架空输电线路无人机运维巡检技术研究

丁 楠

（国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司，江苏 盐城 224000）

引言

人们的日常生活和社会活动已经离不开电力的支撑，供电企业为了保证电力的供应数量和供应质量，对电网系统不断地进行改造和构建。输电线路作为电网系统中关键的电力设施，承担着电力稳定输送的作用，其安全性和稳定性直接关系到了电力的输送质量。由于输电线路的特殊性，范围广、区域地形复杂，电力企业的工作人员对输电线路的运维和检修，尤其是对架空输电线路，做不到全部检查，传统的运维检修已经不能满足现阶段架空输电线路的要求。随着科技的发展，无人机出现并运用到输电线路的运维和检修中，极大地减轻了电力企业工作人员对架空输电线路运维检修的工作量，运维检修工作效率有了很大提升，降低了架空输电线路的故障率，有助于促进电网系统朝着智能化、自动化的方向进一步发展[1-2]。

1 架空输电线路无人机运检关键技术

1.1 自主巡检技术

早期的无人机应用在架空输电线路的运维和检修方面时，是依靠电力企业的地面运检工作人员对无人机进行远程操控的。但是不同的运维操作人员对无人机操控的熟练度以及技能方面存在着不确定性，对操作人员的专业技能要求也比较高。即便是同一操作人员在不同的时间段操作无人机获得的架空输电线路检修效果也是不稳定的。因此，无人机对架空输电线路进行巡检，必须采用自主巡检技术。自主巡检技术的发展目前在电力企业的使用有两种，即：激光雷达（LiDAR）技术和实时动态高精度定位（RTK）技术，这两种技术目前使用比较广泛。激光雷达技术实现了对架空输电线路信息的快速获取，采用三维点云数据对飞行线路进行规划，综合无人机的飞行状态参数、姿态数据和无人机本身搭载的激光雷达，实现自主巡航和运维检修。实时动态高精度定位技术采用的是流动站和基准站的方式进行差分定位，采用这种技术的无人机在进行架空输电线路的运维检修时受限于基站之间的距离和网络传输的问题。因此，需要建立多个基站来保证信号传递的安全性和稳定性，满足无人机的自主巡检。

1.2 作业安全管控

电力企业使用无人机进行架空输电线路的运维检修时，为了防止无人机在飞行过程中出现“黑飞“的现象，在无人机上安装飞行数据记录器。飞行数据记录器能够独立于无人机进行飞行数据的记录，且无法被人为更改。飞行数据主要包括飞行时间、地点以及路径等。通过GPS或者是北斗卫星对其路径进行记录，通过数据传输将无人机的实时数据传递到地面监控平台，同时为了保证无人机飞行的安全性无人机设置有安全监控，当其飞行数据与允许的飞行数据出现不同时，就会发起报警信息，实现对其作业的全过程监控。无人机巡检模块还需要具备对巡检区域周围地理环境以及气候环境进行监测，全方位地考察架空输电线路的实时情况，对其进行巡检，并严格按照电力企业的巡检制度和巡检计划执行。

1.3 故障定位和缺陷识别技术

架空输电线路在日常运行过程中经常会受到多方面的因素影响导致其产生故障，架空输电线路在出现故障时，无人机需要结合电力企业的其他装置对架空输电线路的故障情况进行快速了解、分析和判断。同时，在无人机进行飞行的过程中还要综合检修人员的相关信息，关联相应的作业工单等信息。在发生故障时快速反应，将一次故障缩小到最小范围。无人机在进行运维检修时，要对架空输电线路进行缺陷识别。架空输电线路的缺陷包括输电线路、塔干、导地线、绝缘子、基础以及其他附属设施。在对这些装置进行检查时，无人机要识别其可能存在的缺陷，如架空输电线路塔可能存在着腐蚀点或者存在着断裂情况、输电线路的绝缘层损坏等[3]。

2 运维巡检无人机应用

2.1 运维巡检无人机测绘摄像应用

运维巡检无人机测绘摄像模块采用的是倾斜摄像方式，倾斜摄像方式利用多台传感器以及摄像装置共同发挥作用[4]。在实际应用时，利用Motoar Sky MS-Q5倾斜摄像系统，该系统具备有垂直方向以及四面倾斜方向，以获取无人机飞行过程中垂直方向的地面信息以及45°～60°倾斜角之间的地面信息，通过多角度的摄像，获取完整的地面图像信息。整套系统如图1所示。

图1 运维巡检无人机倾斜摄像系统

2.2 运维巡检无人机红外测温应用

运维巡检无人机利用红外测温技术能够对架空输电线路中产生的输电线路故障缺陷以及绝缘性进行综合预判，以达到对架空输电线路进行预知状态转变的效果。运维巡检无人机的定点悬停，结合红外测温仪，能够对监测点或者是警戒点进行实时测量和监控[5]。运维巡检无人机的红外测温实际应用效果如图2所示，分别对架空输电线路的导线部分进行温度检测和对绝缘子部分进行检测。

图2 运维巡检无人机红外测温实际效果图

3 运维巡检无人机应用测试试验

为了试验运维巡检无人机的实际应用效果，对运维巡检无人机搭载倾斜摄像技术和红外测温系统进行系统性测试，通过对测试要求与实际测试数据效果进行比对，说明其实际应用效果。表1为运维巡检无人机的技术要求。

表1 运维巡检无人机技术要求

运维巡检无人机的试验是对江苏盐城某110 kV线路N2—N3段、N3—N4段区域内的导线进行日常巡检任务，利用运维巡检无人机发现架空输电线路存在的安全隐患和缺陷，对架空输电线路实现高效、高精度的信息采集。获取到的实际信息如表2所示。

表2 运维巡检无人机实际测试信息

通过对运维巡检无人机进行实际测试，在实际飞行过程中能够较好地获取架空输电线路周围的实际情况以及架空输电线路距周围障碍物的距离。同时运维巡检无人机在实际测试段的悬停精度和RTK定位精度根据测得的距离，达到了运维巡检无人机的相关精度要求，其定位距离精度更为精准。在实际测试过程中，运维巡检无人机能够成功地避开架空输电线路周围的障碍物，达到了保障要求。运维巡检无人机在实际运行中能够为输电线路提供有力的安全保障，大大减轻了人工巡线的不足。

4 结语

随着电网系统的不断发展，架空输电线路的运维检修成为一项非常重要的工作。运用无人机进行运维检修成为必然选择。随着科学技术的发展，无人机在电力方面的应用会越来越广阔，同时在功能方面也越来越智能化。架空输电线路无人机的使用改变了传统架空输电线路运维检修工作模式，电力企业工作人员的工作量明显降低，工作效率大大提高，进一步促进了电力系统朝着智能化、自动化方向发展。