無人機搭載紅外測溫在輸電線路上的應(yīng)用

蔣洋

摘 要：本文主要介紹了無人飛機搭載紅外測溫的原理以及500kV線路的應(yīng)用，并且通過該技術(shù)的實用性和線路運行情況滿足安全要求。

關(guān)鍵詞：無人機紅外測溫技術(shù)；500kV線路應(yīng)用；實用性結(jié)論

1 前言

根據(jù)輸電線路運行管理和運行維護(hù)工作發(fā)現(xiàn)，線路設(shè)備在高壓及大電流條件下，輸電線路設(shè)備的連接部件因長期的松動及導(dǎo)電膏氧化變質(zhì)，從而形成該連接部件電阻值增大，造成輸電線路設(shè)備過熱現(xiàn)象，嚴(yán)重時危及輸電線路設(shè)備運行安全。輸電線路設(shè)備定期進(jìn)行紅外測溫，及時發(fā)現(xiàn)發(fā)熱部件。

500kV線路部分通過無人區(qū)、原始森林區(qū)、高海拔等復(fù)雜地形，跨越深溝和翻越高山峻嶺，導(dǎo)致沿線高差起伏較大，大跨越檔較多，部分輸電線路段最大坡度達(dá)到45°，交通條件十分惡劣，對紅外測溫工作開展造成困難，加上線路帶電，紅外測溫人員很少有條件開展登塔測溫，多為手持紅外儀在地面進(jìn)行測溫，從而造成了塔頭部位的構(gòu)件和絕緣子、金具串部分因為位置高度高和方位等原因，不容易準(zhǔn)確測量。形成輸電線路設(shè)備隱患，從而造成輸電線路設(shè)備故障發(fā)生。無人飛機機載紅外成像測溫的工作效率比手持紅外儀更高。

2 無人機紅外成像測溫技術(shù)的原理

線夾，持續(xù)管，補修管等輸電線路設(shè)備。因輸電線路設(shè)備物體溫度高過絕對零度的設(shè)備時，會對周邊超標(biāo)。

（1）無人機機載紅外成像測溫結(jié)合無人機光電技術(shù)，圖像處理，數(shù)據(jù)處理，顯示在地面站的控制顯示屏上，通過不同顏色反映不同的溫度。能迅速發(fā)現(xiàn)輸電線路過熱部位，確保輸電線路設(shè)備安全。

（2）使用的深圳（香港）彼岸公司的“天眼X3”吊艙作為“Z-5”型無人直升機任務(wù)吊艙。

天眼3X吊艙能夠克服飛行姿態(tài)的變化和飛行中振動對傳感器所造成的干擾，獲得高質(zhì)量的紅外圖像和高清晰度的可見光圖像。

球頭形狀構(gòu)造使用多個陀螺穩(wěn)定，有1臺數(shù)碼攝像機及1臺焦平面制冷型紅外熱像設(shè)備。同時系統(tǒng)的機構(gòu)設(shè)計緊湊，使用高強度的航空鋁合金材料結(jié)構(gòu)，可抵受惡劣的工作環(huán)境。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力紅外測溫領(lǐng)域。

該吊艙系統(tǒng)系統(tǒng)配備一臺硬盤錄像機，能同時對TV 和IR 視頻進(jìn)行錄像記錄，配備一個筆記本電腦和專業(yè)的紅外分析軟件，可以在線存儲紅外熱圖及進(jìn)行紅外熱圖分析，紅外熱圖分析可以在線分析，亦可以離線分析。

“天眼X3”吊艙系統(tǒng)

無人飛機搭載紅外測溫在線路中的應(yīng)用過程中注意事項：

①無人機平臺與紅外測設(shè)備整合。

確定無人直升機飛行平臺和任務(wù)吊艙系統(tǒng)后，要使兩者能夠和諧地成為一個整體，共同協(xié)作完成飛行紅外測溫任務(wù)，必須對兩者軟硬件的兼容性進(jìn)行調(diào)試，對不合理之處進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)整合。

②無人機平臺與紅外測設(shè)備抗電磁干擾。

由于利用“Z-5”無人直升機進(jìn)行500kV輸電線路的紅外測溫在國內(nèi)尚無前例，如何確保安全，線路的電磁環(huán)境是否會對無人直升機的測控鏈路構(gòu)成干擾，將無人直升機外罩殼改為碳纖維防電磁輻射罩殼，可以有效避免強電磁場對機上電氣系統(tǒng)及測控系統(tǒng)的干擾，確保在現(xiàn)場500kV電磁環(huán)境下正常工作。

③輸電線路設(shè)備的連接部件發(fā)射的紅外能量，是通過空氣后傳輸?shù)郊t外吊艙內(nèi)的一期內(nèi)，在空氣傳輸中容易受到其他氣體吸收和折射而能量減弱，減少紅外測溫的準(zhǔn)確度。因此無人飛機搭載紅外測溫儀與被測帶電線路的安全距離的設(shè)定，無人飛機搭載紅外測溫在飛行前規(guī)劃航線和飛行高度保持特別重要。

④輸電線路設(shè)備發(fā)熱故障因電流，電壓的平方成正比，因此無人機紅外測量時應(yīng)安排在輸電線路大負(fù)荷時段進(jìn)行。無人機紅外測溫，通常是以輸電線路設(shè)備的溫升為依據(jù)來判斷故障是否超標(biāo)。

3 無人飛機搭載紅外測溫儀

在500kV普敘線路進(jìn)行測溫工作，無人飛機搭載紅外測溫儀利用不受地形環(huán)境限制，自主飛行，每次完成測量工作。存儲紅外熱圖及進(jìn)行紅外熱圖分析，紅外熱圖在線分析對比。

以下是主要測溫項目：

序號 紅外測溫項目 紅外檢測主要內(nèi)容

1 絕緣部分 絕緣子破損、閃烙、擊穿發(fā)熱

2 導(dǎo)地線金具、接續(xù)管 導(dǎo)線、地線連接金具發(fā)熱情況

3 附件 接觸點發(fā)熱

4 線路防護(hù)通道及其他 線路周邊的突發(fā)山火

現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)和判斷依據(jù)

2016年7月21日上午10：20分，500kV普敘線71#耐張塔，線路當(dāng)時負(fù)荷108MVA，氣溫24.7℃，濕度64.3%，海拔2223m，風(fēng)速1m/s。采用區(qū)域測溫合成圖像，

A相耐張線夾： 溫度單位：℃（攝氏度）

最大值： 30.06

平均值： 19.67

最小值： 7.28

2016年7月27日上午12：30分，500kV普敘線174#耐張塔，線路當(dāng)時負(fù)荷109MVA，氣溫19.4℃，濕度72.2%，海拔2235m，風(fēng)速0.1m/s。采用熱成像圖

B相： 溫度單位：℃（攝氏度）

導(dǎo)線 -10.11

大號側(cè)線夾 -10

小號側(cè)線夾 -9.72

采用熱成像圖測量接續(xù)管

根據(jù)測得的設(shè)備溫度值，應(yīng)對照GB763-90《交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱》中的規(guī)定，川電生技[2007]98號文《四川省電力公司架空輸電線路缺陷管理及評判標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中的規(guī)定分析判斷：

一般缺陷：接續(xù)金具溫度高于導(dǎo)線溫度10℃，跳線聯(lián)板溫度高于導(dǎo)線溫度10℃。

嚴(yán)重缺陷：接續(xù)金具溫度高于導(dǎo)線溫度10～40℃，導(dǎo)線壓接管溫度高于導(dǎo)線溫度10～20℃，跳線聯(lián)板溫度高于導(dǎo)線溫度10～40℃。

危急缺陷：接續(xù)金具溫度高于導(dǎo)線溫度40℃以上，導(dǎo)線壓接管溫度高于導(dǎo)線溫度20℃以上，跳線聯(lián)板溫度高于導(dǎo)線溫度40℃以上。

4 實用性結(jié)論

500kV線路在直流復(fù)奉大負(fù)荷試驗期間設(shè)備紅外測溫結(jié)果為正常，沒有發(fā)現(xiàn)線路設(shè)備過熱點。通過該技術(shù)在500kV線路的實際使用，確認(rèn)500kV線路運行維護(hù)中完全滿足了設(shè)計要求，并且為以后線路運行巡視測溫提供了數(shù)據(jù)。有效避免線路設(shè)備隱患和缺陷發(fā)展成為設(shè)備事故。從而提高線路的可靠性。在電力線路領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1]陽一雄，梁照敏，徐曉峰.六旋翼無人機紅外測溫在電力巡線中的應(yīng)用研究[J].科技風(fēng)，2015，（13）：90.

[2]蘇凱.無人機在輸電線路架設(shè)中的應(yīng)用[J].四川建筑，2015，（5）：176-177.

（作者單位：國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司）