摘 要：鑒于電力線路巡檢的重要性，介紹了云南電網(wǎng)公司多旋翼無人機(jī)及多旋翼無人機(jī)巡檢的分類情況，分析了多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)及裝備在云南電網(wǎng)500 kV輸電線路巡檢中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，確保了高壓輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：500 kV輸電線路;傳統(tǒng)人工巡視;多旋翼無人機(jī)巡檢

0 引言

我國輸電線路分布點(diǎn)多面廣，特別是高壓、超高壓輸電線路的建設(shè)比較密集，造成輸電線路走廊穿越的地理環(huán)境更加復(fù)雜，要經(jīng)過大面積的高海拔地區(qū)、水域或叢山峻嶺，給輸電線路維護(hù)和巡檢帶來了很大的困難，并且隨著輸電線路的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的人工巡視方法已無法滿足運(yùn)維需求。云南河流眾多，水利資源豐富。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，云南水電裝機(jī)容量為6 096萬kW，位居全國第二，南方五省第一，云南電網(wǎng)的運(yùn)行水平對(duì)我國“西電東送”戰(zhàn)略工程有重要影響。云南地區(qū)地域復(fù)雜，氣候多變，高山、高海拔地區(qū)的輸電線路巡檢工作艱巨，是南網(wǎng)五省中運(yùn)維難度最大的。因此，使用多旋翼無人機(jī)對(duì)500 kV輸電線路進(jìn)行巡視已成為云南電網(wǎng)輸電線路巡視必不可少的方式之一。

1 電力線路巡檢的重要性

輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，如果將整個(gè)電力系統(tǒng)比作一個(gè)人的話，輸電線路相當(dāng)于人的主動(dòng)脈，其安全可靠運(yùn)行直接關(guān)系到一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。但是，輸電線路由于長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，不僅要承受正常機(jī)械載荷和電力負(fù)荷的內(nèi)部壓力，還要經(jīng)受污穢、雷擊、強(qiáng)風(fēng)、滑坡、沉陷及鳥害等外界侵害，造成輸電線路上各元件的老化、損壞，降低絕緣子絕緣程度，引發(fā)倒桿斷線等線路故障，可能導(dǎo)致線路的非計(jì)劃停運(yùn)、變電站失壓等事故，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，通過對(duì)電力線路高效巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷和危及線路安全的隱患，有效消除缺陷，預(yù)防事故發(fā)生或?qū)⑹鹿氏拗圃谧钚∮绊懛秶鷥?nèi)，是保證電力線路及其設(shè)備安全的有效手段。

2 多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)及裝備在輸電線路巡檢中的應(yīng)用

2.1? ? 云南電網(wǎng)公司多旋翼無人機(jī)的分類

云南電網(wǎng)公司多旋翼無人機(jī)的分類執(zhí)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體按照空機(jī)重量和起飛全重分為9類，如表1所示。

2.2? ? 南方電網(wǎng)公司對(duì)使用多旋翼無人機(jī)巡檢的分類

正常巡視是指利用無人機(jī)代替人工進(jìn)行的線路正常巡視，正常巡視應(yīng)結(jié)合正常巡視計(jì)劃進(jìn)行。為保證線路安全運(yùn)行，將人巡與機(jī)巡缺陷進(jìn)行對(duì)比分析，全面評(píng)估巡檢質(zhì)量、效果，要求上一個(gè)巡視周期內(nèi)開展過無人機(jī)巡視的區(qū)段，在下一個(gè)巡視周期必須開展人工巡視。使用多旋翼無人機(jī)對(duì)500 kV仁銅甲線進(jìn)行正常巡視如圖1所示。

特殊巡視是指利用無人機(jī)代替人工進(jìn)行登塔巡視、重要部位精細(xì)化檢查、隱患點(diǎn)監(jiān)控等專項(xiàng)巡視。特殊巡視應(yīng)結(jié)合工作站特殊巡視計(jì)劃開展，該巡視具備電氣部分缺陷檢出率高，減少巡視人員高空作業(yè)量，降低人員高空墜落風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)。使用多旋翼無人機(jī)對(duì)500 kV寶七II回線進(jìn)行導(dǎo)線線間間隔棒膠套排查如圖2所示。

故障巡視是指利用無人機(jī)代替人工進(jìn)行的線路巡視，以達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，準(zhǔn)確判斷故障類型，減少巡視人員高空作業(yè)量，降低人員高空墜落風(fēng)險(xiǎn)的目的。使用多旋翼無人機(jī)對(duì)500 kV草寶線乙線進(jìn)行故障巡視如圖3所示，發(fā)現(xiàn)絕緣子表面有雷擊閃絡(luò)痕跡。

特別作業(yè)是指利用無人機(jī)攜帶設(shè)備、工器具等進(jìn)行線路異物清除、檢修、檢測(cè)等作業(yè)。使用多旋翼無人機(jī)對(duì)500 kV草寶線甲線進(jìn)行導(dǎo)線異物清理如圖4所示。

2.3? ? 高海拔地區(qū)使用多旋翼無人機(jī)巡檢的作用

2.3.1? ? 有效降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度

高海拔地區(qū)的輸電線路處于高山峻嶺之間，地形復(fù)雜，相鄰兩山海拔高差較大，線路運(yùn)維條件惡劣，并伴有冰雪、山體滑坡等多種自然災(zāi)害。人在高海拔地區(qū)，由于受到空氣中氧含量的影響，身體機(jī)能有所降低，容易出現(xiàn)高原反應(yīng)，常見的癥狀有頭痛、呼吸困難、胸悶、惡心、腸絞痛等，長(zhǎng)期在高海拔地區(qū)工作會(huì)影響工作人員的身體健康。高原地區(qū)人體最大做工能力只有平原地區(qū)人體做工能力的62.2%。特別對(duì)于云南地區(qū)來說，除了地貌復(fù)雜、山高谷深、溝壑河流縱橫外，很多區(qū)域車輛無法進(jìn)入，需要巡檢員徒步進(jìn)入深山老林開展巡視工作，部分線路巡視時(shí)需要在野外住宿及飲食，巡檢員在長(zhǎng)距離徒步巡檢的同時(shí)，還需攜帶大量物品和工器具，在一定程度上降低了巡視質(zhì)量。因此，高海拔地區(qū)輸電線路的人工巡檢，對(duì)傳統(tǒng)巡視人員來說是巨大的挑戰(zhàn)。而多旋翼無人機(jī)具有小巧靈活，不受起降地形影響的特點(diǎn)，能有效降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高巡檢質(zhì)量。

2.3.2? ? 提高運(yùn)維質(zhì)量

500 kV輸電線路由于電壓等級(jí)比較高，一般鐵塔比較的高大，鐵塔高度在20～120 m，使用傳統(tǒng)的人工巡檢方式很難看清楚鐵塔瓶口以上導(dǎo)地線、絕緣子串類、金具類等存在的缺陷，很難保證實(shí)際運(yùn)維工作質(zhì)量。而通過多旋翼無人機(jī)巡檢，可以通過近距離拍攝導(dǎo)地線、絕緣子、金具和塔身各個(gè)部位的照片，對(duì)缺陷進(jìn)行分析，確保桿塔各個(gè)部位安全運(yùn)行。據(jù)云南某公司2017年對(duì)云南14個(gè)地區(qū)500 kV輸電線路缺陷的統(tǒng)計(jì)，多旋翼無人機(jī)在巡視過程中發(fā)現(xiàn)的線路缺陷隱患檢出率為72.08%，而傳統(tǒng)人工巡視缺陷的檢出率為18.02%，多旋翼無人機(jī)巡檢比傳統(tǒng)人工巡視高出54.06%。

2.3.3? ? 有效減低運(yùn)維成本

傳統(tǒng)的輸電線路巡檢方式完全靠巡檢人員步行巡檢，特別對(duì)于高海拔地區(qū)，相鄰兩山海拔高低相差較大的輸電線路一天的巡檢量很低，根據(jù)云南某公司14個(gè)運(yùn)維站的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般兩人一天最大巡檢基位數(shù)為15基，而如果使用多旋翼無人機(jī)巡檢，則一天兩人最多可以巡視50～60基，為傳統(tǒng)人工巡視的3～4倍。根據(jù)對(duì)某公司14個(gè)運(yùn)維站2018年運(yùn)維成本初步估算統(tǒng)計(jì)，使用多旋翼無人機(jī)巡檢將比使用傳統(tǒng)人工巡檢節(jié)約運(yùn)維成本1 056.58萬元。

2.4? ? 多旋翼無人機(jī)裝備在輸電線路巡檢中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及制造業(yè)的進(jìn)步，多旋翼無人機(jī)在電力巡檢中可攜帶的設(shè)備越來越豐富。在硬件方面從最早的只可攜帶可見光設(shè)備，已發(fā)展成目前可攜帶模塊化的三維激光雷達(dá)、紅外熱像儀等設(shè)備。在軟件方面，從最早的需要人工進(jìn)行操作，發(fā)展到了目前可以自主巡檢、進(jìn)行缺陷的自動(dòng)識(shí)別與分類等。

使用多旋翼無人機(jī)搭載可見光設(shè)備，可有效降低巡檢風(fēng)險(xiǎn)，提高巡檢效率，降低巡視成本。特別是針對(duì)高電壓等級(jí)輸電線路來說，由于鐵塔高度較高，人工巡視時(shí)金具部分很難看清楚，而多旋翼無人機(jī)搭載可見光設(shè)備后，可以近距離觀察輸電線路電氣部分，但目前在使用多旋翼無人機(jī)搭載可見光設(shè)備進(jìn)行電力巡檢過程中，存在有效留空時(shí)間短，飛行距離受到遙控器圖傳和數(shù)傳限制，導(dǎo)致頻繁選擇起降點(diǎn)，巡視效率不高的問題。此外，如果飛機(jī)拍照時(shí)距離輸電線路過遠(yuǎn)，則可能存在采集到的數(shù)據(jù)不清晰，而過近則多旋翼無人機(jī)GPS定位受電磁場(chǎng)干擾，威脅多旋翼無人機(jī)飛行安全的問題。同時(shí)，由于可見光采集回來的數(shù)據(jù)大都由人工進(jìn)行判別，容易出現(xiàn)漏判、誤判的問題。多旋翼無人機(jī)搭載可見光設(shè)備進(jìn)行巡檢時(shí)，常常受到拍攝角度、自然光線的影響，使拍攝的照片不清晰或內(nèi)容不全面。

使用多旋翼無人機(jī)搭載三維激光雷達(dá)時(shí)，通常用來對(duì)輸電線路進(jìn)行通道巡檢。由于目前多旋翼無人機(jī)基本使用電池作為能源，存在續(xù)航時(shí)間短的問題。目前唯有通過不斷優(yōu)化巡視航線的方法，有效利用多旋翼無人機(jī)的留空時(shí)間，不斷提高巡檢效率。

使用多旋翼無人機(jī)搭載紅外熱像儀設(shè)備時(shí)，一般用于輸電設(shè)備迎峰度夏前和迎峰度夏期間壓接管的溫度測(cè)量，以保障輸電線路的安全運(yùn)行。但在使用過程中，存在高溫時(shí)溫度檢測(cè)準(zhǔn)確度不高，拍攝測(cè)量時(shí)受環(huán)境溫度影響較大的缺點(diǎn)，目前只有通過調(diào)整拍攝角度，盡量避免環(huán)境溫度對(duì)檢測(cè)造成影響。

3 結(jié)語

云南電網(wǎng)通過運(yùn)用多旋翼無人機(jī)在500 kV輸電線路中進(jìn)行巡檢，提高了輸電線路運(yùn)維質(zhì)量，降低了運(yùn)維成本和運(yùn)維強(qiáng)度，提高了運(yùn)維效率，確保高壓輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

收稿日期：2019-12-13

作者簡(jiǎn)介：李秉宸（1987—），男，云南個(gè)舊人，工程師，從事輸電線路運(yùn)行維護(hù)工作。