超特高壓輸電線路無人機全程自主巡檢系統

蔣磊 國網湖北送變電工程有限公司

近年，伴隨著經濟的快速發展，用電負荷不斷提升，電網規模日益擴大，系統的安全穩定運行尤為重要。但目前輸電線路仍然以人工巡檢為主，效率低、局限性大、人員安全存在隱患，難以滿足輸電線路持續快速增長的需求，因此，智能巡檢是未來電網檢修工作的開展方向和趨勢。無人機是智能巡檢的重要方式之一，電力行業各單位正在大力推廣和應用。

一、當前無人機巡檢存在的問題

隨著無人機技術的成熟，其被廣泛應用于電力、交通、安防等領域。作為電力行業的主要應用場景，輸電線路無人機巡檢在全國各地進行了試點，并取得了較好成績，但也突顯出一些問題，使無人機巡檢無法實現廣泛應用。無人機巡檢需要運維人員同時具備電力巡檢和無人機操控的雙重能力，在缺少運維人員的情況下較難實現無人機的廣泛應用，同時運維人員綜合素質參差不齊，給無人機巡檢的質量帶來較大不確定性；由于通信技術的限制，當前無人機使用4G、Wi-Fi或藍牙等通信方式，帶來空域定位精度低、帶寬小、高延時和操控范圍小等問題，導致傳輸圖像不清晰、無人機誤碰高壓線和墜機等現象。Wi-Fi點對點的形式，通信距離一般不超過500m，圖傳能力可達到1080P，每秒30幀左右；4G網絡在網絡覆蓋的情況下，不受操控距離的限制，圖傳能力以720P為主；藍牙傳輸則在傳輸距離和圖傳能力方面均處于最低水平。因此現階段無人機無法完全滿足輸電線路巡檢的需求。

二、無人機在特高壓輸電線路巡檢中的具體應用

（一）智慧巡檢技術的實踐應用

（1）從架空輸電線路的全方位遠程監控系統建立開始，建立系統的無人值守機巢，配合中央控制系統進行遠程控制。（2）基于云端層面部署監控平臺實施后臺監管，預留空域管理接口建立監管綜合體系。基于上述兩點技術采用到續航能力在50min以上的無人機，且確保其單向巡航里程應該在35km以上。整個巡檢過程采用到中央控制系統對機巢實施遠程管理，而無人機則配合氣象站輔助設備遠程發送各項指令內容，以便于控制無人機在必要時自主開機、起飛、按照提前規劃好的航線完成自主飛行巡檢工作，最后精準降落。（3）在機巢控制系統中還加入了自動充電模塊、自動數據傳輸模塊以及云端數據自動智能處理模塊等，所有巡檢數據都會自動上傳到后臺管控中心，完成整個巡檢工作流程。

（二）精細化巡檢

利用多旋翼無人機對輸電線路桿塔、通道及其附屬設施進行全方位、高效率的巡視，可以發現螺栓、銷釘等這些無法通過人工地面巡視發現的缺陷的巡視作業。巡檢主要對輸電線路桿塔、導地線、絕緣子串、金具、通道環境、基礎、接地裝置、附屬設施等8大單元進行檢查。巡檢時根據線路運行和檢查要求，有選擇地配備相應的檢查設備，進行可見光檢查和紅外檢查項目。可見光巡檢主要檢查內容：導、地線（光纜）、絕緣子、金具、桿塔、基礎、附屬設施、通道走廊等外部可見異常情況和缺陷。紅外巡檢主要檢查內容：導線接續管、耐張管、跳線線夾及絕緣子等相關發熱異常情況。

（三）巡檢數據分析

巡檢數據分析的目的是利用無人機采集的圖像和視頻數據，及時發現并消除設備缺陷。（1）線路設備本體缺陷：組成線路本體的構件、附件、零部件，包括基礎、桿塔、導地線、絕緣子、金具、接地裝置等本身的缺陷。（2）附屬設施缺陷：指附加在線路本體上的各類標志牌、警告牌及各種技術監測設備、避雷器等出現的缺陷。（3）外部缺陷（隱患）：指外部環境變化對線路安全運行已構成某種潛在性威脅的情況（如在保護區內新建房屋、植樹竹、堆物、取土、線下施工車輛作業等對線路造成的影響）。（4）線路通道內導線對建筑物、樹竹等交叉跨越距離不滿足。線路保護區內有礦區，修建交通設施、建筑物等有高大施工機具和焚燒現象。（5）固定翼無人機具有航速高、覆蓋范圍大、續航時間長等特點，適合應用于災后線路走廊的大范圍普查。通過利用固定翼無人機進行災后勘查，可在短時間內整體掌握線路的整體損失情況，為應急決策提供初步依據。

（四）無人機智能聯動

無人機智能聯動是指無人機與桿塔上圖像監測裝置結合，當圖像監測裝置檢測到有問題時，通過平臺間數據共享觸發智能聯動機制，控制無人機自動進行清障、喊話等操作，保障輸電線路運行安全。當無人機巡檢平臺接到可視化平臺推送的通道異物告警后，巡檢平臺將異物位置信息發送到無人機，同時給無人機發送清障指令，無人機接到指令后自動更換搭載設備，搭載激光清障器和高清攝像頭，利用5G通信高帶寬、低延時、高精度的特點，準確到達異物位置，并鎖定異物，高能激光束射到目標異物，通過光熱作用將架空線路上的漂浮型異物部位吸收激光導致局部溫度急劇升高后熔化或氣化，從而掉落。同理，當輸電線路下方出現未經批準的非法施工或經過超高車輛后，無人機接到指令后自動更換搭載設備，搭載喊話裝置和高清攝像頭，快速到達指定位置，對下方施工人員或車輛司機進行喊話，勒令其停止施工或駛離，并進行錄像保存證據，并將視頻實時回傳至無人機巡檢平臺，運維人員可以通過現場視頻進行備案和責任追尋。

三、結語

該方案實現的超特高壓輸電線路無人機全程自主巡檢云臺系統，擬用以代替當前人工巡線的方式。相比于當前人工巡線高成本、周期長、安全性低等特點，無人機巡線可以大大降低巡線的工作成本，縮短巡線周期，并且可以降低工人巡線的安全風險。同時，該方案降低了巡線所需的人力資源，對實現電網自動化具有重要意義。