無人機(jī)輸電線路巡線技術(shù)及其應(yīng)用

陳鳳翔，楊 磊，謝 春，徐梁剛

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司輸電運(yùn)行檢修分公司，貴州 貴陽550000）

現(xiàn)階段，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)正在快速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平越來越高，國家社會(huì)以及人們對電力的需求也越來越高，因此我國電網(wǎng)正在不斷擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模，而輸電線路只有正常安全穩(wěn)定運(yùn)行才能夠滿足國家社會(huì)和人們對電力的多元化需求，然而這樣會(huì)在很大程度上增加輸電線路的巡線工作壓力。在輸電線路巡線工作中應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)，充分發(fā)揮無人機(jī)技術(shù)的作用，降低輸電線路巡線技術(shù)的工作壓力，還能夠幫助工作人員完成危險(xiǎn)系數(shù)比較高的檢查環(huán)節(jié)。

1 當(dāng)前輸電線路巡視現(xiàn)狀

1.1 愈發(fā)復(fù)雜的巡視環(huán)境

我國的電力事業(yè)正在可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展之中，已經(jīng)覆蓋了我國大部分的地區(qū)，但是很多輸電線路交叉分布在野外，這些地方氣候不穩(wěn)定且比較惡劣，地理環(huán)境也復(fù)雜多變。例如，我國西北地區(qū)多為山地和丘陵，人煙稀少，很多的輸電線路都架設(shè)在山地和丘陵的頂部，大多數(shù)的桿塔還被建設(shè)在了無人區(qū)，這樣不僅會(huì)增加巡線工作人員的查找和檢查難度，還要面臨復(fù)雜的環(huán)境和惡劣的氣候。這種復(fù)雜的查找和檢查環(huán)境會(huì)增加大量的人力和物力成本，還會(huì)存在很多的安全隱患，威脅著巡線工作人員的生命安全。

1.2 較多的巡線內(nèi)容

在實(shí)際輸電線路巡線工作的時(shí)候，巡線工作人員的工作內(nèi)容比較多，涉及的巡線范圍也比較廣，在很大程度上增加了巡線工作人員的工作量，而且巡線工作對工作人員的要求比較高，需要其具備較高的綜合能力。巡線工作的主要內(nèi)容有查看線路的受損情況、回填土的下沉幅度、桿塔基礎(chǔ)情況以及保護(hù)裝置的老化程度等等；檢查附屬設(shè)備工作的主要內(nèi)容有每一個(gè)防護(hù)裝置的運(yùn)行情況、緊固件的腐蝕情況、警示標(biāo)志是否安在或者有無殘缺、檢測設(shè)備的運(yùn)行情況等等；巡查架空線路工作的主要內(nèi)容有地表實(shí)際的活動(dòng)情況、架空線路和樹木，以及建筑的距離情況、架空線路周邊的地面沉降情況以及施工環(huán)境等等。

1.3 人工查找故障點(diǎn)存在的難度

首先，大多數(shù)的輸電線路分布在野外，每個(gè)架線桿的距離非常遠(yuǎn)，那么在這種情況下，就需要巡線的工作人員根據(jù)輸電線路的走向進(jìn)行故障點(diǎn)的查找，這種方式的工作效率非常低，無法有效保證巡線工作人員的生命安全。其次，在以前巡線工作人員查找輸電線路故障點(diǎn)的時(shí)候，通常情況是依托于望遠(yuǎn)鏡、經(jīng)緯儀，甚至是依靠肉眼來查找故障點(diǎn)及其故障范圍，只有當(dāng)輸電線路有明顯的故障點(diǎn)時(shí)，這種方式的查找效果還是很好的，但是一旦出現(xiàn)視距太遠(yuǎn)或者故障點(diǎn)并不明顯、比較模糊的情況，這種方式就很難發(fā)現(xiàn)和找到故障點(diǎn)，降低了巡線工作人員查找的精準(zhǔn)性，增加了及時(shí)查找和解決故障的難度。

2 常見無人機(jī)輸電線路基礎(chǔ)巡線技術(shù)

近幾年來，無人機(jī)技術(shù)在檢測領(lǐng)域逐漸被廣泛應(yīng)用，獲取監(jiān)測遙感圖像更加方便快捷，而且還能夠不斷提升檢測技術(shù)水平。在輸電線路巡線過程中，最經(jīng)常用到四種基礎(chǔ)技術(shù)，分別是多角度多光譜成像、激光振動(dòng)、電子光學(xué)以及紅外熱像儀。

2.1 多角度多光譜成像

機(jī)載多角度多光譜成像系統(tǒng)是截止到目前為止唯一一個(gè)能夠獲取多個(gè)波段多個(gè)角度的圖像，還是一個(gè)可以獲取紅外熱圖像的系統(tǒng)，當(dāng)對圖像進(jìn)行采集之后，可以對輸電線路的實(shí)際運(yùn)行情況、與周邊建筑物的距離情況，以及周邊地面情況進(jìn)行全面詳細(xì)的查看和了解，并分析出其地理位置，另外還可以對輸電線路進(jìn)行全方位檢測，能夠找到出現(xiàn)故障點(diǎn)和問題的具體位置，精準(zhǔn)測量出各個(gè)故障點(diǎn)之間的距離。

2.2 激光振動(dòng)

激光振動(dòng)的頻率不同，所代表的含義也是不同的，通常情況下中心頻率和已經(jīng)開裂的絕緣子頻率是有差異的，要有效判斷絕緣子是否開裂，可以應(yīng)用激光振動(dòng)進(jìn)行判斷。需要把超聲發(fā)生器所產(chǎn)生的超聲波反射到絕緣子上，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的振動(dòng)，可以讓激光對準(zhǔn)絕緣子。最后根據(jù)反射信號(hào)頻譜判斷絕緣子是否開裂。

2.3 電子光學(xué)

在輸電線路周邊會(huì)設(shè)置絕緣子串，但是并沒有對其進(jìn)行均勻的設(shè)置，而且電壓也是不一樣的，與輸電線路最接近的絕緣子電壓是最大的。當(dāng)絕緣子出現(xiàn)零值時(shí)，這些絕緣子的電壓就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，并充分分布，這時(shí)與輸電線路最接近的絕緣子電壓會(huì)有所上升，出現(xiàn)局部電壓增強(qiáng)的情況，此時(shí)與放電生成的光輻射進(jìn)行有效結(jié)合，就能夠獲取絕緣子串本身的絕緣性能。

2.4 紅外熱像儀

當(dāng)輸電線路中線路接頭出現(xiàn)故障的時(shí)候，接觸電阻會(huì)出現(xiàn)大幅度增加，當(dāng)其流過負(fù)荷電流的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致局部溫度的大幅度上升，從而出現(xiàn)過熱的問題。另外，當(dāng)絕緣子串一旦出現(xiàn)低零值絕緣子，再加上電壓的正常運(yùn)行，也會(huì)出現(xiàn)過熱的問題。因?yàn)榫植砍霈F(xiàn)過熱問題就會(huì)產(chǎn)生故障點(diǎn)，并輻射出強(qiáng)于周邊設(shè)備的對應(yīng)紅外圖像，此時(shí)可精準(zhǔn)地查找出故障點(diǎn)。

3 無人機(jī)在輸電線路巡線方面的主要應(yīng)用途徑

無人機(jī)的特點(diǎn)是機(jī)身比較小、靈活性比較高，應(yīng)用在輸電線路巡線工作中，不僅能夠大幅度提升輸電線路整體的巡線質(zhì)量和效率，而且其管理工作水平也能得到進(jìn)一步提升。另外，把無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用在查找輸電線路的故障點(diǎn)工作中，能夠密切關(guān)注輸電線路的實(shí)際情況，進(jìn)而可以有效防止輸電線路發(fā)生故障，輸電線路發(fā)生故障的時(shí)候，能夠精準(zhǔn)找出并定位故障點(diǎn)的實(shí)際位置。

3.1 采集圖片和影像

在輸電線路巡線工作過程中利用無人機(jī)，可以把小型攝像機(jī)固定在無人機(jī)的吊艙之中，拍攝絕緣子串以及導(dǎo)線，在這一過程中需要工作人員對無人機(jī)進(jìn)行操控，及時(shí)地把相關(guān)的實(shí)際情況拍攝下來，當(dāng)拍攝完畢之后巡線工作人員根據(jù)拍攝的圖片或者影像所傳達(dá)的信息進(jìn)行分析和整理，進(jìn)而正確判斷輸電線路的實(shí)際情況，制定針對性的策略和方案，最后把圖片和影像進(jìn)行處理并保存。

3.2 采集和傳輸數(shù)據(jù)

在應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)對輸電線路進(jìn)行巡線時(shí)，可以充分發(fā)揮紅外熱像技術(shù)的作用，把信號(hào)傳輸?shù)降孛娴臋z測屏幕上，讓工作人員實(shí)時(shí)對無人機(jī)穿過的地方進(jìn)行觀察，還可以及時(shí)對傳輸回來的圖片和影像進(jìn)行分析和處理，并根據(jù)分析和處理結(jié)果確定輸電線路中發(fā)生故障點(diǎn)的具體位置，方便巡線工作人員對故障點(diǎn)進(jìn)行維修，提高巡線人員的工作效率和質(zhì)量，提升工作精準(zhǔn)度，節(jié)約大量的時(shí)間，降低人力和物力成本。

3.3 控制衛(wèi)星導(dǎo)航

目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在無人機(jī)中設(shè)置衛(wèi)星導(dǎo)航控制系統(tǒng)，通過調(diào)配可以和地面檢測屏幕進(jìn)行連接，使無人機(jī)對輸電線路及桿塔進(jìn)行自動(dòng)巡線，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸電線路故障點(diǎn)之后，可以通過衛(wèi)星導(dǎo)航來規(guī)劃最合理的維修路線，節(jié)省巡線工作人員的時(shí)間，準(zhǔn)確定位出定位點(diǎn)。

3.4 應(yīng)用于常態(tài)化巡檢

要有效提升電力管理工作水平和效率，電力部門應(yīng)制定科學(xué)合理且完善的輸電線路巡檢方案，把重點(diǎn)放在預(yù)防工作上，側(cè)重點(diǎn)放在維修上。因此，電力部門應(yīng)該要求巡線工作人員定期對輸電線路進(jìn)行巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行科學(xué)有效的預(yù)防處理，第一時(shí)間找出出現(xiàn)故障點(diǎn)的輸電線路并進(jìn)行有效地解決。當(dāng)巡線區(qū)域的地理環(huán)境和氣候比較惡劣復(fù)雜時(shí)，巡線工作人員沒有辦法正常進(jìn)行工作，這時(shí)可以應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)代替工作人員的巡線工作，有效保證這種巡線方式實(shí)現(xiàn)常態(tài)化，然后根據(jù)巡線的相關(guān)信息進(jìn)行綜合的處理分析，全面詳細(xì)地掌握和了解整個(gè)輸電線路的實(shí)際運(yùn)行情況。

3.5 應(yīng)用于故障點(diǎn)查找

3.5.1 外力破壞

在輸電線路遭遇強(qiáng)大的外力破壞，或者周邊環(huán)境發(fā)生了巨大的變化時(shí)，需要應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行巡檢。比如當(dāng)發(fā)生雷電、暴雨、地震、泥石流等自然災(zāi)害，如果讓巡線的工作人員對輸電線路進(jìn)行檢查就會(huì)有很大的危險(xiǎn)，威脅巡線工作人員的生命安全，而無人機(jī)技術(shù)就可以很好地代替巡線工作人員對輸電線路進(jìn)行檢查和巡視。

3.5.2 診斷性檢查輸電線路

在應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)對輸電線路實(shí)際的工作情況進(jìn)行巡檢的過程中，應(yīng)該對輸電線路正常安全穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行科學(xué)合理的預(yù)測，還要根據(jù)季節(jié)性變化以及周邊環(huán)境的改變對輸電線路進(jìn)行有效的巡檢工作。如果在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)立即巡檢各大故障點(diǎn)，并把故障點(diǎn)的具體位置查找出來。根據(jù)故障點(diǎn)的實(shí)際情況，分析和查找故障點(diǎn)所發(fā)生問題的具體原因，還要全面了解故障點(diǎn)設(shè)施被破壞程度的實(shí)際情況，應(yīng)用有效措施對故障點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)地維修或者替換故障設(shè)備，從而在最短時(shí)間內(nèi)讓線路恢復(fù)正常穩(wěn)定的運(yùn)行。

4 保證無人機(jī)技術(shù)在輸電線路巡線方面得到順利應(yīng)用的有效措施

4.1 與相關(guān)的最新技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合

在輸電線路巡線的時(shí)候應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)，不只是單純地用無人機(jī)技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工作人員巡線，更應(yīng)該在科技水平不斷提升的背景下，與最新的計(jì)算機(jī)、數(shù)字化以及大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，使輸電線路巡線工作越來越智能化，促進(jìn)我國電力行業(yè)往更好的方向發(fā)展。

4.2 大力培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)的人才

在輸電線路巡線中要想充分發(fā)揮無人機(jī)技術(shù)的巨大作用，應(yīng)大力培養(yǎng)無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用型人才，科學(xué)合理地操控?zé)o人機(jī)，對無人機(jī)巡檢過程中發(fā)生的各種問題進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，從而更好地對無人機(jī)拍攝以及飛行情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證無人機(jī)能夠正常穩(wěn)定工作。

4.3 打造專業(yè)電力巡視和調(diào)度團(tuán)隊(duì)

在輸電線路巡線工作中應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)，可以避免氣候和環(huán)境對巡線的干擾，及時(shí)發(fā)現(xiàn)有設(shè)備故障的輸電線路，進(jìn)而向地面檢測屏幕傳送相關(guān)的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)無人機(jī)傳送回來的具體位置調(diào)配巡線工作人員，及時(shí)對其進(jìn)行維修和替換。因此，需要電力部門組建一支專業(yè)的電力巡視和調(diào)度團(tuán)隊(duì)，保證輸電線路能夠得到技術(shù)維護(hù)和維修。

4.4 保證無人機(jī)自動(dòng)跟蹤和穩(wěn)定攝像

在應(yīng)用無人技術(shù)對輸電線路進(jìn)行巡線的過程中，需要保證無人機(jī)的自動(dòng)跟蹤功能是完好的，使無人機(jī)在巡線時(shí)可以根據(jù)轉(zhuǎn)角、輸電線路走向以及海拔高度進(jìn)行自動(dòng)跟蹤。此外要保證無人機(jī)飛行的穩(wěn)定性，在無人機(jī)中安裝的攝影設(shè)備應(yīng)該具有良好的穩(wěn)定功能，并配備紅外、可見的攝像設(shè)備，進(jìn)而有效保證攝像的穩(wěn)定性，讓拍攝的圖片和影像更加清晰，具有很高的分辨率。

5 結(jié)束語

綜上所述，無人機(jī)技術(shù)在輸電線路巡線過程中發(fā)揮著非常重要的作用，且無人機(jī)體型小、靈活度高、實(shí)用價(jià)值比較大。因此在輸電線路巡線過程中能夠精準(zhǔn)地找到故障點(diǎn)的具體位置，而且外界因素對無人機(jī)造成的影響比較小，可以不受氣候和環(huán)境的干擾，進(jìn)而推動(dòng)電力行業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。