无人机在电力巡检中的应用

陈剑 胡春霞

摘 要：随着电网规模的不断发展壮大，传统的人工巡检方式已无法适应新形势下输电线路运行维护要求，以多旋翼无人机为载体的输电线路巡检系统正受到越来越广泛的关注。在分析了输电线路巡检的特殊要求后，从实际出发，针对目前多旋翼无人机在电力巡检中的应用提出了一些看法，总结了当前输电线路无人机巡检的诸多特点。

关键词：电力巡检;多旋翼无人机;人工巡检方式;无人机多功能作业

0 引言

随着电网规模的不断发展和壮大，全国发电装机容量已从2000年的3.2亿kW增长到2011年的10亿kW，2019年更是突破20亿kW达到20.11亿kW;全国发电量从2010年的4.21万亿kW·h增长到2020年的7.42万亿kW·h;同时，全国用电量也随着社会经济的飞速发展，由2010年的4.19万亿kW·h增长到2020年的7.51万亿kW·h。

1949年，全国35 kV及以上输电线路长6 475 km;1978年，全国35 kV及以上输电线路长23万km;2002年国家电网公司组建成立以来，电网建设进入快速发展的新阶段。2006年，全国35 kV及以上输电线路长度突破100万km;2011年，西藏与西北电网实现异步联网。截至2018年底，35 kV及以上输电线路长度达到189.2万km，较1949年增长291倍，位列世界第一。

电力线路搭建完成后，需要定期维护、保养线路和杆塔。传统的输电线路巡视主要采用人工巡检方式，即步行巡视及攀登杆（塔）等进行线路巡检，同时借助检测人员肉眼及红外热成像仪、望远镜等设备来对待检测输电线路的外观状况和发热状况等进行直接观察，借助测距仪来测定输电线路的安全距离是否满足安全规范和要求。随着输电线路规模不断发展、范围不断扩大，在野外环境下，受地形环境、天气条件等因素影响，人工巡检方式不仅工作强度大、工作条件差、存在人身安全风险，同时巡检准确度和巡检效率还会受到所用检测设备以及输电线路所在地形等因素限制，从而影响输电线路巡检作业的顺利开展。

而采用无人机进行巡检作业受地形、环境等因素影响不大，能够有效弥补传统人工巡检作业存在的不足，大大提高输电检修和运维的效率，且许多工作能在完全带电的环境下完成。无人机在电网巡检工作中的应用，为电网运检维护提供了一条高效、安全、经济的新途径。

1 无人机应用于架空输电线路巡检不受传统条件限制

1.1    不受地形地貌的限制

借助无人机巡检输电线路，巡检人员不用接近输电杆塔和输电线路，可以远距离甚至在超视距的情况下操作无人机，不会受到巡检线路所在陡峭山区地形和多河流地貌影响，利用无人机来近距离、多方位、多角度地对输电线路中的绝缘子、导地线、金具等设备进行观察。

1.2    不受天气条件或地理气候环境的限制

对于雾霾、大风、阴雨等比较恶劣的天气或高海拔高寒地带气候条件比较严酷，人工无法作业的输电线路地段，可以借助无人机来开展日常、故障、特殊线路巡检作业。利用无人机机动性能好、灵活性好、生存能力强、安全性较高、使用方便等优势来代替巡检人员作业，克服恶劣天气和严酷气候对巡检作业的影响。

1.3    不受巡视杆塔金具大小和安装角度的限制

输电杆塔上的众多金具大多具有体型小、安装角度特定、难以观察等特点，在人工巡检作业中，巡检员会采用望远镜进行观察，但杆塔上的销钉很小，巡检员要远距离观察销钉的断裂和缺失有一定难度。输电杆塔上部分螺栓和螺帽安装在金具上部，在杆塔下很难观察到。

无人机是贴近杆塔飞行进行巡视，可以利用无人机操作灵活、控制简单的优势近距离观测众多较小金具，并且围绕输电杆塔多方位、多角度地拍照;还可以利用高清相机采用变焦功能来获取高清和局部放大的图片[1]。

2 无人机巡检带来的优势

2.1    提升输电线路巡检效率

无人机可以由操作人员远距离操作，实现快速飞行、悬停、自动定位、巡航等功能，便捷地监测输电线路中的金具、导地线、杆塔等元器件。通过机身搭载高清摄像设备可以实时将相应影像传回地面测控平台[2]，及时判断线路是否有缺陷和故障点;甚至能通过中继方式把影像传回电网控制中心，对现场灾害和故障对输电杆塔和线路造成的损害及时做出预判，以便制订应对灾害的对策。也可利用高清照相机，在现场拍摄绝缘子串及连接金具中螺钉、销钉、连接板等图片，拍摄完一个杆塔后马上飞到下个杆塔进行图片的拍摄，将图片保存在无人机存储器中，巡检完成后在计算机上查看图片中部件是否有缺陷或缺失。这种工作方式缩短了杆塔和线路的现场巡检时间，提高了巡视效率，同时降低了人工作业风险。

2.2    无人机多功能作业

无人机小巧灵活，重量轻，携带方便，操作简单，可以搭载不同检测设备来实现不同的功能。可搭载高清相机和摄像机获取输电线路金具、导地线等元器件的质量缺陷;搭载激光雷达测距等设备来对输电线路走廊下方超高树木、建筑等进行测量，激光雷达测距结果精确度远高于经纬仪;搭载倾斜摄影、激光雷达等设备扫描线路，形成数字模型[3]，以有效掌握线路和线路附近的三维情況，从而对沿线通道有一个立体、形象的了解，方便后期的维护和检修;发生灾害及线路故障后，在无人机的帮助下可以精确定位故障点，故障查找问题迎刃而解;搭载放线支架进行牵引绳引渡放线，在相邻线塔间进行牵引绳的展放，完成输电线路的架设;搭载强光照明设备和喊话系统，在输电线路夜晚紧急抢险中，可以为现场提供视野和指挥通信;搭载喷火设备，可以有效清除输电线路中挂在两相之间的风筝、塑料膜等异物。

2.3    无人机作业的标准化

（1）确定巡检类型，根据不同巡检任务需求对巡检拍摄内容做出调整和规定，并针对不同电压等级、不同塔型设定科学、标准的巡检路径、巡检高度;