架空输电线路无人机及人工巡检互补机制的研究

架空输电线路无人机及人工巡检互补机制的研究

冯雪峰1高宇辉2

（1.国家电网上海电力公司检修公司上海200063；2.国家电网上海电力公司青浦供电公司上海201799）

摘要：随着国民经济的高速发展，配套电力设施的不断增加，相对应的设备巡检需求也在不断扩大。对于高压输电线路来说，设备长期暴露在外，由于气象条件的复杂以及现场环境的多变，导线、地线、避雷线、基础、金具、绝缘子等在长时间运行后，由于各种外力的长期作用，可能发生断股、锈蚀、过热等情况影响设备运行。

关键词：架空输电线路；电力杆塔；无人机；巡检机制

1架空输电线路

架空输电线路是电力系统的重要组成部分之一，极易遭受雷电、风雨霜雪、污秽、覆冰、植物生长等各种自然因素的影响而发生跳闸等故障。一旦发生故障，就会影响电力系统的安全稳定运行，甚至造成部分区域失电。因此对输电线路有效的监控、管理和维护具有很重要的意义。

架空输电线路大多建在郊区甚至偏远的山区，电力运输系统的稳定性还存在着欠缺之处，不能够提供稳定的电力，使人们在使用电能时仍然存在不便之处。当电力输送到偏远山区时，对电力运输过程的要求也较高。使电能运输到偏远山区，需要借助很多的山脉进行运输，这样就大大提高了电路检修的难度，传统的人力巡检存在较大的安全隐患。随着架空输电线路的发展，无人机巡线也越来越多的被应用。国内部分电力公司已采用小型固定翼和多旋翼无人机用于输电线路巡检。而针对无人机巡检暂时还未攻克的系统故障、飞行环境、机载设备性能等难点，无人机与人工联合巡检模式便产生了，这一模式的产生为输电线路巡检工作提供了可靠的保障。

2传统人工巡检存在的弊端

2.1劳动人员数量有限

人工巡检模式通过靠人力手持望远镜、背载红外热像仪等巡检设备进行巡检。针对高压输电线路的运行管理模式和常规的作业方式，传统的巡检方式面临许多困难：劳动强度大、工作条件艰、劳动效率低等，遇到电网紧急故障和异常气候条件，线路人员不具备有利的交通优势，这种巡检方式已经不能完全适应现代化电网建设与发展的需求。

随着输电线路数量的不断提升，工作量也不断的加重。技术人员扩充的数量与电路增加的数量不成正比，这一现象导致技术人员不能及时地对电路进行巡检工作。这很可能会导致无法及时的排查问题，进而影响到电力输送的稳定性。

220kV级以上的架空线路塔基之间距离很远，人员若要对其进行检修，有很大一部分时间将会浪费在巡检的途中，影响了巡检工作的效率。随着工作量的增加，劳动人员很容易出现为了达到巡检数量的要求而降低巡检的质量，如若巡检工作不能有效地进行，势必对电能的传输埋下隐患。当输电线路发生故障时，再进行检修，这无疑增添了工作量，且检修的过程也将更加繁琐，对电网恢复稳定造成不必要的麻烦。

2.2地形限制严重

随着电网的发展，考虑远景年电力全覆盖的问题，近年来新架设了许多输电线路，切越来越多的电能是通向乡镇、农村以及山区。考虑到传输方向以及线路走廊等问题，越来越多的输电线路选择架设在山区。架设途中，需要经过很多地形复杂的山脉地带、农田等地方。这些地方存在人员无法到达的区域，并且还有很多地区尽管人员能够到达，但是若进行巡检工作则存在很大的风险，若操作不当可能存在生命危险的地方。这就有碍巡检工作的有序进行，对对电力的稳定输送造成影响。因此，地形的因素对传统人工巡检工作的进行有着严重的限制作用。

2.3人工检修范围有限

输电线路巡检技术人员数量之所以增长缓慢，主要是因为传统的巡检工作存在很大的风险，使很多人对此避而远之。的确，尽管传统的工作不需要跋山涉水，但是最基本的基塔检修工作也存在很大的风险，基塔的高度很高，技术人员需要借助工具登上基塔对其进行检修，而基塔上输送的是电压达到几万伏甚至千万伏的高电压，对工作人员的技术要求较高，若操作不当便会威胁技术人员的生命安全，这些工作仅仅停留在基塔的中端部位，基塔的塔尖的检修工作却依旧存在很大的检修困难。因此传统的人工巡检工作存在工作范围小的问题，导致巡检工作不能全方面彻底的进行。

3无人机和人工巡检的互补机制

3.1输电线路无人机巡检特点

输电线路用巡检无人机分为3种：固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机。近年来，国内各大电网公司都先后开展无人机巡检线路的研究，并取得了一定的成绩，但仍有一些技术问题尚未解决。总体来说，输电线路无人机巡检技术已部分成熟，主要有以下几个特点：

1）无人机及机载设备体积小、重量轻、携带方便。

2）巡检不受地域影响，机动灵活、效率高。

3）航空管制对无人机的影响稍小，仅在特殊时期有专门的航空管制声明。

4）巡检成本较低，几乎无人身风险。

5）部分技术不成熟，安全系数低。由于无人机巡检技术涉及电力、气象、自动控制和信息等多个领域，部分技术如自动控制和信息传输等在无人机巡检应用上还不够成熟，安全系数相对较低。

3.2输电线路地面人工巡检特点

1）地面人工巡检方式应用广泛，发现铁塔基础缺陷能力强但技术含量低。输电线路无人机巡检近些年才兴起，目前使用最多的巡检方式仍为传统的地面人工巡检。地面人工巡检能够对一些细小的隐患和缺陷进行快速、直接的现场处理或反馈，在发现铁塔基础缺陷方面较有优势。

2）传统的地面人工巡检工作量大、效率偏低。山区地形时，每人每天只能巡检3~5基铁塔；平原地区时，每人每天巡检6~8基铁塔，相比无人机每小时巡检路线达到20km铁塔约20基，地面人工巡检效率低。

3）部分地区无法开展地面人工巡检。部分输电线路分布在无人区、原始森林区、冰雪覆盖区、滑坡泥石流地质灾害区和跨江跨河等复杂地形区域，地面人员无法到达线路所在位置，因此无法开展地面人工巡检工作。

4）线路红外检测难度大。传统的地面人工红外检测是由巡线员携带手持红外热像仪，奔走于崇山峻岭之间，抵达线路下方后操作仪器进行设备发热检查。这种方式存在的问题有：手持红外成像仪重量较重且价格较贵，在崇山峻岭间携带不方便且不安全；线路档距中央接续管不易进行测温。

5）巡检作业人身伤害风险高。传统的地面人工巡检作业受地理环境因素的影响较大，在野外巡检遭受马蜂和蛇虫叮咬概率大，巡检条件艰苦，作业人身伤害风险高。

3.3无人机和人工巡检的互补机制

国外的输电线路巡检作业机制以直升机巡检为主，无人机和地面人工巡检为辅。如法国电力公司实行的是常态化直升机巡检每年1次，地面人工登塔巡检每15年1次的配合机制，新加坡电力公司实行的是常态化直升机巡检每年1次。

综合我国国情，我们考虑使用无人机及传统人工巡检的方式。根据不同电压等级线路的特点，选择恰当的配比。

地面人工巡检发现铁塔瓶口以下缺陷的能力强；多旋翼无人机巡检可免去人工登塔的繁重工作，发现铁塔瓶口以上的缺陷能力强；固定翼无人机由于飞行速度快和抗外界因素高等特点，适合查找断线和倒塔等严重事故事件。

从架空输电线路的巡检内容和方法来看，无论是人工巡检、还是无人机的巡检工作，都依赖热像仪的技术支持，只是在不同的工作环境和任务状态下，两者都有着自己的长处和短处，采用合适的工作方式，仍然需要管理人员进行判断和考虑。地面人工及无人机的巡检应该采取互相补充，取长补短的方式，从实际情况出发，优化资源配置，实行最科学、合理、有效的巡查计划。有能力的单位可以让两种巡查方式重叠进行，全面提高巡查的质量。

4结束语

综上所述，近年来随着科学的进步和信息科技的支持，巡查的力度和技术要求也越来越高，无人机的使用打破了传统人工巡检的局限，使得对于架空输电线路的管理和监督方式朝着多元化的方向发展。

参考文献

[1]尹磊，鲁贵文.机载激光雷达在线路设计中的应用[J].科技创新导报，2013（17）：65-66.

作者简介：

冯雪峰（1990.12-），男，上海人，上海电力学院电气工程及其自动化专业学士学位，主要研究方向：输电线路图像处理、电力无人机智能化操作、输电线路新技术应用。单位：国家电网上海电力公司检修公司，单位邮编：200063

高宇辉（1991.9-），男，上海人，上海电力学院电气工程及其自动化专业学士学位，主要研究方向：电力系统运行与控制、电力规划、电能质量控制。单位：国家电网上海电力公司青浦供电公司，单位邮编：201799