū)線路的巡視周期一般為3個月。

1.2 地面人工巡視輔以帶電檢測與在線監(jiān)測

在地面人工巡視的基礎(chǔ)上，可采用先進(jìn)的檢測手段如手持終端設(shè)備對線路進(jìn)行檢測，獲得準(zhǔn)確、詳細(xì)的數(shù)據(jù)，以便為開展?fàn)顟B(tài)評價提供科學(xué)依據(jù)，在交通不便和線路特殊區(qū)段還可采用輸電線路在線監(jiān)測裝置輔助巡視[1-2]。2008年南方罕見冰災(zāi)之后，電力系統(tǒng)在全國范圍內(nèi)加大了對輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)研制和推廣應(yīng)用。輸電線路在線監(jiān)測是通過安裝在線路上的傳感、攝像設(shè)備提供線路狀態(tài)信息，判斷輸電線路的異常情況，可實現(xiàn)電網(wǎng)集中實時監(jiān)控。為了減少巡視人員登桿（塔）檢查，提高線路巡視效率，保障巡視人員安全，國內(nèi)于20世紀(jì)90年代開始研究智能機(jī)器人巡線，可以人工設(shè)定巡視路徑，并通過搭載的檢測系統(tǒng)將檢測數(shù)據(jù)傳回后臺[3]。

采用地面人工巡視結(jié)合帶電檢測的方式，相對于僅有地面人工巡視的效率有了較大的提高，靠儀器檢測能發(fā)現(xiàn)肉眼不易發(fā)現(xiàn)的缺陷。以紅外測溫為例，能有效發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點，不足的是巡視人員在地面手持紅外探測儀器，紅外檢測質(zhì)量不高，對塔頭部分的金具、銷釘、放電間隙和絕緣子、導(dǎo)地線等設(shè)備的缺陷仍不易發(fā)現(xiàn)[4]。

地面人工巡視與在線監(jiān)測相結(jié)合的方式，在寧波電網(wǎng)防冰雪災(zāi)害中起到了重要作用。2013年2月9日，寧波供電公司輸電監(jiān)測中心值班人員通過天寧5475線98號塔上的覆冰監(jiān)測裝置，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線及鐵塔上有覆冰。值班人員將情況向線路運(yùn)維單位領(lǐng)導(dǎo)匯報后，線路運(yùn)維單位立即通知管轄班組組織特巡小組趕往覆冰現(xiàn)場，及時了解現(xiàn)場情況。覆冰監(jiān)測的有效使用有助于及時準(zhǔn)確判斷局部區(qū)域的覆冰狀況，使供電公司在組織人員巡視線路時能更有針對性，對于防范線路雨雪冰凍災(zāi)害有很大幫助，同時也大大提高了線路巡視效率。同時，在線監(jiān)測系統(tǒng)的視頻監(jiān)測設(shè)備還能有效發(fā)現(xiàn)輸電線路通道中的其他施工作業(yè)等，以便及時采取措施，防止外力破壞。

1.3 直升機(jī)、無人機(jī)和人工協(xié)同巡檢

為進(jìn)一步提高輸電線路的運(yùn)行維護(hù)管理水平和巡檢效率，減少巡檢人員勞動強(qiáng)度，國家電網(wǎng)公司于2013年推進(jìn)直升機(jī)、無人機(jī)和人工協(xié)同巡檢模式試點，進(jìn)行三維立體式巡視，主要應(yīng)用在220 kV及以上線路，特別是500 kV線路華北電網(wǎng)早在2003年就開始直升機(jī)巡線首條線路，同時還推出了無人機(jī)巡檢作業(yè)模式[3]。截至目前，通航公司已積累了許多直升機(jī)巡線的實際經(jīng)驗。

直升機(jī)和無人機(jī)巡檢多采用遠(yuǎn)紅外熱成像儀器和可見光攝像機(jī)等先進(jìn)設(shè)備，對線路進(jìn)行多角度的俯視、側(cè)視檢測[3][5]。直升機(jī)、無人機(jī)巡檢輸電線路不受地理地形限制，能夠發(fā)現(xiàn)人工巡視時難以發(fā)現(xiàn)的隱蔽性線路故障，并可通過配置的系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)數(shù)據(jù)分析。

目前開展直升機(jī)、無人機(jī)和人工協(xié)同巡檢方式的試點單位主要有國家電網(wǎng)冀北、遼寧、浙江、湖北和四川電力公司。基于以往直升機(jī)、無人機(jī)與人工巡視效果的研究分析可以得出，在巡視效果方面，主要從隱蔽性缺陷的發(fā)現(xiàn)能力上考慮，直升機(jī)與無人機(jī)利用機(jī)載陀螺穩(wěn)定的紅外成像儀，在發(fā)現(xiàn)隱蔽性缺陷時有較大優(yōu)勢，而人工巡視利用手持紅外成像儀，由于巡視位置所限，難以全面發(fā)現(xiàn)問題；在發(fā)現(xiàn)缺陷的位置方面，由于巡視位置與觀測角度的差異，人工巡視發(fā)現(xiàn)的基面破壞及塔材丟失等問題較多，直升機(jī)、無人機(jī)巡視發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)地線、金具、絕緣子問題較多。在平原地區(qū)，這2類缺陷問題的數(shù)量基本相當(dāng)，所以適宜采用人工巡視為主、直升機(jī)和無人機(jī)巡視為輔，而在山區(qū)地形中，導(dǎo)地線、金具、絕緣子問題較多也更為嚴(yán)重，同時考慮交通不便帶來的影響，對輸電線路開展直升機(jī)和無人機(jī)巡視，巡視效果更好[4][6]。對特高壓線路以及重點線路開展直升機(jī)、無人機(jī)和人工協(xié)同工作，將提高電網(wǎng)輸電線路安全運(yùn)行水平和運(yùn)維管理水平。

直升機(jī)巡視可以利用紅外成像儀對線路上的導(dǎo)線接續(xù)管、耐張管、跳線線夾、導(dǎo)地線線夾、金具、絕緣子等進(jìn)行紅外測試，準(zhǔn)確度比地面測試更高。在航巡中運(yùn)用望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、機(jī)載可見光鏡頭等，可以檢查和記錄桿塔基礎(chǔ)、導(dǎo)地線金具、絕緣子等部件的運(yùn)行狀態(tài)，以及線路走廊內(nèi)的樹木生長、地理環(huán)境、交叉跨越等情況。對塔上金具連接、絕緣子狀況和放電間隙是否合格等高空檢測項目，比地面檢測檢查更準(zhǔn)確，可以取代登塔檢查。寧波電網(wǎng)的直升機(jī)巡線于2011年開始分區(qū)段開展，每年巡檢1次，500 kV山地線路優(yōu)先巡視。曾在某次直升機(jī)巡線中，通過紅外熱成像儀發(fā)現(xiàn)500 kV海浦5480線6號塔左地線掛點金具發(fā)熱，發(fā)熱點溫度為51.8℃，而正常情況下對應(yīng)點溫度應(yīng)為13.7℃，高了38.1℃，當(dāng)時周圍環(huán)境溫度為13℃，濕度為60%。通過高清可見光攝像機(jī)還發(fā)現(xiàn)了500 kV勝巖5802線0012號塔下導(dǎo)線小號側(cè)2號子導(dǎo)線U型掛環(huán)與延長桿連接螺栓螺母缺失情況。發(fā)現(xiàn)這些缺陷后，運(yùn)維單位立即組織人員消缺并及時消除了隱患。這些缺陷都是因山區(qū)線路所處地點、位置、角度、距離限制等原因，人工巡視不易發(fā)現(xiàn)的，但采用直升機(jī)巡線則取得了良好的效果。但采用直升機(jī)巡線也有一些缺點，如檢查鐵塔螺栓緊固情況比地面檢查質(zhì)量差，且成本較高。

2 通道環(huán)境巡視技術(shù)

進(jìn)行通道環(huán)境人工巡視，除了基于巡視人員經(jīng)驗的目測以及使用望遠(yuǎn)鏡等輔助設(shè)備之外，現(xiàn)大多攜帶手持檢測設(shè)備，如激光測距儀，用來測量弧垂、樹線距離等數(shù)值，紅外檢測儀用于發(fā)現(xiàn)金具局部發(fā)熱情況，紫外檢測儀用于檢測電氣設(shè)備發(fā)生局部放電或電暈[1]。目前正在使用的智能機(jī)器人巡線，以智能機(jī)器人為載體，承載可見光攝像機(jī)、紅外熱成像儀及其它檢測儀器，按照設(shè)定路線操作的機(jī)器人自主移動與巡檢，可以將機(jī)器視覺系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的信息相融合，具有障礙物檢測識別與定位、自主越障、巡檢圖像和數(shù)據(jù)自動存儲與遠(yuǎn)程無線傳輸、無線監(jiān)控與遙控、后臺巡檢作業(yè)管理與分析診斷等功能[3][6]。

對于交通不便或特殊路段的通道環(huán)境巡視，根據(jù)《運(yùn)規(guī)》可采用輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)輔助監(jiān)控。用于通道環(huán)境巡視的主要裝置有微氣象監(jiān)測裝置、視頻圖像裝置和防報警裝置，完成通道環(huán)境信息的采集，通過以上裝置和在線監(jiān)測系統(tǒng)，將其中的數(shù)據(jù)以每20 min獲取1次的頻度通過無線系統(tǒng)或光纜傳回設(shè)備狀態(tài)評價中心，布置在設(shè)備狀態(tài)評價中心的在線監(jiān)測系統(tǒng)專家軟件可以利用模型與現(xiàn)場運(yùn)行結(jié)果來判斷輸電線路通道情況，并及時預(yù)警。其中圖像視頻裝置傳回的大多是靜止圖像，通過圖像可以對導(dǎo)線覆冰、不良地質(zhì)、通道樹木生長情況、線路周圍施工情況及塔材被盜等線路通道情況進(jìn)行分析判斷，并及時告知巡檢人員注意并采取適當(dāng)措施。

開展直升機(jī)、無人機(jī)與人工協(xié)同巡檢，空中和地面巡視相配合，沿線路實行立體式巡視，主要利用直升機(jī)和無人機(jī)上安裝的紅外熱成像儀、GPS定位儀、高分辨率數(shù)碼相機(jī)和可見光攝像機(jī)等，檢測導(dǎo)線和地線損傷斷股、導(dǎo)線接頭溫差、絕緣子自爆等線路缺陷[5]。寧波供電公司與寧波市測繪設(shè)計研究院于2011年開展輸電線路三維可視化與危險點監(jiān)測研究，該項目采用直升機(jī)搭載三維激光雷達(dá)，對由寧波供電公司管轄的寧海境內(nèi)的勝蒼5801線、勝巖5802線、寧浦5479線、海浦5480線等4條500 kV輸電線路進(jìn)行電力線路巡線航測，發(fā)現(xiàn)可能危險點百余處，通過整理給出危險點類別與確切坐標(biāo)，并提供相關(guān)縱斷面與正射影像圖，利用航測技術(shù)對線路通道內(nèi)部導(dǎo)線下方的樹木及構(gòu)筑物距離進(jìn)行精確測量，以指導(dǎo)運(yùn)維人員安排有針對性的巡視，提高輸電線路運(yùn)維智能化水平，結(jié)合人工巡視，利用其易于發(fā)現(xiàn)地面問題以及巡檢費(fèi)用不高的特點，發(fā)揮不同方式的優(yōu)點，提高巡檢質(zhì)量和效率，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益提升。

3 通道環(huán)境巡視技術(shù)應(yīng)用前景

采用直升機(jī)、無人機(jī)與人工協(xié)同巡檢，利用直升機(jī)搭載的激光雷達(dá)測量系統(tǒng)的快速性、非接觸性、穿透性、全天候、高精度、高效等優(yōu)勢，通過飛機(jī)航巡，便可獲得輸電線路高精度三維數(shù)據(jù)信息[6-7]，依靠全數(shù)字、智能化數(shù)據(jù)處理流程，并結(jié)合輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對輸電線路資料的數(shù)字化與可視化。利用三維可視化數(shù)字化輸電網(wǎng)絡(luò)、輸電線路線路走廊重建、空間距離分析以及自動對植被和房屋等進(jìn)行安全距離的檢測等功能，可以支持運(yùn)行巡視人員進(jìn)行全方位可視化的電力線路走廊觀察。

通過線路規(guī)劃設(shè)計的靜態(tài)數(shù)據(jù)與巡視監(jiān)測動態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與巡視數(shù)據(jù)同輸入、空中與地面巡視數(shù)據(jù)互補(bǔ)充，可以提供線路通道全過程、無盲區(qū)的三維立體數(shù)據(jù)信息來源，從而使實現(xiàn)真實場景與實時監(jiān)測于一體的可視化電網(wǎng)成為可能。通過建立適用于多源數(shù)據(jù)的信息通道和專業(yè)數(shù)據(jù)庫，將“大數(shù)據(jù)”理念引入輸電線路，深入數(shù)據(jù)融合并挖掘數(shù)據(jù)價值，為開展輸電線路狀態(tài)評價提供堅實的數(shù)據(jù)支撐。建立云計算平臺，布置輸電線路模型與專家評價系統(tǒng)，實現(xiàn)電網(wǎng)安全的智能化預(yù)警、防治與應(yīng)急處理，并提出運(yùn)維策略建議。

4 結(jié)語

本文綜述了當(dāng)前輸電線路巡視的3種模式和特點，以及輸電線路通道環(huán)境巡視所采用的技術(shù)。展望了通道環(huán)境巡視應(yīng)用前景：采用直升機(jī)、無人機(jī)與人工協(xié)同巡檢模式，并結(jié)合輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對輸電網(wǎng)絡(luò)線路資料的數(shù)字化與可視化；運(yùn)用大數(shù)據(jù)理念，深入數(shù)據(jù)融合并挖掘數(shù)據(jù)價值，通過云計算平臺，為開展輸電線路狀態(tài)評價提供堅實的數(shù)據(jù)支撐和決策建議，從而推進(jìn)輸電線路狀態(tài)巡視，有利于加強(qiáng)線路通道環(huán)境的管理，提升輸電線路運(yùn)維管理水平。

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（本文編輯：龔皓）

Inspection Technology for Channel Environment of Overhead Transmission Line and Its Application

DENG Yuanjing1，WANG Congmin2，XIA Kaiquan1，JIANG Jiong2，ZHANG Hao2
（1.China Electric Power Research Institute，Beijing 100055，China；2.State Grid Ningbo Power Supply Company，Ningbo Zhejiang 315016，China）

The inspection efficiency and quality of channel environment of overhead transmission line are directly related to the safe and reliable operation of power grid.This paper comprehensively expounds three present line inspection modes and their characteristics,and it analyzes main inspection technologies employed in each mode.Additionally，it suggests that further research should be conducted by combining online monitoring system under helicopter and unmanned aircraft inspection partnered with manual inspection to fulfill the digitization and visualization of the line information of power transmission networks，and thereby offers data support and decision-making suggestions for state assessment of power transmission line，promoting conditionbased inspection of power transmission line as well as improving operation and maintenance management level of power transmission line.

overhead transmission line；channel environment；inspection technology；state assessment

TM732

：B

：1007-1881（2014）08-0028-04

2014-07-03

鄧元婧（1980-），女，陜西西安人，助理工程師，主要從事電網(wǎng)輸電線路狀態(tài)檢修與設(shè)備全壽命周期管理的研究工作。