无人机在电力输电线路的各种应用

黄谨益

（广西大学电气工程学院，广西 南宁 530001）

无人机在电力输电线路的各种应用

黄谨益

（广西大学电气工程学院，广西 南宁 530001）

无人机技术由于其可控制、可携带多种任务设备、机动性强等特性，被广泛应用于输电线路规划、输电线路测量、输电线路巡视、灾难应急响应、输电线路架设等电力各领域，有效提高电力工程基础设施作业效率、提升电力系统的维护水平，弥补了传统人工作业的不足。

无人机；电力系统；输电线路；应用

广西地形复杂，平原少、丘陵及山区较多，气象条件复杂，线路走廊趋于紧张，规划及新建设的线路不得不穿越比以往更恶劣的深山大岭。从输电线路的初期规划建设到建成后的日常巡查维护及事故处理，传统人工做法的应用不仅劳动强度大，而且耗时多，效率低下，远远满足不了高效的需求。近年来，无人机技术突飞猛进，在电力各领域中广泛得到应用，弥补了传统人工的不足。

1 无人机在电力输电线路应用

1.1输电线路规划

在进行电力线路规划时，一般仍然采用方法是在卫星图片或者航拍图片对走廊的清理等工程量进行统计，通过比较各种路径方案经济性来选择实施方案。这两种方法在实际应用中都存在局限性。卫星图片由于卫星收到轨道和过顶时间的约束，时效性差，无法实现实时观测，会经常出现地形地貌发生改变的情况。传统大飞机航飞必须报批军事与民航部门，获取航空批文难度较大，对起降场地要求严格，并且耗时长，费用高，因此在恶劣天气条件下，无法升空作业，并且易受云层等因素影响得不到准确的影像，在诸如厂区等小面积区域，尤其是面积在 50km2以下的区域和长度较短的线路路径难以实现较快的速度、较低成本获取较精准相关数据。无人机的应用相对于传统线路规划方法而言，体型小、消耗少、使用成本低、机动性强，可以在阴云天气摄影，飞行高度低，可以获得更高分辨率的航空影像及其数据，能更有效减少不利地面实地调查环境的负面影响。重庆电力设计院在220kV张秀线工程项目规划中，为克服重庆地区地形条件复杂等因素的限制，首次应用无人机实现了十五天完成航空测绘。该航空测绘的高质量数字影像优化了输电线路路径，极大减少了工程投资。

1.2输电线路测量

在输电线路地形测量中，对于导线至导线底部物体的测量使用较多的方法是使用经纬仪。但是，使用经纬仪测量中，经过林区的测量通道有时无法清理，或视野受地形限制，需要通过多次搬站测量才能完成任务，费时费力。

无人机搭载光学测量设备，在测量视野受限较大的区域如林区、有高大建筑的居民区及在使用传统测量方式需要绕行的区域如峡谷、高山等时，能快速调整所处的位置取得相对高精度的数据资料，同时降低了强度和区域测量工作的负荷，节省了时间，提高了测量效率。2009年，中南电力设计院采用低空无人机遥感与地面测量相结合的大比例尺测图高程面状拟合方法对江西某高压变电站了无人机低空测量。2011年，重庆电力设计院在涪陵至长寿的220kV线路工程中采用无人机测量优化路径，使工程总投资节约了 3%～5%，野外勘察作业时间减少了1/3，提高了工作效率。

1.3输电线路巡视

通过巡视检查来掌握线路运行状况及周围环境的变化，及时发现设备缺陷和危及路线安全的因素，以便及时消除缺陷，预防事故的发生。

巡视的分类主要有：（1）线路的定期巡视：主要是进行巡线管理。（2）线路的特殊巡视：特殊巡视是在发生冰冻灾害、沙尘暴、暴雨、泥石流、洪水等灾害、外力影响、异常运行和其他特殊情况时及时发现线路异常现象及部件的变形损坏情况。特殊巡视一般不能一人单独巡视，而且是依据情况随时进行的。（3）巡线的夜间、交叉和诊断性巡视：一般根据运行季节特点、线路健康情况和环境特点确定重点。（4）线路的故障巡视：是查明线路上接地故障产生缘由，找出线路故障点，查明设备受损程度。（5）线路的登杆巡视。线路上有很多缺陷是不能从地面上发现的，甚至用望远镜也无济于事。所以每年必须进行人工登杆检查或是无人机近距离检测。

南方电网公司最新的招标技术要求无人机搭载可见光摄像机光电吊仓可见光图像可清晰识别长度10mm的销钉的距离值，可清晰反映电力通道周边灾情、违章建筑、施工等情况；搭载红外热像仪光电吊仓红外检测线路设备温度优于2K的绝对误差的距离值，可判别线路设备±0.5K的相对温差的距离值；搭载红紫外成像仪光电吊紫外可探测并捕捉电晕放电和表面局部放电的距离值。

2009年初，国家电网公司正式立项研制无人直升机巡检系统。无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备并能重复使用的无人驾驶飞行器，具有机动灵活、快速反应、无人飞行、操作要求低、搭载多类传感器、影像实时传输、高危地区探测、综合效益高等许多优点[1]。主要有六旋翼飞行器、无人直升机和固定翼无人机这几种类型。六旋翼飞行器属短距离飞行，优点在于能够近距离定点拍摄；无人直升机属中距离飞行，优点在于机动性强，飞行点易控制；固定翼无人机则属中、长距离飞行，优点在于能快速获知较长距离的线路整体情况。

2010年4月9日，山东电力公司研制的油动单旋翼无人机在500千伏川泰I、II线雪野湖段飞行15分钟，巡检1.6千米线路、6基铁塔，实现了自主起飞、航线跟踪、轨迹展示、程控飞行等技术突破；其固定翼燃油动力飞机在2011年末进行了试飞作业，翼展3米以上，航速108～120km/h，起飞时需火箭助推。青海省电力公司与青海电研院使用多旋翼油动遥控无人机于2010年6月14～17日，11月18～20日，进行了无人机项目研究的高海拔飞行试验。

2012年2月，国网福建省电力有限公司研制出了基于大型无人直升机的电力飞行巡检技术平台，实现了对输电线路的可见光、红外全过程高精度自主程控飞行巡检，并成功的应用于线路巡视和防灾减灾工作。

2013年9月，国网山东电科院承办了国网无人机飞行验证试验，主要是针对输电线路巡检用油动固定翼无人机巡检系统进行现场飞行验证试验，并对中型无人直升机与任务吊舱的适配性开展验证工作。国网重庆市电力公司超高压局通过建设输电线路走廊三维可视化管理系统对输电线路进行三维重建，并利用了重庆超高压局6条500kV输电线路进行运行实验；国网湖南省电力公司检修分公司开展了四旋翼无人机在输电线路巡视中的应用,主要开展短距离巡检、设备定点检查等方面。

根据相关数据表明，我国每年电力行业整体投资约为1000亿元，其中硬件设施为73%，说明输电设备在国家电网建设上比重越来越大，随着电网的日益扩大，巡线的工作量也日益加大，无人机进行故障点查找工作，极大节省了时间，提高了工作效率。以国网冀北电力公司运维500kV昌门线山区段为例, 应用无人机进行故障点查找工作，仅需2个小时左右，节省时间6个小时以上，若以单条500kV线路平均负荷1000MW、过网电价0.07元、减少停电6个小时计算,直接避免过网电量损失达42余万元。根据记录,2010年～2012年每年发生的非重合闹故障次数分别为:9次、6次、14次。故按平均每年10次计算，可减少直接经济损失420万元（1000MW ×0.07元×6小时×10次=420万）。

图1　无人机在巡视

2015年以来，广西电网公司分布在各个网区的30多名飞行操作员，已完成对“西电东送”输电线路、南昆铁路专供线路等重要输电线路的巡视任务。广西电网所辖线路覆盖面广，沿线山高岭陡、沟壑纵横、山多林密，输电线路的杆塔架设在崇山峻岭之中，传统人工巡检，从一基杆巡到另外一基杆需要翻过一座山要走上好几个小时。每到广西的夏季，多台风、暴雨，会引发洪水、泥石流等自然灾害，会导致输电线路经行地区山体滑坡、冲段道路，以致于线路检修人员无法及时到达现场对线路杆塔基础、绝缘子等设备进行风险评估。当发生大雾天气、冰冻天气时，由于杆塔上可能覆水或覆冰，人工登杆检查存在较大危险。利用无人机的迅速快捷、高效安全的特性对高山、沟壑、河流等线路路径中输电线路设备进行巡视不仅能避免人工登杆的危险作业，而且能发现许多以地面视角观察难以发现的问题，如绝缘子污闪、雷击留下的痕迹，导地线或者避雷线散股、断股等，极大提高了工作效率。同时从不同角度拍摄图像，使巡检数据资料更加完整。作为电网的“千里眼”及“顺风耳”，广西电网工作人员在后台可监测柳州、百色、桂林等1068条输电线路、300多台供电设备。

1.4灾难应急响应

冰冻灾害、泥石流突发等自然灾害对输电线路影响严重，轻者闪络、断线，重者发生倒杆等大规模停电事件，因此加大对自然灾害的监控预防尤其重要。作为新一代应急救灾预警航测系统，无人机为抗灾决策、评判灾情、及时科学引导救灾方面作出了重要贡献。

2010年7月30日至31日，辽宁本溪供电公司研制的旋翼油动遥控无人机对抚顺电网遭遇暴雨泥石流灾害进行灾情巡视。

2011年云南盈江地震后，中国四维测绘技术有限公司利用固定翼油动无人机，对盈江14平方公里地面进行了50分钟的航测，获得分辨率为0.1米的照片603张。在第一时间对灾区进行了普查工作，及时汇总了灾区的受灾情况，为之后救援、重建工作的决策提供了数据支撑。

广东韶关市江城线1724号耐张塔所处地较复杂，每年冬季，时常发生大雾弥漫，能见度低，人工观测需等到大雾散尽才能作业。2011年1月，湖南电力试研院利用无人机能够定点悬停，能够携带可见光摄像机等特性对该杆塔进行高空近距离覆冰情况监测，解决了恶劣气象条件下覆冰监测的难题，充分体现了科技防冰减灾的技术支撑作用。

2012年北京及其周边地区遭遇61年来最强暴雨及洪涝灾害，暴雨冲垮了房山区的大部分道路，供电局检修人员无法及时到达现场对线路基础受损境况进行评估。线路检修人员使用无人机对灾区巡视通道被冲断的神保线进行巡视，及时发现隐患并进行排除。

图2　无人机在覆冰线路作业

1.5线路架设

无人机放线与传统的人工放线相比，能有效克服施工环境复杂等不利因素，能够降低劳动强度、提高施工效率、减少青苗赔偿、降低安全风险。

2011年1月23日，江苏省送变电公司研制的旋翼油动无人机试飞展放初级导引绳，其识别感应、自动实时调整飞行轨迹的技术，比上世纪90年代北京送变电公司成功采用的人工遥控方式展放初级引绳技术有了新的突破。

2011年3月，辽宁电力有限公司在本溪220kV程富线输电线路工程项目中第一次应用配装自动架设系统及相应引线装置的旋翼无人机，实现单次连续牵引1500米初级导引绳过塔，完成多座杆塔的初级导引绳牵引架设，连续跨越 3条 10kV线路和河流，成功地将初级导引绳连续布放在铁塔的横担上[2]。

2014年，浙江省宁波供电公司利用八旋翼小型无人机完成了110kV输电线路的架设。八旋翼小型无人机在近50米的两个基塔之间沿线路上空飞行，通过施放引绳逐步完成架设导线。通常架设6公里的线路往往需要花费20天，在利用无人机架设后，工时缩短至15天，同时也减少了施工人员的人力输出，确保线路架设沿线树木、农作物不因线路架设而遭受经济损失。

2015年5月14日，施工人员使用无人机进行牵引绳引渡放线。当日，在位于江苏昆山境内的淮南-南京-上海特高压1000千伏交流输变电工程施工现场，施工人员使用八旋翼无人机“穿针引线”，在两座高逾144米、重达570吨的特高压铁塔之间架设线路，大大缩短了施工时间，节约了施工成本。

图3　无人机在进行牵引作业

2 结束语

无人机在输电线路规划、测量、巡视、灾害应急响应以及线路架设等领域得到了广泛的应用，这对于提升电力工程的基础设施建设、电力系统的维护水平起着至关重要的作用。

当然，联系到相关实际经验，无人机技术在今后的应用中还需要克服自身的不足，主要表现为：（1）若使用电池续航，作业时间较短，一般是30分钟或者更少，不利于进行较大范围的巡检；（2）固定翼飞机起飞方式有滑跑、弹射、车载（可选），降落方式有滑跑、机腹擦地、伞降、撞网（可选），需要大场地及设备保证飞机的起降时关键设备不受损坏，航空领域申报工作困难较多；（3）无人机定位精度多在水平位置控制精度5m左右，不利于作业效率及设备安全的保障。控制通讯距离受地球曲率或地形影响视距测控通信设备测控距离一般 0～300 km，更远的需要增加地面中继测控通信设备（100～400 km）、空中中继测控通信设备（400～800 km）、卫星中继测控通信设备（800～3000 km）中的一种或几种。（4）无人机可控性相对较差，在经过密林或是居民生活区，机载燃油若发生泄燃或坠机事故，会引起大火，会发生较大的事故和造成较大损失。

随着无人机技术在电力领域的深入应用，很多不足也在持续改善之中，小型无人机为了提高自控作业的安全水平，在未来也将引入超声波避碰预警技术。瑞士洛桑联邦科技学院OS4项目(Omnidirectional Stationary Flying Outstretched Robot)研究了0S4的避障问题，共使用5个超声波传感器来探测障碍物和测量高度，并在仿真环境下进行避障模型测试。通过测试了多种不同碰壁方法，实验结果反映了在仿真环境中可有效避开障碍物，实现安全飞行。其次，功率更为强大、抗干扰性更强的超声波传感器可提升无人机测距的精准度。

[1] 彭仲.武汉将年产 500架无人机[N].长江日报,2012-11-02(12).

[2] 刘国嵩,贾继强.无人机在电力系统中的应用及发展方向[J].东北电力大学学报,2012,32(1):53-56.

Application of UAV in power transmission line

UAV technology has been widely used in transmission line planning, transmission line measurement, disaster emergency response, power transmission line, and so on. It can effectively improve the operation efficiency of electric power engineering infrastructure, improve the maintenance level of power system.

UAV; power system; transmission line; application

TM72

A

1008-1151(2015)09-0081-03

2015-08-12

黄谨益（1980－），男，广西大学电气工程学院在读工程硕士研究生。