输电通道人机协同巡检方式的探索

任钦

巴彦淖尔供电公司输电管理处  内蒙古自治区巴彦淖尔市   015000

摘要：输电线路常分布在崇山峻岭，点多面广，杆塔所处地形复杂，人工线路巡视维护工作难度较大，同时随着超、特高压远距离输电技术的发展，进一步增加了输电线路运行管理人员的工作量和防范难度。虽然载人直升机在线路巡检中已有应用，但受航空管制、安全、天气、成本以及输电通道间距的制约，其应用有局限性。为了提高输电线路的巡检质量和效率，迫切要求提升巡线维护的自动化和现代化水平，运用无人机搭载设备进行线路巡检引起了广泛关注。该巡检方式非常适合输电通道，并降低了人工与载人直升机巡检的工作量及时间，提高了线路巡检质量和效率。该人机协同巡检方式为其他地区类似线路的巡检和今后无人机在输电线路巡检中的应用。

关键词：无人机； 协同巡检； 输电线路； 巡检方式

输电线路覆盖区域广，穿越区域地形复杂，自然环境恶劣，从而增加了输电线路运维管理的难度。输电线路设备长期暴露在野外，为了掌握线路的运行状况并及时排除线路故障、缺陷或潜在隐患，每年都要投入大量人力、物力进行线路巡检。输电线路传统巡检方式为人工巡检，存在特殊地形和气象条件下巡检困难、不易发现瓶口及以上部位缺陷、巡检效率低等问题。因此，需进一步研究适用于特殊复杂地区的机型、技术条件和作业模式，并适时开展巡检现场，促进特殊地理环境条件下无人机巡检技术实用化。

一、输电巡检存在的问题

现在城乡各处的电力网是保障电力传输的基础设施，我国电网建设规模已跃居世界首位，在我国多变的气候条件与复杂的地形地貌的情况下，保障中国超大规模的网络运行是一个艰巨的任务。目前，电网巡检主要是人巡+机巡模式，人工巡检人力成本过高，对巡检工人来说，危险系数也较高。巡检人员需要携带专业设备深入高山峡谷，甚至深山老林，爬上几十米高的铁塔，开展电网巡检工作，碰上恶劣天气，依然要坚持在巡检一线，在巡检过程中，一旦发生高空坠落或触电等意外事故，后果不堪设想。机巡模式改变了以往人工巡检的费时费力，但是飞手的培养需要时间与成本，加上每个飞手的操作技术问题，“炸机率”也一直居高不下。而且每个飞手的拍照距离、拍照角度与每基塔的拍照位置等人工误差问题，也使得机巡模式成本过高。巡检班组人员通过使用无人机提高巡检效率，但是新的工作方式也带来了新的挑战。巡检人员需要长时间控制无人机飞行，这对于基层班组人员的无人机操作技能要求可不低。“炸机”“撞塔”等事故的发生也随着机巡业务的扩大而与日俱增。同一条线路在两个技术熟练度不同的飞手飞过以后也可能产生迥异的巡视结论。行业迫切需要更加智能、更加安全、更加可控的巡检作业方式。降低无人机操作门槛，降低人员经验对于巡检工作的影响，进一步提升机巡作业效率，是各个供电人不断追求的目标。

二、人机协同巡检方式

某输电线路现场实测通道内线间距离最窄处仅30 m，在巡检作业过程中，直升机必须与导线保持一个相对安全的距离，以避免因意外导致直升机碰线、或因直升机强大升力造成地面漂浮物升空而引起次生线路故障。针对实际情况，确定采用人工、载人直升机、无人机协同巡检方式对嘉湖通道进行巡检。在现有技术条件的限制下，人工巡检、载人直升机巡检和无人机巡检的侧重点不同，为了提高特、超高压输电线路的巡检效率和巡检质量，对人机协同巡检方式中巡检界面进行了分析。

1、巡检方式的分析

（1）人工巡检方式。人工巡检是输电线路最主要的巡检方式，能够对一些细小的隐患和缺陷进行快速、直接的现场处理和反馈， 特别是对铁塔下部、基础和线路走廊的巡检比较到位，在人机协同巡检中适用于“通廊多回”杆塔下层以及线路走廊的巡视。巡视内容一般包括：杆塔下层鸟窝，塔材损坏变形被盗， 警告牌标识牌变形缺失，螺栓螺帽被盗，杆塔基础，通道内植被、违章建筑的安全距离以及杆塔上层明显的异物与缺陷。

（2）载人直升机巡检方式。直升机巡检技术已发展得比较成熟，对杆塔、线路金具方面的巡检能力较强。由于直升机机身尺寸等问题，出于安全距离考虑， 在人机协同巡检中适用于“通廊多回”外侧杆塔上层以及线路金具的巡视。巡视内容一般包括：杆塔上层鸟窝，上层塔材损坏变形被盗，相位牌、色标牌变形缺失，配合使用红外测温仪检测导线、地线、引流线断股缺股以及异物悬挂，耐张管破损，线夹松股，绝缘子破损、污秽、闪络以及异物悬挂，金具的螺栓、螺帽、开口销的缺失。

（3）小型旋翼无人机巡检方式。小型旋翼无人机具有结构简单、体积较小、易于操控、巡视效率高和安全性能较好等优点，对所有杆塔、线路金具的巡检能力都较强，因此在人机协同巡检中适用于“通廊多回”所有内侧外侧杆塔以及线路金具的巡视，巡视内容与载人直升机相同。但小型旋翼无人机巡线在特、超高压线路“同廊多回”重要输电通道内与人工巡检、载人直升机巡检方式相比具有独特优势：无人驾驶，不会造成人员伤亡；不受地理条件限制；携带方便，便于投入现场；只需一次投入，后续费用低。

2、人机协同巡检界面划分。目前受小型旋翼无人机电池、抗风性等自身性能限制，巡检周期还无法满足线路稳定运行的要求。根据现实情况，将巡检作业通道内载人直升机无法开展的内侧通道，并结合现场实际和运维经验，将小型旋翼无人机、载人直升机和人工巡检的界面进行了大致的划分，人工负责杆塔基础和下部的巡检，载人直升机负责“通廊多回”外侧巡检，小型旋翼无人机负责“通廊多回”内侧巡检。通过巡检方式的相互协同、互为补充，保证了通道内线路本体、通道环境和线路环境的安全可控，提升了输电线路的精益化运维水平。

3、人机协同巡检路径。小型旋翼无人机与载人直升机飞行路径的选取原则基本一致，差别在于：载人直升机在巡线过程中需要综合考虑起降场地、燃油供给、航空管制等因素的影响，而小型旋翼无人机在巡线过程中更多的是考虑天气状况、续航能力等因素的影响。首先考虑的是两塔之间路径的确定，由于杆塔之间的导线有弧垂现象，导线最高点与最低点的垂直距离可达到10 m 甚至更高，所以无人机沿线路导线走向水平飞行时需要随时调整飞行高度，以确保红外热像仪拍摄角度都是固定不变的，便于发现导线断股以及导线上悬挂异物等较明显的缺陷。确定无人机两塔之间的巡线路径为平行于以导线地线悬挂点为端点所构成的弧线。直升机由于载人手持仪器拍摄，较为灵活，巡线路径为平行于地线与最下相的弧线，能够很好地保证巡视效果。其次考虑的是巡线所采用的方式。巡检方式分为单向巡线和双向巡线方式， 载人直升机负责“同廊多回”的外侧杆塔与通道，受体积限制，无法进入内侧杆塔与通道进行巡视，同时直升机携带的拍摄器材可以更为完备专业，所以单向巡检便能够完成巡检任务。由于特高压、超高压线路各相间距大，杆塔塔头尺寸较大，无人机光学吊舱任务系统受检测距离、视角范围的影响，常规的单方向巡检不能满足巡视质量的要求，因此无人机可在线路两侧进行往返巡线。载人直升机和小型旋翼无人机巡检架次视天气情况、沿线路况等因素而定。根据各运行线路杆塔结构、各条线路走廊的不同以及各线路的特点，对每条线路的巡检路径具体分析，确保巡线任务安全有效的进行。

参考文献：

[1] 姜云土，韩军，丁建. 基于多特征融合的玻璃绝缘子识别及自爆缺陷的诊断[J]. 中国电力，2017，50(5)：52-58.

[2] 许忠雄，邵瑰玮，谢予星. 基于编码标志的无人机电力巡检自主定位方法[J]. 应用科学学报，2018，36(5)：58.

[3] 王亚先，韩军，赵庆喜. 关于无人机自动巡检方法的研究[J].计算机仿真，2018，34(3)：56-61，160.