架空輸電線路無人機(jī)驗(yàn)收應(yīng)用

國網(wǎng)吉林省電力有限公司吉林供電公司 王 浩

1 引言

目前，絕大部分地區(qū)基層輸電班組已配備無人機(jī)，無人機(jī)駕駛員的取證率也達(dá)到了80%以上，基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（Real Time Kinematic，RTK）技術(shù)的無人機(jī)精度可達(dá)到厘米級，無人機(jī)攜帶激光雷達(dá)三維建模、X 光金屬探傷裝置等硬件的開發(fā)推動(dòng)了電力巡檢無人機(jī)技術(shù)向架空輸電線路的自動(dòng)化巡檢及缺陷識(shí)別方向發(fā)展。以東北地區(qū)常見的220kV 和66kV 兩種電壓等級角鋼塔線路為例，應(yīng)用無人機(jī)輔助驗(yàn)收，與地面及登塔檢查協(xié)同完成整個(gè)驗(yàn)收工作。

2 驗(yàn)收工作的步驟

鐵塔是由基礎(chǔ)及地下隱蔽工程、塔材組立的鐵塔以及鐵塔上掛的導(dǎo)線、架空地線和金具附件組成，遂地市公司規(guī)定的驗(yàn)收步驟分三步，包括基礎(chǔ)及隱蔽工程驗(yàn)收、鐵塔組立至架線的轉(zhuǎn)序驗(yàn)收以及架線完畢的竣工驗(yàn)收[1]。第一步全部在地下完成，不需要應(yīng)用無人機(jī)協(xié)助驗(yàn)收工作，所以這一部分的驗(yàn)收方法及注意事項(xiàng)不再贅述，第二步和第三步大部分工作都可以引入無人機(jī)與地面協(xié)同配合完成驗(yàn)收工作。

3 鐵塔組立至架線的轉(zhuǎn)序驗(yàn)收

3.1 塔材及螺絲的檢查

鐵塔整體組立需要基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%才可進(jìn)行，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度想要達(dá)到100%需要極長的養(yǎng)護(hù)期，且整體組立鐵塔占地空間過大以及基礎(chǔ)根開出現(xiàn)誤差造成鐵塔無法直接坐在基礎(chǔ)上，所以施工單位普遍選擇基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度須達(dá)到70%的分段分片組立方式，即在地面完成單面組片后，用抱桿或吊車單片吊裝至空中連接完成鐵塔的組裝，地面組片時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)個(gè)別輔材缺失，短期不影響鐵塔的承力結(jié)構(gòu)就可以直接進(jìn)行吊裝。但需要注意的是主材接頭鐵的螺絲非常關(guān)鍵，缺失會(huì)直接影響主材的承力。

進(jìn)行轉(zhuǎn)序驗(yàn)收檢查時(shí)，驗(yàn)收人員可以在地面組片過程中人工檢查除主材接頭外其余螺絲的松緊程度、螺絲穿向、防盜帽和防松墊的安裝以及塔材是否缺失。主材和橫擔(dān)接頭螺絲可以應(yīng)用無人機(jī)及登塔檢查相結(jié)合，雙回塔一般是B 腿和D 腿安裝足釘，登桿塔人員沿著B 腿或D 腿足釘?shù)撬購膶?cè)足釘下塔檢查主材和橫擔(dān)螺絲，同時(shí)無人機(jī)沿著沒有足釘?shù)腁 腿或C 腿上升，以對側(cè)下降的方式檢查螺絲，單回塔也可以以同樣的方式進(jìn)行[2]。

作業(yè)人員攀登桿塔的速度受體力限制，以30m呼稱高鐵塔為例，作業(yè)人員登至下橫擔(dān)或瓶口位置并檢查需要約10min，無人機(jī)完成檢查只需3min，大大節(jié)省了時(shí)間，而且可以幫助作業(yè)人員檢查對側(cè)，降低作業(yè)人員體力的消耗。

3.2 桿塔傾斜度的檢查

鐵塔正視如圖1所示。常規(guī)方法是把經(jīng)緯儀安置在水平和垂直線路方向的合適位置，找到AD 面和BC 面的塔頂中心點(diǎn)，然后水平鎖死目鏡，將目鏡垂直下移至底段水平鐵，塔頂至底段水平鐵的距離為h，得出與水平鐵中點(diǎn)的偏差值c 和d，可算出：

圖1 鐵塔正視

如若找不到水平和垂直線路的問題，就需要進(jìn)行四面測量，如圖2所示，分別得出偏差值c1、c2和d1、d2，即可算出：

圖2 底段水平鐵俯視

應(yīng)用無人機(jī)同樣可以進(jìn)行桿塔傾斜度測量，無人機(jī)的圖像設(shè)置中的網(wǎng)格線開啟后，可以找到鏡頭圖像的中心點(diǎn)位置，將無人機(jī)起升至塔頂位置，用鏡頭網(wǎng)格線中心點(diǎn)對準(zhǔn)塔頂中心點(diǎn)，然后垂直降落至底段水平鐵得出偏差值，同樣的原理可以算出桿塔傾斜度。

測量桿塔傾斜度的原理很簡單，但是經(jīng)緯儀對中整平步驟出現(xiàn)誤差后，會(huì)放大測量誤差，而且還會(huì)受地形環(huán)境限制，如山地會(huì)讓測量變得十分吃力。而基于RTK 厘米級誤差的無人機(jī)找到合適的位置后，很容易在安全的條件下完成桿塔傾斜度測量。

4 架線完畢的竣工驗(yàn)收

經(jīng)過前兩個(gè)階段的驗(yàn)收，進(jìn)入最后一步架線完畢的驗(yàn)收工作，還需要再檢查導(dǎo)線與地線的弛度、絕緣子、金具及附件的安裝和通道狀況，來完成整個(gè)竣工驗(yàn)收工作。登塔檢查人員在高塔完成一基塔的精細(xì)化驗(yàn)收工作普遍需要耗時(shí)1h，應(yīng)用無人機(jī)輔助驗(yàn)收直線塔約10min，耐張塔需要約30min，基于登塔檢查人員能力可能會(huì)出現(xiàn)死角現(xiàn)象，所以無人機(jī)在此階段驗(yàn)收具備很大優(yōu)勢，但在某些內(nèi)容上是無法替代登塔檢查[3]。

4.1 金具

4.1.1 連接金具

連接金具常規(guī)設(shè)計(jì)當(dāng)中無非是U 形掛環(huán)、延長環(huán)、直角掛板、聯(lián)板、球頭掛環(huán)、碗頭掛板、調(diào)整板、并溝線夾、懸垂線夾和耐張線夾等。除了懸垂線夾、耐張線夾和并溝線夾以外，其他的金具就是簡單用帶鎖緊銷的螺栓進(jìn)行機(jī)械連接，主要檢查的內(nèi)容就是螺栓的松緊程度以及鎖緊銷是否開口到位。以往投運(yùn)的線路要求螺栓從內(nèi)穿，方便地面巡視，但現(xiàn)在的鐵塔更多都是呼稱高特別高的環(huán)保塔，運(yùn)行時(shí)也是采取無人機(jī)的精細(xì)化巡視，所以在施工時(shí)要求螺栓穿向利于無人機(jī)檢查，除了由上至下穿無法改變，其余螺栓都要向外穿，利于驗(yàn)收和投運(yùn)后的精細(xì)化巡視工作。以下是關(guān)于懸垂線夾、耐張線夾和并溝線夾的驗(yàn)收內(nèi)容和注意事項(xiàng)。

一是懸垂線夾。懸垂線夾安裝在懸垂絕緣子串的導(dǎo)線端和直線塔地線端。主要檢查內(nèi)容包括懸垂線夾的掛軸鎖緊銷是否開口到位及是否缺平墊片、船體U 形螺栓狀況和船體內(nèi)鋁包帶的工藝水平。前兩項(xiàng)內(nèi)容無人機(jī)在線路外側(cè)保持合適的安全距離即可完成檢查。船體U 形螺栓的松緊程度檢查是最重要的，U 形螺栓是由一個(gè)平墊片、一個(gè)彈簧墊片和螺帽組成，任何一個(gè)部件的缺失都會(huì)造成運(yùn)行后的線夾松動(dòng)，除了缺失以外，彈簧墊片的松動(dòng)和螺栓頭露出長度不等也會(huì)造成同樣的后果。雙回塔以SZ1塔型為例，220kV 的橫擔(dān)間距大于6m，應(yīng)用大疆經(jīng)緯M210 RTK 飛機(jī)在導(dǎo)線間飛行，上下保持各3m 的高度就能保證安全，66kV 則需要在側(cè)面盡量檢查，所以懸垂線夾在檢查時(shí)，需要在外側(cè)檢查掛軸，在線夾的大號和小號側(cè)檢查U 形螺絲。在檢查船體U 形螺絲的同時(shí)就可完成鋁包帶工藝的檢查。

二是耐張線夾。耐張線夾分為液壓式耐張線夾、倒裝線夾、快速線夾，220kV 線路全部應(yīng)用的是液壓式耐張線夾，66kV 線路倒裝線夾和快速線夾不常見，也是液壓式耐張線夾，所以本文以液壓式耐張線夾為例去講述。

三是并溝線夾。并溝線夾主要用在分裂導(dǎo)線引流線和耐張塔地線引流連接處，并溝線夾想要達(dá)到較好的導(dǎo)流，不發(fā)熱，就需要螺栓緊固。同樣，并溝線夾也是需要檢查是否有缺墊片或者彈簧墊片未壓平的現(xiàn)象，根據(jù)安裝位置的實(shí)際情況，無人機(jī)選用合適的位置、視角檢查并溝線夾的兩面。

4.1.2 防護(hù)金具

防護(hù)金具包括防振錘和預(yù)絞式護(hù)線條等，預(yù)絞絲護(hù)線條基本不會(huì)出現(xiàn)問題，防振錘需要檢查螺栓松緊以及安裝距離。將無人機(jī)懸停至垂直且與導(dǎo)線等高的防振錘側(cè)面的位置，將防振錘與線夾收入圖像，拍攝后通過照片里導(dǎo)線與防振錘的比例可得出安裝距離，對照圖紙可知是否合格。

4.1.3 接續(xù)金具

接續(xù)金具在新建線路上不常見，路徑很直的長耐張段里可能會(huì)出現(xiàn)個(gè)別的壓接管，可以利用無人機(jī)攜帶X 光設(shè)備對壓接管內(nèi)部進(jìn)行檢查，確保導(dǎo)線不會(huì)斷裂。

4.2 絕緣子串

4.2.1 絕緣子串的外觀檢查

常用的絕緣子分為瓷質(zhì)絕緣子、玻璃絕緣子和復(fù)合絕緣子。這三種絕緣子需要進(jìn)行外觀檢查和M型或R 型鎖緊銷檢查，鎖緊銷根據(jù)運(yùn)行單位規(guī)定都是朝大號側(cè)或小號側(cè)統(tǒng)一穿向，應(yīng)用無人機(jī)從下至上依次檢查即可，無人機(jī)鏡頭應(yīng)平視。復(fù)合絕緣子特殊，復(fù)合絕緣子需要在橫擔(dān)端和導(dǎo)線端各安裝一個(gè)均壓環(huán)，均壓環(huán)分為大小環(huán)，小環(huán)安裝在橫擔(dān)端，大環(huán)安裝在導(dǎo)線端，還有一種是特殊的盤形防鳥均壓環(huán)，同樣是需要安裝在導(dǎo)線端。

4.2.2 絕緣子串的傾斜

耐張絕緣子串因?yàn)槭撬綊旖映辛Γ圆淮嬖趦A斜現(xiàn)象。直線絕緣子串在掛線后調(diào)整弛度以及大高差可能會(huì)出現(xiàn)絕緣子串向線路方向傾斜或者承力不足，通過無人機(jī)垂直橫擔(dān)懸停于線路外側(cè)，將絕緣子串和導(dǎo)線整體收入照片中，運(yùn)用比例換算即可得出絕緣子串的傾斜值。

4.3 導(dǎo)線和地線

4.3.1 導(dǎo)線和地線的外觀檢查

導(dǎo)線在放線時(shí)因?yàn)槟Σ粒赡軙?huì)出現(xiàn)斷股現(xiàn)象，傳統(tǒng)驗(yàn)收方式無法檢查檔中的斷股現(xiàn)象，無人機(jī)可以沿著導(dǎo)線和地線飛行，對整檔導(dǎo)線和地線進(jìn)行檢查。

4.3.2 導(dǎo)線和地線的弛度檢查

傳統(tǒng)的弛度檢查是通過經(jīng)緯儀應(yīng)用檔中法或者檔端法進(jìn)行測量，線路環(huán)境復(fù)雜，會(huì)增加觀測難度，應(yīng)用無人機(jī)會(huì)大大簡化弛度測量的步驟，無人機(jī)飛行參數(shù)有高度H，水平飛行距離D，以雙回塔上導(dǎo)線為例，將無人機(jī)懸停至上導(dǎo)線絕緣子串的導(dǎo)線端，鏡頭網(wǎng)格線中心與導(dǎo)線保持同一個(gè)高度h1，無人機(jī)監(jiān)測水平飛行距離D，飛至1/2擋距位置，垂直下落至與導(dǎo)線平齊，飛行高度為h2，設(shè)1號塔導(dǎo)線掛點(diǎn)高為H1，海拔高度為H2，2號塔導(dǎo)線掛點(diǎn)為H3，海拔高度為H4，兩塔的高差為：

弛度f上=Δh +h1-h2

通過查詢圖紙的弛度曲線，即可計(jì)算出誤差。無人機(jī)繼續(xù)下落，分別得出中導(dǎo)線與上導(dǎo)線、下導(dǎo)線與中導(dǎo)線的距離與橫擔(dān)高度相減得出的值h3和h4，則：

中導(dǎo)線弛度=f上+h3

下導(dǎo)線弛度=f上+h4

此方法應(yīng)用的無人機(jī)需使用RTK 無人機(jī)，保證飛行數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，其中水平飛行時(shí)，因檔距在500m 以內(nèi)，氣壓高度變化可以忽略不計(jì)。

另一種無人機(jī)測量弛度的辦法是應(yīng)用激光雷達(dá)對線路進(jìn)行掃描，通過生成的三維模型上，可以直接生成弛度的數(shù)據(jù)，這種方法測量弛度更加簡便。

5 結(jié)語

新建線路驗(yàn)收質(zhì)量直接影響了該條線路運(yùn)行的安全穩(wěn)定，隨著新建線路的路徑絕大部分選擇山區(qū)且高塔架設(shè)，地面人工結(jié)合無人機(jī)完成驗(yàn)收工作大大提高了驗(yàn)收質(zhì)量。雖然無人機(jī)各項(xiàng)技術(shù)在高速發(fā)展，但是當(dāng)下還需要人工進(jìn)行操作來實(shí)時(shí)辨識(shí)缺陷。未來，無人機(jī)結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)且各項(xiàng)傳感器傳輸范圍增大，可以徹底取代人工進(jìn)行自主飛行，缺陷也能夠完全被自主識(shí)別。驗(yàn)收質(zhì)量的提高就可以從根源去保障線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。