基于航拍飛行器巡檢高壓架空線(xiàn)纜故障的應(yīng)用與分析

黃冬

摘 要：高壓架空輸電線(xiàn)路對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行的穩(wěn)定性有著重要的影響，將航拍飛行器的技術(shù)應(yīng)用在輸電線(xiàn)路的故障巡檢中，能夠高效、安全地檢查輸電線(xiàn)路中存在的故障問(wèn)題，以便及時(shí)進(jìn)行搶修。保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。文章對(duì)航拍飛行器技術(shù)進(jìn)行概述，分析了航拍飛行器在高壓架空輸電線(xiàn)路故障巡檢的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：航拍飛行器；輸電線(xiàn)路；巡檢

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)述

1.1 項(xiàng)目背景

隨著國(guó)內(nèi)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路，高壓架空輸電線(xiàn)路的巡檢工作保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行。高壓架空輸電線(xiàn)路一般要跨各個(gè)區(qū)域分布，所在地形環(huán)境比較復(fù)雜惡劣，輸電線(xiàn)路設(shè)備長(zhǎng)期暴露在戶(hù)外，導(dǎo)線(xiàn)、避雷線(xiàn)、絕緣子、金具在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，由于各種力的長(zhǎng)期作用，產(chǎn)生倒塔、磨損、斷股、銹蝕、過(guò)熱等情況，絕緣子還存在被雷擊損壞、樹(shù)枝引起高壓放油以及絕緣老化而導(dǎo)致輸電線(xiàn)路事故，桿塔存在被偷盜等意外情況，必須及時(shí)處理這些情況。傳統(tǒng)依靠人工逐基桿塔巡檢的作業(yè)方式，巡檢工作量大、復(fù)雜的地理環(huán)境影響著巡檢人員生命安全、落后的人工巡檢方式消耗了大量的人力和物力，導(dǎo)致有些更多深入的工作無(wú)法進(jìn)行巡檢。

所以，電纜的安全穩(wěn)定和電纜故障的迅速排查極其重要，故障點(diǎn)的快速、準(zhǔn)確定位可以大大縮短故障修復(fù)的時(shí)間，減少因停電造成的損失，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，具有重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 項(xiàng)目研究目的與意義

1.2.1 項(xiàng)目研究目的

本項(xiàng)目研究旨在通過(guò)航拍飛行器利用一個(gè)四軸的飛行器搭載一個(gè)攝像的設(shè)備，加上一個(gè)圖傳系統(tǒng)可快速實(shí)現(xiàn)架空電線(xiàn)纜故障的監(jiān)控與排查，準(zhǔn)確判斷出線(xiàn)纜故障點(diǎn)具體位置并及時(shí)處理，保證電力電纜的安全可靠的運(yùn)行。

1.2.2 項(xiàng)目研究意義

隨著國(guó)內(nèi)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路，高壓架空輸電線(xiàn)路的巡檢工作保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行。高壓架空輸電線(xiàn)路一般要跨各個(gè)區(qū)域分布，所在地形環(huán)境比較復(fù)雜惡劣，輸電線(xiàn)路設(shè)備長(zhǎng)期暴露在戶(hù)外，導(dǎo)線(xiàn)、避雷線(xiàn)、絕緣子、金具在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，由于各種力的長(zhǎng)期作用，產(chǎn)生倒塔、磨損、斷股、銹蝕、過(guò)熱等情況，絕緣子還存在被雷擊損壞、樹(shù)枝引起高壓放油以及絕緣老化而導(dǎo)致輸電線(xiàn)路事故，桿塔存在被偷盜等意外情況，必須及時(shí)處理這些情況。傳統(tǒng)依靠人工逐基桿塔巡檢的作業(yè)方式，巡檢工作量大、復(fù)雜的地理環(huán)境影響著巡檢人員生命安全、落后的人工巡檢方式消耗了大量的人力和物力，導(dǎo)致有些更多深入的工作無(wú)法進(jìn)行巡檢。

通過(guò)采用航拍飛行器巡線(xiàn)，智能高效，省時(shí)省力。

航拍飛行器用作超高壓輸電線(xiàn)路巡檢工作，通過(guò)將微小型攝像機(jī)、照相機(jī)組裝在航拍飛行器的底部支架處。飛行過(guò)程中對(duì)導(dǎo)線(xiàn)及桿塔進(jìn)行巡檢時(shí)，單人操作飛行器，進(jìn)行全線(xiàn)拍攝或懸停空中對(duì)重點(diǎn)部位、已發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行拍照取樣，通過(guò)放大影像分析缺陷成因和制定檢修方案。可以快速分析識(shí)別桿塔倒塌、傾斜、線(xiàn)路斷線(xiàn)、絕緣子脫落、樹(shù)林碰線(xiàn)等問(wèn)題。航拍飛行器巡檢相比以往的人工巡檢更為安全、速度更快、檢測(cè)沒(méi)有角度限制。

1.3 國(guó)內(nèi)外研究水平綜述

目前國(guó)內(nèi)外使用的檢查線(xiàn)纜的方法有：電纜短路速查法、直流沖擊法（沖擊閃絡(luò)法）、跨步電壓法、音頻信號(hào)法。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段雖然能查找出大部分的電纜故障，但由于其檢測(cè)工序復(fù)雜、速度慢且對(duì)實(shí)際施作經(jīng)驗(yàn)要求較高，越來(lái)越受到電力工作者的詬病。

使用航拍飛行器排查線(xiàn)纜故障，其操作簡(jiǎn)便，初學(xué)者也能輕易上手，因此定能受到市場(chǎng)的歡迎。項(xiàng)目使用航拍飛行器排查線(xiàn)纜具有突出的新穎性，且使用方法和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可作為推廣依據(jù)。

1.4 傳統(tǒng)方法與不足

傳統(tǒng)巡檢方法主要為人工巡檢，依靠人工逐基桿塔巡檢的作業(yè)方式，巡檢工作量大、復(fù)雜的地理環(huán)境影響著巡檢人員生命安全。

傳統(tǒng)的人工巡檢方式所需時(shí)間比較長(zhǎng)、人力成本高，巡檢效率比較低。

1.5 本項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

高壓架空線(xiàn)路故障的巡檢是一項(xiàng)非常詳實(shí)精細(xì)的工作，需要能夠發(fā)現(xiàn)并識(shí)別導(dǎo)線(xiàn)上的斷股、雷擊痕跡、異物；線(xiàn)夾有無(wú)松脫發(fā)熱；絕緣子閃絡(luò)、污穢等問(wèn)題。

航拍飛行器巡檢工作是通過(guò)操控航拍飛行器低空巡檢線(xiàn)路。能顯現(xiàn)出肉眼所難以發(fā)現(xiàn)的、處于萌芽狀態(tài)的隱患的攝影、圖片。

整個(gè)作業(yè)流程可分為二個(gè)步驟完成：

長(zhǎng)距離線(xiàn)路普通巡檢

短距離線(xiàn)路詳細(xì)巡檢

前者主要是通過(guò)攝像機(jī)設(shè)備來(lái)檢查線(xiàn)路有否異常點(diǎn)，后者則利用飛行器在異常點(diǎn)上空多個(gè)角度的傾斜拍攝，以便管理部門(mén)做出決策。

2 航拍飛行器巡檢高壓架空線(xiàn)纜故障的應(yīng)用

2.1 作業(yè)要求

使用航拍飛行器巡檢需要確認(rèn)被巡檢線(xiàn)路的走向，設(shè)定好飛行時(shí)間距離，拍攝時(shí)確保機(jī)體穩(wěn)定和攝像防抖設(shè)備；快速對(duì)焦成像攝像器材。

2.2 作業(yè)特點(diǎn)

航拍飛行器能拍攝最清晰的設(shè)備狀態(tài)照片且成本低廉，能精準(zhǔn)拍攝標(biāo)識(shí)物，獲取狀態(tài)照片，作業(yè)時(shí)需要單人操控飛行器且作業(yè)時(shí)不存在人身安全事故隱患。

2.3 作業(yè)功能

航拍飛行器通過(guò)遠(yuǎn)距離線(xiàn)路普通巡檢，能夠發(fā)現(xiàn)較明顯架空線(xiàn)路設(shè)備缺陷以排查設(shè)備及隱患。發(fā)生輸電線(xiàn)路事故后可以快速進(jìn)行緊急特巡。攜帶攝像裝備可以進(jìn)行遠(yuǎn)程拍攝，對(duì)輸電線(xiàn)路及其線(xiàn)路走廊自主巡檢、巡檢圖像和數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)傳輸。

2.4 巡檢方法及要點(diǎn)

2.4.1 正常巡視

正常巡視分為快速巡視和精細(xì)巡視兩種類(lèi)型。

快速巡視主要巡視架空線(xiàn)路線(xiàn)行、桿塔本體及基礎(chǔ)情況。

拍攝要求：（1）將飛行器升至架空地線(xiàn)以上，攝像頭往下調(diào)整，拍攝整基桿塔全塔圖，至少拍攝一張照片；（2）拍攝完塔頭照片后，原位調(diào)整攝像頭角度，俯視拍攝桿塔基礎(chǔ)情況，至少拍攝一張相片；（3）按照登塔檢查線(xiàn)行的高度，分別在線(xiàn)路外兩側(cè)向桿塔的大、小號(hào)側(cè)拍攝線(xiàn)路相片，每側(cè)大小號(hào)側(cè)至少拍攝一張照片。

精細(xì)巡視：飛行器利用可見(jiàn)光設(shè)備對(duì)線(xiàn)路和桿（塔）元件進(jìn)行懸停檢查的作業(yè)。適用于在首次開(kāi)展無(wú)人機(jī)巡視的線(xiàn)路、存在缺陷或異常的線(xiàn)路以及按照周期需要開(kāi)展精細(xì)化巡視的線(xiàn)路。

拍攝要求：（1）針對(duì)基礎(chǔ)、地面：飛行器需離線(xiàn)路桿塔以外，缺陷附近樹(shù)木、障礙物最高點(diǎn)2m以上，至少選擇2個(gè)不同方向進(jìn)行拍攝，每個(gè)方向拍攝照片不低于三張。（2）針對(duì)桿塔橫擔(dān)，線(xiàn)路金具： 每個(gè)角度拍攝照片不低于三張。（3）針對(duì)交叉跨越：拍攝照片不低于一張。

2.4.2 特殊巡視

故障巡視是當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生故障或缺陷后，根據(jù)需要派出飛行器對(duì)可能發(fā)生故障或缺陷的線(xiàn)路區(qū)段和部位進(jìn)行精細(xì)檢查、查找的作業(yè)。

拍攝要求：（1）查找雷擊故障點(diǎn)：飛行器需水平垂直正對(duì)、左右斜45°角面對(duì)進(jìn)行拍攝，每個(gè)角度每次拍攝照片不低于三張。（2）外力破壞：針對(duì)導(dǎo)線(xiàn)損傷類(lèi)，無(wú)人機(jī)需拍攝低于平視角45°角（俯視）、平視角、高于平視角15°（仰視）三個(gè)角度進(jìn)行拍攝，每個(gè)角度拍攝照片不低于三張。（3）樹(shù)障：飛行器與導(dǎo)線(xiàn)高度持平，分別在樹(shù)障點(diǎn)沿線(xiàn)路兩側(cè)向桿塔側(cè)拍攝線(xiàn)路相片。兩側(cè)拍攝后，如需在相間拍攝，需將飛行器往下降，落低至底相導(dǎo)線(xiàn)3m后，飛入導(dǎo)線(xiàn)中央，隨后進(jìn)行拍攝。每側(cè)至少拍攝三張照片，另外飛行器必須保持平視角拍攝，拍攝時(shí)水平方向盡可能靠近樹(shù)障點(diǎn)。

2.5 實(shí)際巡線(xiàn)解決方案

在實(shí)際巡線(xiàn)巡檢過(guò)程中，一整套航拍飛行器系統(tǒng)可以判別各種輸電線(xiàn)路缺陷問(wèn)題。比如可以識(shí)別架空輸電線(xiàn)路的基礎(chǔ)、塔體、絕緣子、防震錘、耐張線(xiàn)夾、支架、導(dǎo)線(xiàn)、懸垂線(xiàn)夾等容易發(fā)生事故的關(guān)鍵部位，也可判別人為設(shè)備、偷竊、樹(shù)木放電、雷擊、污染、霧氣等影響輸電線(xiàn)路造成線(xiàn)路性能下降的問(wèn)題。

將微小型攝像機(jī)和照相機(jī)安裝在航拍飛行器底部支架處，拍攝導(dǎo)線(xiàn)及絕緣子串。該方案需單人操作飛行器，拍攝完后可整理視頻和照片。但由于飛行器飛行過(guò)程存在抖動(dòng)，影響攝像對(duì)焦不準(zhǔn)的情況，雖然可以進(jìn)行快速分析識(shí)別桿塔倒塌、傾斜、線(xiàn)路斷線(xiàn)、絕緣子脫落、樹(shù)林碰線(xiàn)等現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)可疑區(qū)段可懸停或者來(lái)回飛行細(xì)查；實(shí)時(shí)監(jiān)視和錄像可同時(shí)進(jìn)行，還可進(jìn)行高清晰度的攝像，飛機(jī)飛回后進(jìn)行圖片分析。但對(duì)于常規(guī)的污閃、線(xiàn)路發(fā)熱、絕緣子開(kāi)列老化等問(wèn)題還不能識(shí)別，需要進(jìn)一步研究更好的方法。

2.6 作業(yè)安全注意事項(xiàng)

2.6.1 飛行前后

（1）起飛前先啟動(dòng)遙控器，再啟動(dòng)飛行器。降落后先關(guān)閉飛行器，再關(guān)閉遙控器。嚴(yán)禁以上順序逆轉(zhuǎn)進(jìn)行。（2）起飛前必須保證飛行器與飛手保持至少5m距離，飛手操作過(guò)程中嚴(yán)禁人群站立在飛手兩肩平行線(xiàn)前方。（3）在飛行過(guò)程中，切勿停止電機(jī)，否則飛行器將會(huì)墜毀，除非發(fā)生特殊情況（如飛行器可能撞上人群），需要緊急停止電機(jī)以最大程度減少傷害。

2.6.2 指南針校準(zhǔn)

（1）指南針校準(zhǔn)非常重要，校準(zhǔn)結(jié)果直接影響飛行安全性。未校準(zhǔn)可能導(dǎo)致飛行器工作異常，指南針錯(cuò)誤時(shí)無(wú)法執(zhí)行返航功能。（2）請(qǐng)勿在有鐵磁性物質(zhì)的區(qū)域校準(zhǔn)，如大塊金屬、磁礦、停車(chē)場(chǎng)、橋洞、帶有地下鋼筋的建筑區(qū)域等。（3）校準(zhǔn)時(shí)切勿隨身攜帶鐵磁物質(zhì)，如鑰匙、手機(jī)等。（4）如果校準(zhǔn)后機(jī)尾LED指示燈顯示紅色常亮，則表示校準(zhǔn)失敗。請(qǐng)重新校準(zhǔn)指南針。（5）校準(zhǔn)成功后放在地面上，出現(xiàn)指南針異常，很有可能是因?yàn)榈孛嫔嫌袖摻睿瑢脮r(shí)飛手將飛行器更換位置查看異常是否清除。（6）遇到以下情況，請(qǐng)進(jìn)行指南針校準(zhǔn)：a.指南針讀數(shù)異常并且飛行器狀態(tài)指示燈紅黃交替閃爍。b.在新的飛行場(chǎng)所飛行。c.飛行器的結(jié)構(gòu)有更改，如指南針的安裝位置有更改。d.飛行器飛行時(shí)嚴(yán)重漂移。

2.6.3 作業(yè)過(guò)程

（1）巡視作業(yè)時(shí)，若需要跨越桿（塔）檢查，必須將飛行器升高。從桿（塔）上側(cè)通過(guò)后下降進(jìn)行作業(yè)。嚴(yán)禁采用直接從底相、相間、跳線(xiàn)間空隙通過(guò)等危及無(wú)人機(jī)安全的行為。（2）嚴(yán)禁飛行器在變電站（所）、電廠上空穿越。（3）飛行器嚴(yán)禁在兩回線(xiàn)路交叉跨越中間的飛行。（4）當(dāng)飛行器懸停巡視時(shí)，應(yīng)頂風(fēng)懸停；若對(duì)飛行器姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，監(jiān)護(hù)人員要提醒飛行器操作員注意線(xiàn)路周?chē)恼系K物。（5）巡視作業(yè)時(shí)，飛行器操作員必須始終能看到作業(yè)線(xiàn)路，并清楚線(xiàn)路的走向，飛行器與桿（塔）元件、導(dǎo)線(xiàn)的距離嚴(yán)禁小于2m。（6）需要在雙回路桿（塔）中間進(jìn)行樹(shù)木距離排查的作業(yè)，飛行器必須在雙回路桿（塔）中間選點(diǎn)進(jìn)行起飛作業(yè)，嚴(yán)禁在線(xiàn)行外選點(diǎn)進(jìn)行起飛作業(yè)。（7）飛行器懸停作業(yè)時(shí)，嚴(yán)禁進(jìn)入線(xiàn)路內(nèi)側(cè)進(jìn)行懸停作業(yè)，包括導(dǎo)線(xiàn)與桿（塔）之間，水平排列單回直線(xiàn)桿（塔）中相內(nèi)側(cè)、三角形排列單回直線(xiàn)桿（塔）中相內(nèi)側(cè)。（8）如遭遇危險(xiǎn)情況操作人員應(yīng)冷靜并服從監(jiān)護(hù)人員的指揮。

3 總結(jié)與展望

3.1 本項(xiàng)目主要研究結(jié)論

本文提出一種基于航拍飛行器巡檢高壓架空線(xiàn)路，通過(guò)相關(guān)的數(shù)據(jù)和圖像資料能夠發(fā)現(xiàn)較明顯架空線(xiàn)路設(shè)備缺陷以排查設(shè)備及隱患。航拍飛行器巡檢技術(shù)可以起到非常重要的作用，電力部門(mén)巡檢人員可以清楚判斷線(xiàn)路重要部件是否存在損壞等問(wèn)題，保證輸電線(xiàn)路的安全，保障居民的用電。開(kāi)展輸電線(xiàn)路巡檢，準(zhǔn)確定位桿塔、線(xiàn)路故障，且視角更廣，能避免“盲點(diǎn)”。航拍飛行器巡檢提高了電力維護(hù)和檢修的速度和效率。一定程度上說(shuō)明航拍飛行器巡檢高壓架空線(xiàn)路具有可行性和可靠性。

3.2 展望與建議

隨著航拍飛行器續(xù)航時(shí)間的進(jìn)步，飛行器載荷的增加，越來(lái)越能夠搭載更多高科尖的科技設(shè)備，用以獲取更加有效的巡檢數(shù)據(jù)，減少更多的人工，提高更多的效率，在巡查中能夠發(fā)現(xiàn)更多的問(wèn)題，防患于未然。總之，航拍飛行器巡檢方式是未來(lái)輸電線(xiàn)路運(yùn)維工作的發(fā)展趨勢(shì)，隨著低碳和環(huán)保理念的不斷深入人心，依托航拍飛行器自主巡檢技術(shù)，既可以改變輸電線(xiàn)路巡檢傳統(tǒng)模式，真正做到零排放，又可以極大解放勞動(dòng)生產(chǎn)力。期望在不久的將來(lái)，航拍飛行器巡檢作業(yè)將在全國(guó)各地普及，完全代替人工巡檢。

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