錢金菊，麥曉明，王柯，易琳，彭向陽，饒章權(quán)

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080)

廣東電網(wǎng)大型無人直升機電力線路規(guī)?；矙z應(yīng)用及效果

錢金菊，麥曉明，王柯，易琳，彭向陽，饒章權(quán)

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080)

摘要：介紹了自助研發(fā)的大型無人直升機多傳感器電力線路全自動巡檢系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)在廣東電網(wǎng)部分典型運行線路上開展的規(guī)模化巡檢方案及結(jié)果進(jìn)行闡述。采取無人直升機通道巡檢和精細(xì)巡檢相結(jié)合的巡檢方式，對輸電線路通道環(huán)境、安全距離、異常發(fā)熱、異常放電以及導(dǎo)地線、絕緣子、金具等線路設(shè)備外觀、結(jié)構(gòu)缺陷，進(jìn)行多傳感器、多維度同步檢測和聯(lián)合診斷；再將巡檢診斷結(jié)果經(jīng)由線路運維單位進(jìn)行人工復(fù)查，并與歷史缺陷數(shù)據(jù)對比，驗證了巡檢結(jié)果的可靠性，有助于提高輸電線路運維水平。

關(guān)鍵詞：大型無人直升機；架空電力線路；全自動巡檢；通道巡檢；精細(xì)巡檢；多傳感器檢測

隨著經(jīng)濟發(fā)展和用電需求增大，電網(wǎng)規(guī)模迅速擴大，特別是國家實施能源互聯(lián)網(wǎng)、西電東送等重大工程，作為清潔能源輸送通道的輸電線路規(guī)模仍將繼續(xù)大幅增加，對輸電線路運維和巡檢效率提出了更高要求。傳統(tǒng)巡檢方式為人工定期巡檢，巡檢手段單一，僅靠人工肉眼及簡單手持儀器，視線可能受到遮擋，無法識別線路細(xì)節(jié)，查找線路故障及隱患效率不高；而且大部分線路環(huán)境惡劣，地形復(fù)雜，交通不便，巡線人員勞動強度大、工作條件艱苦。人工巡檢已不能滿足現(xiàn)代化電網(wǎng)高效運維需求。

近年隨著科技進(jìn)步，無人機技術(shù)得到快速發(fā)展。利用無人機搭載高清相機、紅外成像儀、紫外成像儀、激光雷達(dá)等傳感器，可從空中即不同于地面巡視的視角對輸電設(shè)備進(jìn)行檢查，無人機用于線路巡檢得到越來越廣泛的應(yīng)用[1-2]。無人機巡檢可以實時得到輸電線路相關(guān)狀態(tài)，并經(jīng)數(shù)據(jù)分析，自動識別相應(yīng)的故障；可以迅速排查線路存在的各種故障及隱患，縮短巡檢周期，高效完成巡檢任務(wù)；可以不受地形、環(huán)境影響快速到位，迅速查找隱患，為故障搶修復(fù)電提供有力幫助。綜上所述，無人機巡檢能夠解決傳統(tǒng)人工巡檢勞動強度大、效率低等問題，可以對輸電線路進(jìn)行快速、安全的巡檢，具有重要價值，已成為輸電線路巡檢領(lǐng)域的一個研究熱點[3-5]。

鑒于無人機巡檢的顯著優(yōu)勢，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司(以下簡稱“廣東電網(wǎng)公司”)成功研發(fā)了大型無人直升機多傳感器巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)以無人直升機為載體，集成高分辨率數(shù)碼相機、紅外熱像儀、紫外成像儀、三維激光掃描儀、慣導(dǎo)及全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystem，GPS)，突破時間同步、高精度定位定姿、多傳感器數(shù)據(jù)融合處理等關(guān)鍵技術(shù)[6]?；跓o人直升機多傳感器巡檢系統(tǒng)，對廣東地區(qū)實際帶電運行線路開展規(guī)?；娜詣友矙z作業(yè)[7-11]。涵蓋110～500kV電壓等級單回和同塔多回線路，線路所處地形包括平原、丘陵、山地、大跨越等，對輸電線路走廊環(huán)境、安全距離、異常發(fā)熱、異常放電以及絕緣子破損、金具銹蝕等缺陷進(jìn)行了多維度檢測和診斷。

本文基于電網(wǎng)輸電線路實際巡檢情況概述了無人直升機巡檢流程、巡檢模式、巡檢應(yīng)用整體情況，并詳細(xì)介紹了幾條典型線路無人直升機巡檢應(yīng)用結(jié)果。

1大型無人機巡檢流程及功能

無人機巡檢是以無人直升機為平臺，搭載可見光、紅外、紫外等任務(wù)傳感器對線路本體、附屬設(shè)施以及線路通道進(jìn)行巡視和檢測[12]。一般無人機巡檢作業(yè)的流程如圖1所示。

圖1　無人機巡檢作業(yè)流程

廣東電網(wǎng)公司研制的復(fù)雜地形條件下大型無人直升機多傳感器電力線路巡檢系統(tǒng)[6]，采用國產(chǎn)Z-5型無人直升機，具有超低空、超視距、低速度安全巡檢能力，建立了通道巡檢、精細(xì)巡檢兩種典型巡檢模式，具備無人機飛行航跡點、檢測任務(wù)點自動布設(shè)功能，并支持無人機單側(cè)巡檢、雙側(cè)巡檢兩種作業(yè)方式；具備自主避障功能，可實現(xiàn)無人機視距外巡檢過程可視化，提高了可靠性；可同步獲取視頻、光學(xué)數(shù)碼相片、三維激光點云、紅外視頻、紫外視頻數(shù)據(jù)，全方位、多角度檢測輸電線路導(dǎo)地線、金具、絕緣子、桿塔的安全狀況，及時發(fā)現(xiàn)線路缺陷和安全隱患，能滿足輸電線路正常巡檢、應(yīng)急巡檢等多種巡檢需求。

2大型無人直升機巡檢模式

大型無人直升機巡檢模式一般有精細(xì)巡檢、通道巡檢、故障巡檢、特殊巡檢等模式[12]。正常巡檢一般采用通道巡檢和精細(xì)巡檢兩個模式；故障巡檢一般是線路故障發(fā)生后，通過無人直升機巡檢查找故障點，檢查設(shè)備受損和異常情況；特殊巡檢一般是在特殊情況下(如發(fā)生自然災(zāi)害或線路處于特殊運行方式等)采用無人機進(jìn)行災(zāi)情勘測或?qū)ｍ棛z查。

2.1通道巡檢

通道巡檢主要使用三維激光掃描儀和短焦相機，完成線路走廊三維情況的測量和重建，以確定桿塔、設(shè)備的準(zhǔn)確坐標(biāo)，測量通道內(nèi)安全距離不足缺陷。根據(jù)搭載傳感器不同，通道巡檢分為快速巡檢和掃描巡檢。

快速巡檢利用可見光相機或攝像機、紅外熱像儀、紫外成像儀等裝置對線路設(shè)備及線路走廊進(jìn)行快速檢查，主要巡檢對象包括導(dǎo)地線異物、桿塔異物、通道下方樹木、違章建筑、違章施工、通道環(huán)境等，適用于沒有特殊運維需求的巡檢。

掃描巡檢利用三維激光掃描儀對線路設(shè)備及通道環(huán)境進(jìn)行掃描檢查，獲取三維點云數(shù)據(jù)。主要巡檢對象包括通道下方樹木、違章建筑、違章施工、通道環(huán)境等。適用于對線路通道安全測距以及線路走廊整體三維建模。

2.2精細(xì)巡檢

精細(xì)巡檢主要對象為線路本體設(shè)備及附屬設(shè)施。精細(xì)巡檢要求利用可見光相機或攝像機、紅外熱像儀、紫外成像儀等裝置對線路設(shè)備進(jìn)行較近距離的拍攝、測溫和異常放電檢查，確定輸電線路設(shè)備缺陷和隱患情況。精細(xì)巡檢適用于在首次開展無人機巡檢線路、存在缺陷或異常的線路，以及需要開展精細(xì)化巡檢的線路。

3大型無人直升機規(guī)?；矙z概況

2014年1月以來，廣東電網(wǎng)公司利用自行研發(fā)的大型無人直升機電力線路全自動巡檢系統(tǒng)，分別在廣東佛山、清遠(yuǎn)、湛江、珠海、中山、惠州、廣州等地區(qū)開展了實際運行線路規(guī)?；矙z工作，包括輸電線路正常巡檢、臺風(fēng)應(yīng)急巡檢、保供電巡檢等，共完成了24條線路52個架次的無人直升機巡檢任務(wù)，累計巡檢線路長度230km，巡檢范圍涵蓋了110～500kV電壓等級的單回和同塔多回線路，所處地形包含平原、丘陵、山區(qū)、河流、大跨越等，涵蓋夏冬季的高、低溫，以及晴、陰、雨霧、大風(fēng)等天氣，累計發(fā)現(xiàn)線路缺陷、隱患200余項，其中緊急、重大缺陷10余項，包括結(jié)構(gòu)異常、異常溫升、紫外放電、安全距離超限等，巡檢數(shù)據(jù)均得到人工現(xiàn)場核實，結(jié)果有效。

4典型線路無人機巡檢情況

4.1珠海220kV海八甲乙線

4.1.1巡檢方案

珠海220kV海八甲乙線巡檢區(qū)段處于山地丘陵地區(qū)，包含一段河涌大跨越段。該線路部分區(qū)域是人工巡檢難以到達(dá)或者觀察的，缺陷的發(fā)現(xiàn)和消除存在一定難度，因此線路設(shè)備上可能存在較多的遺留缺陷。

本次巡檢為37—52號桿塔區(qū)段，巡檢線路長度6.154km，以37號桿塔作為起始塔，該巡檢區(qū)段為典型的跨河及連續(xù)山地地形。巡檢區(qū)段北側(cè)有110kV八魚甲乙線大港支線等多條平行線路且距離較近，部分距離小于50m。因平行線路距離過近，考慮飛行安全采用單側(cè)巡檢，從起降點飛至37號桿塔附近，沿大號側(cè)方向飛行至52號桿塔(精細(xì)巡檢為50號桿塔)，返回起降點降落。巡檢飛行計劃如圖2所示。

圖2　海八甲乙線飛行計劃

4.1.2巡檢結(jié)果

4.1.2.1通道安全距離檢查

通過通道掃描巡檢，對線路下相導(dǎo)線對地、建筑物、樹木及重要交叉跨越的距離進(jìn)行了測量。依據(jù)DL/T741—2010《架空輸電線路運行規(guī)程》，對220kV海八甲乙線巡檢區(qū)段安全距離檢查共發(fā)現(xiàn)10處導(dǎo)線距離地表樹木較近的情況，其中9處距離小于4.5m，需盡快處理；1處接近4.5m，建議盡快處理。安全距離巡檢結(jié)果見表1。

表1220kV線路安全距離不足缺陷明細(xì)

序號線路名稱位置最小距離/m1海八甲線38至39號桿塔間L1相3.292海八乙線40至41號桿塔間L3相4.453海八甲線41至42號桿塔間L1相2.374海八乙線41至42號桿塔間L3相4.095海八甲線42至43號桿塔間L1相3.926海八乙線42至43號桿塔間L3相4.317海八甲線43至44號桿塔間L1相3.918海八乙線43至44號桿塔間L3相4.419海八甲線44至45號桿塔間L1相3.9010海八乙線44至45號桿塔間L3相4.52

4.1.2.2異常發(fā)熱檢查

通過精細(xì)巡檢，對線路及桿塔設(shè)備進(jìn)行紅外發(fā)熱檢查。檢測發(fā)現(xiàn)6處絕緣子串溫度不均勻現(xiàn)象(見表2)，其中3處玻璃絕緣子串溫度分布不均，最大溫差約5 ℃。通過可見光照片對比分析，這部分絕緣子溫差系防污涂料涂層破損剝落露出玻璃后表面材質(zhì)不均勻所致，玻璃材質(zhì)與防污涂料表面發(fā)射率以及受陽光照射后熱量吸收效果不同，剝落部分顯示溫度偏低，并非典型的污穢發(fā)熱。3處復(fù)合絕緣子串溫度不均勻現(xiàn)象，最大溫差約2.5 ℃，從可見光照片對照分析，主要原因是太陽光不均勻照射的結(jié)果，照射部位整體溫度偏高、未照射部分整體溫度偏低，不屬于復(fù)合絕緣子典型局部發(fā)熱情況。

表2異常發(fā)熱缺陷及疑似缺陷

線路名稱桿塔編號缺陷內(nèi)容海八甲線37L2相耐張串及跳線串溫度分布不均勻海八甲線40L1、L2相耐張串溫度分布不均勻海八乙線48L1、L2、L3三相耐張串及跳線串溫度分布不均勻海八乙線38L1、L2相懸垂串溫度分布不均勻海八乙線42L2相懸垂串分布不均勻海八乙線42L1相懸垂串分布不均勻

4.1.2.3異常放電檢測

通過精細(xì)巡檢，對線路及桿塔設(shè)備進(jìn)行了紫外放電檢查。未見明顯放電現(xiàn)象。

4.1.2.4可見光檢查

通過精細(xì)巡檢，對線路及桿塔進(jìn)行可見光檢查，主要包括絕緣子破損、傾斜、防振錘移位缺失、桿塔導(dǎo)線異物、金屬部件銹蝕等。220kV海八甲乙線巡檢區(qū)段，共發(fā)現(xiàn)可見光缺陷10處。根據(jù)南方電網(wǎng)公司《設(shè)備缺陷定級標(biāo)準(zhǔn)》，其中一般缺陷5項，其他缺陷5項。

4.2中山220kV橫翠甲乙線

4.2.1巡檢方案

中山220kV橫翠甲乙線，起點為220kV橫門電廠，終點為220kV翠亨變電站，全長11.036km，共28基桿塔，1號桿塔為同塔四回架設(shè)，2—28號桿塔為同塔雙回架設(shè)。該線路同時具備平原、河涌大跨越以及山區(qū)的地形特征，具有較高代表性。

本次巡檢因1、2和28號桿塔距離電廠和變電站過近，不滿足飛行安全要求，故選取3—27號桿塔作為巡檢區(qū)段，總長度10.107km，以4號桿塔作為起始塔。采用雙側(cè)巡檢方式，從起降點飛至4號桿塔附近，先沿小號側(cè)方向飛行至3號桿塔，跨線后沿大號側(cè)方向飛行至27號桿塔，跨線后再沿小號側(cè)方向飛行至4號桿塔，返回起降點降落，飛行計劃如圖3所示。

圖3　橫翠甲乙線航跡規(guī)劃

4.2.2巡檢結(jié)果

a) 通道安全距離檢查。通過通道掃描巡檢，220kV橫翠甲乙線共發(fā)現(xiàn)2處導(dǎo)線距離地表樹木較近的情況，與樹木距離均小于4.5m，如圖4所示。按照南方電網(wǎng)公司《設(shè)備缺陷定級標(biāo)準(zhǔn)》判定為緊急缺陷，需盡快處理。

(b)橫翠乙線24至25號桿塔L1相圖4　橫翠甲乙線安全距離巡檢情況

b) 異常發(fā)熱檢查。通過精細(xì)巡檢，對線路及桿塔進(jìn)行紅外熱像檢查，發(fā)現(xiàn)18項明顯發(fā)熱或疑似發(fā)熱現(xiàn)象，其中輕微發(fā)熱15項，一般缺陷2項，疑似重大缺陷1項。

4.3佛山220kV世藤甲乙線

4.3.1巡檢方案

佛山220kV世藤甲乙線，起點為220kV世龍變電站，終點為220kV藤沙變電站。全線為同塔雙回架空線路，共30基桿塔，線路全長9.800km。

本次巡檢起點為25號桿塔，終點為6號桿塔，巡檢線路段長6.579km，其中6—7號桿塔跨江段長度為0.735km。采用雙側(cè)巡檢，無人機在23號桿塔附近的起降點起飛，飛行至25號桿塔開始巡檢，按照25—6號的順序完成線路一側(cè)巡檢，然后在6號桿塔附近跨線后，按6—25號的順序完成線路另一側(cè)巡檢，完成巡檢后在25號桿塔附近跨線，然后返回起降點，巡檢飛行計劃如圖5所示。

圖5　世藤甲乙線飛行計劃

4.3.2巡檢結(jié)果

a) 通道安全距離檢測。通過通道掃描巡檢，220kV世藤甲乙線巡檢區(qū)段安全距離檢查沒有發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線距離地表樹木較近的情況。巡檢區(qū)段內(nèi)導(dǎo)線距地物距離最小的位置在18—19號桿塔檔內(nèi)，最小垂直距離6.27m。

b) 異常發(fā)熱檢測。通過精細(xì)巡檢，對巡檢區(qū)段內(nèi)的線路及桿塔設(shè)備進(jìn)行紅外熱像檢查。檢查發(fā)現(xiàn)2項明顯發(fā)熱或疑似發(fā)熱現(xiàn)象，分別為11號和8號桿塔玻璃絕緣子高壓端發(fā)熱，如圖6所示。

圖6　異常發(fā)熱缺陷紅外熱圖

c) 可見光檢查。通過精細(xì)巡檢，對線路及桿塔進(jìn)行可見光檢查，共發(fā)現(xiàn)可見光缺陷5處，具體見表3和如圖7所示。

表3　線路可見光檢查情況表

注：故障等級均為一般故障。

圖7　可見光檢測部分缺陷

4.4巡檢分析

相比小型無人直升機，大型無人直升機載荷能力大、續(xù)航時間長，可攜帶高精度、多種傳感器，實現(xiàn)復(fù)雜地形條件下長距離線路巡檢作業(yè)，滿足輸電線路高效、實用化巡檢需求。大型無人機從空中、由上至下對輸電線路設(shè)備進(jìn)行近距離巡視檢測，與人工巡檢從地面、由下而上巡檢比較，能夠?qū)θ斯ぱ矙z死角進(jìn)行檢查，與人工巡檢高、低搭配，最終實現(xiàn)由目前的人工巡檢為主，向人機協(xié)調(diào)巡檢，乃至機巡為主轉(zhuǎn)變，大力提高電力巡檢效率。

從廣東電網(wǎng)公司實施的大型無人機規(guī)?；矙z應(yīng)用結(jié)果看，無人機能夠在較短、相對集中時間內(nèi)對長距離線路進(jìn)行快速、高效巡檢，通過沿線同類設(shè)備檢測數(shù)據(jù)的橫向?qū)Ρ?，可以迅速排查缺陷設(shè)備或安全隱患，顯示出了大型無人機巡檢顯著優(yōu)勢和巡檢特色。

大型無人機是一個高度智能化的平臺，廣東電網(wǎng)公司研發(fā)的大型無人直升機多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)，充分利用了無人機的這一特點，采取無人機自動飛行、任務(wù)自動檢測的模式，實現(xiàn)了無人直升機巡檢模式的創(chuàng)新，既提高了輸電線路巡檢效率，又保障了巡檢安全。

5結(jié)束語

針對高壓輸電線路日常安全維護(hù)和應(yīng)急處置等業(yè)務(wù)需求，廣東電網(wǎng)公司成功研制了大型無人直升機多傳感器電力線路全自動巡檢系統(tǒng)，并在國內(nèi)率先對電網(wǎng)運行線路開展規(guī)模化巡檢作業(yè)，巡檢結(jié)果經(jīng)運行單位人工復(fù)查及驗證，準(zhǔn)確有效，充分顯示了大型無人直升機巡檢的優(yōu)越性。

研發(fā)的大型無人直升機巡檢系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜地形下電力線路超低空、超視距安全巡檢，采用多種傳感器對輸電線路狀態(tài)全方位檢測，提高了輸電線路巡檢效率。受制于國內(nèi)無人機平臺、傳感器、測控通信技術(shù)以及工藝水平限制，大型無人直升機巡檢系統(tǒng)可靠性以及實用化水平仍需提高，需要持續(xù)開展實用化巡檢技術(shù)研究和應(yīng)用。

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ApplicationandEffectofLarge-scaleInspectiononPowerLinesbyUsingLargeUnmannedHelicopterinGuangdongPowerGrid

QIANJinju,MAIXiaoming,WANGKe,YILin,PENGXiangyang,RAOZhangquan

(ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China)

Abstract：This paper introduces self-developed large unmanned helicopter multi-sensor full automatic inspection system for power lines and states large-scale inspection scheme for parts of typical running lines of Guangdong power grid and corresponding results. This system uses combined inspection mode of unmanned helicopter channel inspection and detailed inspection which could carry out multi-sensor and multi-dimensional synchronous detection and united diagnosis on channel environment, safe distance, abnormal heating and discharge of power transmission lines as well as equipment appearances and structural defects such as conductor and ground wires, insulators, armour clamps, and so on. Diagnosis results are then artificially rechecked by operation and maintenance units of lines and compared with historical defect data which may prove reliability of inspection results and be useful to improve operation and maintenance level of power transmission lines.

Key words：large unmanned helicopter; overhead power line; full automatic inspection; channel inspection; detailed inspection; multi-sensor detection

收稿日期：2016-02-01

基金項目：中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司重點科技項目(K-GD2013-030)

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.05.023

中圖分類號：TM855

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1007-290X(2016)05-0124-06

作者簡介：

錢金菊(1990)，女，安徽黃山人。助理工程師，工學(xué)碩士，主要研究方向為輸電線路故障診斷及智能巡檢技術(shù)。

麥曉明(1986)，男，廣東廣州人。工程師，工學(xué)碩士，主要研究方向為輸電線路運行及故障智能診斷技術(shù)。

王柯(1984)，男，四川西昌人。工程師，工學(xué)博士，主要從事輸電線路智能巡檢和高電壓試驗研究工作。

(編輯王朋)