輸電線路外力破壞故障原因及利用無人機與檢修人員配合防治的策略

趙淼 邱曉光 王建利 郭凱

摘要：結合輸電線路外力破壞故障原因及檢修防治難題，本文提出了利用無人機配合檢修人員開展線路檢修和故障防治工作的策略，從而為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：輸電線路；外力破壞故障；無人機檢修

引言：

輸電線路能否維持安全穩定運行，直接關系到電力系統能否維持穩定供電。但就目前來看，輸電線路外力破壞故障已經成為了影響線路安全的重要因素，而依靠人工巡檢等方式顯然無法滿足線路運維管理需求。采用無人機配合人員進行輸電線路外力破壞故障的檢修和防治，則能進一步加強線路的管理，繼而為電力系統穩定運行提供保障。

1輸電線路外力破壞故障原因及檢修防治難題

1.1外力破壞故障原因

國網冀北電力有限公司檢修分公司輸電檢修中心主要負責500kV輸電線路運行維護工作，目前共負責101條輸電線路運維管理，總長8905.515公里。其中，1000kV、±800kV、500kV、220kV輸電線路分別為4條、2條、93條和2條，分布在京、津、冀等多個省市和自治區。近年來，伴隨著城鄉經濟的快速發展，輸電線路遭到外力破壞造成的電力故障頻次越來越高，給電網安全運行帶來了較大隱患。而故障產生的原因，一方面是由于極端天氣和人為災害造成的，另一方面則是由施工破壞或不法分子偷竊引起的。輸電線路長期在野外暴露，容易受極端天氣和周圍環境影響。持續降雪、降溫等惡劣天氣，將導致線路嚴重覆冰，出現過荷載等問題，導致線路出現設備損壞、倒塔斷線等情況[1]。周圍人燃放煙花爆竹或山林火災等事故的發生，同樣會導致線路遭到外力破壞。周圍居民進行違章建筑的搭建，也可能導致線路因外力破壞出現跳閘斷電等事故。此外，不法分子采用暴力手段進行線路設備的偷盜，也將導致線路故障的產生。

1.2檢修防治難題

結合故障原因可知，想要進行輸電線路外力破壞故障的預防，還要加強線路巡檢。而在故障檢修方面，則要先進行故障定位。但就目前來看，輸電線路較長，并且具有分布廣的特點。國網冀北電力有限公司檢修分公司輸電檢修中心負責運行維護的500kV輸電線路走廊途經高山大嶺、建筑工地、河道等，所處地形復雜，沿線存在的安全隱患較多，單靠傳統的人工巡檢方法不僅要耗費大量的人力、物力，同時難以實現外力破壞故障的有效防治。檢修中心負責公司負責運維的部分區段線路位于山區，因氣候惡劣，輸電線路時常因風偏、暴雪等因素發生非重合閘故障。在故障檢修方面，采用人工徒步登山方式進行故障點查找不僅難以及時完成故障維修，也給人員作業帶來了較大的安全隱患。此外，受極端天氣等因素影響，導致輸電線路受到損傷，采用人工巡檢方式也難以及時發現線路缺陷，因此無法實現故障防治。而一旦發生故障，安排人員進行現場觀察檢查，需要較長的時間才能確定故障位置和原因，不利于故障搶修工作的開展。

2輸電線路外力破壞故障的無人機配合檢修與防治策略

2.1無人機運維策略

針對輸電線路外力破壞故障檢修與防治工作難題，國網冀北電力有限公司檢修分公司輸電檢修中心提出了采用無人機運維策略配合人員進行線路檢修與防治的方案。具體來講，就是采用小型電動無人機負責輸電線路巡檢，同時引入智能巡檢、無線充電、圖像識別、高清攝像等技術，實現對重要輸電通道的掃描和三維建模分析，完成線路設備及運行環境三維重構和實景還原，并對線路任意點距離進行自動檢測。采用該種方法進行高頻次運檢作業，通過多光譜掃描完成線路光譜信息庫的建設，并將線路本體、金具等細節的影像資料傳輸至地面，則能為線路外力破壞故障的防治提供可靠數據依據。在線路檢修方面，可以利用無人機進行線路故障點查找，配合人員制定科學的故障檢修方案，從而使線路得以盡快修復。

2.2配合人員檢修防治

在實際檢修作業中，采用無人機配合人員進行線路檢修，還要采用360°全景和傾斜攝影技術獲得線路的高清照片。為發揮無人機穩定懸浮于空中的觀察優勢，還要對無人機云臺姿勢進行調整，實現對金具、設備的零死角巡視，完成線路細致觀察。采用圖形處理技術，則能避免無人機巡檢獲得的圖形受飛行狀態、機械振動等因素的干擾，減少圖像失真現象，加強圖像質量控制，從而提高設備、部件等細節的檢修準確率[2]。通過對傳回的高清圖像進行觀察和對比，則能及時發現線路存在的缺陷，并制定有針對性的線路檢修計劃。而輸電線路及部件圖像背景較為復雜，因為其周圍環境和鏡像將不斷變化，給內容辨識帶來了較大難度。針對這一問題，還要根據輪廓特征和采取頻域圖像匹配與模型匹配等方法，從圖像特征中導出像素，實現圖像內容的智能化識別。配合人員進行線路檢修時，無人機應與地面測控車保持較近距離，采用直通信鏈路模式實現信號數據傳輸。利用機載自動GPS采集系統，則能對拍攝得到的圖像進行地理坐標信息的加載，實現故障及隱患的有效定位，繼而為線路檢修提供便利。

在輸電線路外力破壞故障防治方面，可以將無人機與線路巡檢工作結合在一起，使無人機與線路保持一定安全距離巡檢，對輸電線路的缺陷進行巡視，從而實現故障的有效預防。為避免電磁干擾，實際作業時應使無人機在線路斜上方飛行。考慮到線路電壓等級較高，需要在兩側進行往返巡視[3]。無人機巡檢為超距離作業，還要采用空中或地面中繼通信方式。針對特殊地形，還要采用不同的無人機，確保無人機擁有足夠的飛行空間。采用無人機開展線路巡檢作業，可以實現輸電線路狀態的動態管理。在巡檢的過程中，無人機可以將高清影像資料實時傳回地面，供巡線人員進行分析。利用無人機對成百上千公里的線路走廊進行全方位、多角度的立體觀察，不僅能夠掌握線路運行情況，也能及時發現危險樹木或建筑物等安全隱患，通過及時排除隱患提升電力線路安全運行管理水平。在地區發生泥石流等自然災害的情況下，也可以利用無人機進行線路巡檢，避免人員進入危險區域作業。

2.3策略應用效益分析

國網冀北電力有限公司檢修分公司輸電檢修中心通過采用無人機配合進行輸電線路檢修和防治作業，獲得了可觀的經濟效益和社會效益。以公司負責運維的昌門線山區段為例，采用人工運維方式平均需要8-9個小時查線時間，采用無人機則只需要2小時進行故障點查找工作，可以使故障檢修時間縮短4小時左右。按照單條線路平均負荷1000MW、過網電價0.07元的數據進行計算，停電6小時將造成40余萬元直接經濟損失。每年發生的非重合閘故障在10次左右，因此通過采用無人機進行線路外力破壞故障的防治，平均每年可減少400萬元的直接經濟損失。而有效防治停止事故的發生，則能為人們的生產、生活提供可靠保障，因此也能帶來一定的社會效益。

結論：

輸電線路外力破壞故障的發生，容易導致線路出現跳閘斷電等現象，從而給電力系統穩定運行帶來危害。而在故障檢修和防治方面，依靠人力難以及時完成線路缺陷和隱患的排除，無法滿足線路運維目標。采用電動無人機、高清數碼攝像機等設備配合人員進行線路檢修，則能為輸電線路運維提供全新、高精度、安全的巡視方法，繼而為電力系統運行提供更多的安全保障。

參考文獻：

[1]袁葉葉.無人機在輸電線路運維檢修應用研究[J].科技視界，2017（34）：82-83.

[2]巢亞鋒，李勇，徐志強等.架空輸電線路外力破壞現狀分析及建議[J].湖南電力，2017，37（02）：51-55.

[3]謝欣.輸電線路外力破壞故障原因及防治對策[J].技術與市場，2016，23（04）：57+59.