无人机电力巡检技术研究

金仲铂

摘 要：随着国内用电负荷的不断增加，无论是工业生产还是人民生活对供电可靠性的要求都越来越高。传统的架空输电线路运维管理模式和巡检作业方式，劳动强度大、工作条件艰苦，劳动效率低，遇到电网紧急故障和异常气候时，线路运维人员在不具备有利的交通条件时，只能利用普通仪器或肉眼来巡查设施，无论是效率还是质量都已经不能满足输电线路运行的实际要求。无人机技术的发展为架空输电线路的巡检工作提供了新的平台，将无人机技术应用于电力线路巡检中，不但可以大大减轻电力巡线的人力投入，还能快速、安全地对线路实施巡检，增强电力生产自动化综合能力，创造更高的经济效益和社会效益。

关键词：无人机巡检;输电线路;数据处理;效益分析

中图分类号：TM 615

0 引言

改革开放以来，我国经济飞速发展，工业生产、人民生活对电能的需求也与日俱增。由于架空输电线路走廊所处地形复杂，环境恶劣，交叉跨越众多，输电线路发生缺陷及故障跳闸次数日益增多。而对于走廊途经高山大岭、山沟土路、建筑工地、铁路、高速公路、河道、鱼塘、民用住宅、工厂、农田、苗圃、果园等地的线路开展验收及巡视工作也存在诸多困难和危险[1]。人工巡视及故障检查存在工作量大的、条件非常艰苦等问题。特别是对于山区和跨越大江大河的输电线路的巡检，以及在水灾、冰灾、滑坡、地震等自然灾害后进行故障检查，所花费的时间长、而且人力方面的成本高，困难非常大。此外，还有一些巡检的项目仅仅依靠常规方法还难以完成，比如：日常巡视时用望远镜在塔下观察，由于视角限制，一些导地线及杆塔金具缺陷难以发现[5]。对线下树障隐患及施工钻越处导线;净空数据的测量，通常使用经纬仪，但由于线路走廊内成片树木等各种障碍物的遮挡。使获得数据费时费力日不够准确。随着我国“八交十直”特高压电网的建成，急需先进、科学、高效的电力巡线方式来适应现代化大电网的安全运维需求[2]。

架空输电线路无人机巡检是指利用无人机搭载可见光拍摄、红外、紫外检测等任务设备对输电线路进行飞行巡检，并实时将现场的情况传回地面监控系统，以便做出正确判断并及时排除线路故障[9]。自2013年左右开始，多旋翼无人机进入了电力巡检领域，开始成为了巡检人员视觉和动作的延伸，并成为一件得心应手的工具。多旋翼无人机能去到巡检人员无法到达或不便到达的地方，高效而安全地完成了原本耗时耗力的周期性工作，把巡检人员从高强度的体力劳动中逐步解放出来[3]。

1 无人机巡检在国外的发展现状

发达国家依托自身先进的无人机技术，在无人机巡线领域处于领先地位。与国内主要进行硬件开发不同，发达国家已经关注于后续的图像、数据处理方面的研究，甚至激光雷达巡线技术也已经应用于无人机上[3]。最早利用无人直升机巡线的是英国的威尔士大学和仪埃电力咨询公司。英国威尔士大学班戈分校于1995年起与仪埃电力科技公司合作开始研制输电线路巡检飞行机器人，该机器人是在英国Aerobotics公司的Sprite无人直升机的基础上开发的，整个系统包括微型直升机、导航系统、检测系统、地面控制系统、数据通信系统等。该机器人重35kg，附加了稳定性控制系统以增加抗风干扰的能力，并安装了高分辨率的彩色CCD摄像机，实现基于视觉的导航和基于视觉的输电线路跟踪和在线检测。同时，英国威尔士大学和仪埃电力科技公司利用可见光摄像机获得的动态可见光图像进行障碍物测距。该方法是通过机器视觉技术，识别无人飞行器前方的障碍物，通过路径规划的算法，躲避障碍物。但此方法只能识别较大的障碍物，根据文献描述，此系统主要是避开树木等障碍物。对导线识别和避障的可靠性不够，且要求飞行速度不能太快。

2无人机巡检在国内的发展现状

2013年开始，国家电网公司组织国网冀北、山东、山西、湖北、重庆、四川、浙江、福建、辽宁和青海10家试点单位及国网通航公司和中国电力科学研究院，结合人工巡检、直升机巡检和无人机巡检各自的优缺点，开展输电线路直升机、无人机和人工协同巡检模式试点工作[4]。广东电网公司于2020年底实现110kV及以上线路（按公里数）机巡覆盖不少于90%，机巡占比不少于60%，线路巡检成本降低20%以上，具备直升机带电作业能力，10kV线路机巡覆盖率不少于30%，基本实现“机巡为主、人巡为辅”的协同巡检目标。

在科技项目研究方面，国家电网公司组织中国电力科学研究院、国网山东省电力公司、国网浙江省电力公司、国网福建省电力公司、国网辽宁省电力公司、国网通航公司、南瑞集团公司等开展无人机巡检实用化关键技术与检测体系研究“小型旋翼无人机巡检安全保障技术及作业方式优化研究”等项目。紧密结合协同试点工作，研究内容覆盖无人机巡检系统关键技术实用化、输电线路缺陷自动诊断技术、无人机巡检系统检验检测技术和协同巡检效果评估等方面。在无人机避障技术实用化、基于三维GIS无人机的测控导航、输电线路典型设备的实时定位和跟踪和无人机检验检测专用设备研制等方面取得了很多进展[4]。

3 未来发展趋势

随着技术和经济的发展，无人机在电力运检中扮演的角色愈发重要。传统飞手操作无人机巡检电力杆塔的模式，在过去保障电力供应，提升巡检效率方面作出了巨大贡献。目前无人机年作业达30万架次，累计作业4程超过10万公里。无人机巡检技术已达到成熟实用化水平，但随着国家电网“三型两网”、南方电网“数字南网”的建设，电网正向数字化、智能化转型，在这个大背景下如何规范数据采集，有效利用分析，进一步提升巡检自动化、智能化程度成了新時代的命题[5]。

在激光点云三维建模技术、RTK定位技术愈发成熟背景下，两大电网公司未来将重点推进无人机自主巡检和集群作业、图像智能识别、北斗系统深化应用、智能图像监测及智能标准体系建设，实现输电专业智能巡检全覆盖，计划用3年时间实现全网输电线路自动巡检全覆盖，并建立全网统一、集成缺陷智能识别、支撑无人机自动巡检的网、省两级机巡管理平台，无人机技术与电网运维深度融合将迎来全新阶段。

4 结论

输电线路的安全稳定运行，对于地区社会经济发展具有重大意义。两大电网公司自大规模引入多旋翼无人机以来，经历了从人工巡检到无人机手动飞行作业的进化。无人机机巡作业有效缓解了电网巡视效率低、巡视质量不统一、无法定量判断设备状态、覆盖细节不够等问题。随着社会经济的高速发展，社会对供电可靠性的要求也进一步提高。在无人机大规模应用的背景下，伴随激光雷达、激光点云三维建模技术、RTK定位技术的不断融合最终将让无人机回归机器属性，实现自动巡检全覆盖，架空输电线路巡检有望完成从人巡时代到机巡时代再到智巡时代的重大变革。

参考文献

[1]刘振亚，全球能源互联网，[M]，北京：中国电力出版社，2015.

[2]徐云鹏，李庭坚，毛强.架空输电线路直升机、无人机及地面人工巡视互补机制研讨与研究[J].广西电力，2013，36（5）：72-75.

[3]孙毅.无人机驾驶员航空知识手册[M].北京：中国民航出版社，2018.

[4]姜荟丛.飞行器电力巡检探讨[J].山东电力技术，2012（5）：46-48.

[5]赵元林.输电线路微小型无人飞行器智能巡检系统的研究与应用[C].北京：2011年亚太智能电网与信息工程学术会议，2011.