飛行器電力巡檢探討

姜薈叢

（西北工業大學，陜西 西安 710072）

0 引言

近年來，我國國民經濟的持續快速發展對我國電力工業提出了越來越高的要求。為了安全、可靠的供電，巡線維護自動化和現代化已日益顯示出其迫切性。 傳統的人工巡檢方法工作量大、條件艱苦，特別是對于山區和大江大河的輸電線路巡檢存在很大困難，甚至一些巡檢項目靠常規方法是難以完成的。

截至2011年我國220 kV以上輸電線路已達到48萬km，500 kV線路已成為各大電力系統的骨架和跨省區的聯絡線，國家電網公司在“十二五”規劃中提出，今后我國將建設聯接大型能源基地與主要負荷中心的“三縱三橫”特高壓骨干網架和13項直流輸電工程（其中特高壓直流10項），形成大規模“西電東送”、“北電南送”的能源配置格局，面對如此龐大的輸電網絡，要完成高效率的輸電線路的巡檢任務，單單依靠常規的人工徒步巡檢已很難適應電網發展的現代化要求，利用飛行器進行線路巡檢已成為國內外電網運維單位的共識。

1 國內外飛行器電力應用現狀

歐美各國在20世紀50年代開始研究并使用直升機完成巡線、帶電作業和線路施工［1-3］，20世紀80年代開始，我國也開始研究利用直升機巡線的技術［4-7］，近年來，我國在有人飛機巡線和無人飛機巡線方面進行了較為廣泛的研究，并取得了長足的進步。在國內最早進行直升機工程應用的單位是國家電網通用航空有限公司，公司成立十年來，已具有美國貝爾206B3型、206L-4型、407型、法國歐直EC-120B型等系列航空器，年均飛行500 h/架，是目前中國通用航空業最大的直升機電力作業專業公司。其在直升機巡航作業、帶電水沖洗絕緣子、帶電檢修、展放導引繩、3D激光掃描和高海拔作業等方面已積累了豐富的經驗。近年浙江電力公司在直升機電力巡線檢測設備方面進行了大量的工作，取得了一定的成績。但由于直升機應用成本高、投資大，同時也存在一定的作業風險，現在國內擁有直升機實用化電力作業能力的單位為數不多。近年來英國、德國、澳大利亞、西班牙和日本先后開展了無人直升機電力巡檢的相關技術研究，由于各種原因，現在主要還是處于實驗室水平，并未應用于實際生產中。 國內主要有山東電力、福建電力、遼寧電力、安徽電力、四川電力等系統內單位從事相關科研項目的研究，相關媒體也先后進行了上述幾家公司應用無人機進行電力巡檢的報道。 其中山東公司是最早進行無人機電力巡檢研究的單位之一，山東公司現在主要擁有包括無人直升機和固定翼無人機等多種機型，已實現無人機輸電線路常態化巡檢。福建公司先后采用了100 kg級和450 kg級無人直升機開發巡檢系統，以增加續航時間和抗風能力，安徽公司主要在無人機直升機檢測設備方面進行了相關的研究。

2 飛行器在電力行業的應用分析

飛行器按照不同的控制方式，可分為有人飛行器和無人飛行器，有人飛行器一般體積較大，其載重能力一般都大于100 kg，對駕駛人員也有一定的要求，需考取專業的駕駛執照。無人飛行器大小不等，小的無人飛行器重量可小于1 kg，大的飛行器重量可以噸計。不論對于哪種飛行器，通過搭載不同的檢測設備，可分別執行不同的巡檢任務。

直升機巡視技術。直升機巡視高壓輸電線路是指直升機裝備陀螺穩定的紅外熱成像儀與可見光檢測儀對線路進行檢查，機上的GPS定位儀可以對航行路線精確導航，它具有高效、不受地域影響、可靠等優點。 紅外成像檢查是利用紅外熱像儀對線路上的導線接續管、耐張管、跳線線夾、導地線線夾、金具、絕緣子等進行拍攝，分析數據，判斷其是否正常，同時進行全程紅外跟蹤錄像。可見光檢查是在航巡中運用望遠鏡、照相機、機載可見光鏡頭跟蹤記錄導地線、桿塔、金具、絕緣子等部件的運行狀態、線路走廊內的樹木生長、地理環境、交叉跨越等情況，同時進行全程跟蹤錄像。

直升機巡視作業基本要求。 一是直升機由一名飛行員駕駛，兩名航巡員操作巡視設備。二是為更好地觀察銷釘類的微小缺陷，每次巡視將直升機在塔頭懸停時間為2～3 min，對于500 kV輸電線路，采取在線路單側巡視方式，即在線路一側巡視時檢查鐵塔三相導地線及金具，巡線時直升機與500 kV交流線路安全距離保持在15～20 m；與±660 kV直流線路安全距離保持在20～25 m。作業速度保持在12 km/h左右。三是一名航巡員用機載紅外熱成像儀對線路導地線、間隔棒、接續管進行檢測并錄像，另一名航巡員用可見光攝像儀進行觀察并錄像，發現問題后，用望遠鏡進行詳細檢查、拍照。四是檢查鐵塔時飛機在鐵塔斜側上方懸停，兩名航巡員同時對鐵塔、絕緣子、金具等進行檢查、錄像。

2011年山東電力首次將直升機巡視技術引入山東電網，全年直升機巡視線路2 097 km，巡航里程5 000余公里，發現缺陷153項，其中31項是地面巡視難以發現的缺陷、6項屬危急缺陷。但是，目前直升機巡視技術受惡劣天氣和國家航空管制影響較大，其規模化應用仍然受到一定的限制。在國家電網公司“十二五”規劃里，已明確提出加快國網通航公司發展，進一步擴大直升機業務范圍，建設直升機維修保養中心、人才培訓中心、技術研發中心、應急搶險中心和直升機電力作業中心五大中心；直升機業務范圍擴大到電網運行維護、建設施工、勘察設計、應急搶險、科學試驗、客貨運輸六大領域；建設覆蓋全國的華北（北京）基地、華中（湖北沙市）基地、西北（蘭州）基地、華東（南京）基地、四川（成都）基地、福建（福州）基地、東北（沈陽）基地等七大作業基地，在未來5年里直升機在電力行業的應用將越來越廣泛。

無人機巡檢技術。無人機按照不同的結構可分為無人直升機和無人定翼機。 無人直升機具有起降靈活，可自由懸停等諸多優點，但現階段國內大載荷無人直升機技術還不成熟，國外成熟產品又處于對華禁售的狀態，無人直升機要進行長航時、長航程的輸電線路巡查還存在技術難度。 無人定翼機則具有飛行速度快，巡航半徑大，滯空時間長等優點，但無法實現懸停。根據各自的特點，無人直升機可實現對特定目標的精細巡查，定翼無人機可實現對輸電線路走廊的整體普查。

無人機巡檢系統主要有無人機平臺、檢測系統、無線通訊系統和地面控制系統等部分組成［8-9］。無人機平臺負責執行飛行巡檢任務，機上搭載飛行控制系統，實現對無人機平臺的實時控制，無人機位置信息主要依靠GPS/北斗定位系統獲得。 檢測系統則可以根據飛行平臺的載重能力靈活配置，主要包括光電吊艙、可見光檢測設備、紫外檢測設備、紅外檢測設備等，對于小型的飛行平臺也可選擇單次搭載單個檢測設備的方式，分批次完成不同的巡檢任務。 無線通訊系統是負責地面控制站與無人機平臺交互的媒介，其主要實現控制數據、狀態信息以及實時圖像的傳輸，為保證無人機平臺的飛行安全性，無線通訊系統需實時暢通。地面控制系統主要是接收無人機飛行平臺運行狀態參數，發送控制指令，集中顯示實時圖像等。

無人機巡檢相比人工徒步巡視具有效率高、檢測精度高等優點；飛行平臺相比直升機成熟度還不高，但其具有使用成本低、操作簡單等優點。在國網公司的“十二五”生產規劃中也明確指出：“到2015年，在特高壓線路、跨區長距離輸電線路、主干線路以及人工巡檢無法到達地區推廣應用直升機、無人機、機器人巡線等智能巡檢，顯著提高輸電線路安全運行可控、能控、在控水平。”無人機巡檢將逐漸成為現有人工巡檢和直升機巡檢的有益補充，在生產實際中會發揮越來越大的作用。7月26日，在山東省濰坊市壽光侯鎮，一架無人直升機開始對220kV壽海線進行智能巡檢。這是山東電力集團公司電力科學研究院研制的“智能巡線千里眼”無人直升機智能巡檢系統常規飛行巡檢的第一步，標志著山東電力在全國率先實現了將無人機巡線納入線路巡檢常態化應用。

飛行器除了在電力巡檢方面的應用外，也可廣泛應用于其他的電力作業。 對于大載荷直升機可進行相關輸電線路建設塔材吊裝等工作，對于無人機飛行器可進行電力災后巡查，應急評估等工作。

2011年5月在海拔2 800多米的青海格爾木，一架卡-32型直升機成功吊起2.2 t的鐵塔材料，穩穩放在鐵塔底座，順利組立起了一座電力鐵塔，從起吊到工作結束只用了13 min。在汶川地震后，無人機對災區實施了航拍，在抗震救災中發揮了重要作用。

3 結語

本文介紹了飛行器在電力行業的應用，包括電力巡檢和電力作業等。 根據不同飛行器的特點可分別執行不同的巡檢任務。隨著研究的不斷深入，各種飛行器的潛能將不斷被挖掘，在不久的將來，在電力巡檢和作業現場我們會越來越多的看到直升機、無人直升機和無人定翼的身影。各種飛行器在電力行業的應用研究也將為其在國民經濟其他領域應用做打下一個良好的基礎。