无人机在500kV输电线路巡视及检修中的应用

1、无人机在500kV输电线路巡视及检修中的应用摘要：针对500kV输电线路巡视及检修的应用需求，解决常规巡检手段低效、 安全、技术门槛等问题。以小型无人机为载体，搭载影像采集设备进行航拍巡视、 搜索、定位、采集线路缺陷和隐患的影像数据。根据线路杆塔坐标信息，预设航 迹点实现自主飞行巡检，以设备回传的杆塔实时影像为操作指导。利用手动飞行 模式实现线路关键部件的影像采集，该系统提升了线路状态管理，应急指挥的便 利性。为输电线路的安全评估、灾前排查、事故预警、灾后抢修，乃至状态检修 和全寿命周期管理提供全方位的信息支持。关键词：无人机；输电线路；巡检；模式刖言我国在近年来逐步建设并完善了以超/特高压输

2、电线路为主骨架的全国互联大 电网，以解决东部沿海地域对电力的需求，随之也提出了对其安全运行维护的新 要求。输电线路部件自身的老化、劣化以及自然环境灾害、外部人为破坏等，均 对电网的安全稳定运行提出了严峻的挑战。传统输电线路的安全防护主要依靠日 常巡检及故障发生后的继电保护、稳定控制和失步解列等三道防线，而对电网运 行的主动监测、主动防护相对落后。提前获知灾害的形成过程，主动清除各类缺 陷和隐患，能为坚强、自愈的智能电网提供强有力的安全保障。目前输电线路的 巡检手段主要为人工巡检，然而受到自然条件、巡检设备落后等条件的制约，人 工巡检存在着诸多问题。而传统的自动化巡检载体，如线路本体在线监测系统

3、、 线路攀爬巡检机器人等，因其巡检覆盖范围小，操作难度大，不利于维护等原因， 正逐步退出历史舞台。随着航空工业技术的发展，飞行器巡检逐步成为一项新的 研究课题。其非接触式、快速高效、多角度全方位的巡检手段，搭配各类可见光 和红外影像设备，能够全面了解输电线路的运行情况，给后期检修提供依据。我 国在20世纪初，已成功应用载人直升机进行500kV线路巡检，但其飞行条件涉 及空域申请、人员配备、地面保障、环境因素、飞行费用等，不能大规模推广。 近年来，随着无人机技术的成熟，小型无人机由于具有飞行灵活、操作方便、成 本低、人员工作强度低等优点，已经在航拍测绘、遥感图像、搜救、监控等工程 领域得到广泛应

4、用，能从根本上提升信息和数据收集的时效性。目刖，其在输电 线路巡检中的应用也逐步得到推广。1输电线路巡检现状分析当前，对于输电线路的巡视检查主要包括三方面的内容：本体的巡检、附属 设施的巡视和线路环境通道的巡视。其中，线路本体的巡检主要包括基础、接地 装置、杆塔、导地线、绝缘子、金具等检查。（1）基础检查：回填土下沉或水淹，基础和保护帽有否破损，基础附近地面 有否开挖、冲刷、坍塌、滑坡、下沉、堆积、种植、搭棚建筑等。（2）接地装置检查：接地引下线与杆塔是否牢固连接，有否缺损、锈蚀、烂 断。接地体有否被开挖、冲刷、坍塌等，接地钢筋有否外露、开断、被盗等。（3）杆塔检查：杆塔底部有否被浸入水中或被

5、围入建筑物中，塔身有否倾斜， 横担有否扭转变形，塔材有否锈蚀、变形、弯曲、被盗等，螺栓、脚钉有否松动、 缺失、锈蚀、变形。塔身上有否异物及其它悬挂低压线及弱电线等。（4）导地线检查：导地线有否损伤、断股、锈蚀，大压档要重点检查线夹两 侧出口导地线有否损伤，子导线间有否鞭击、绞扭，弧垂有否变化不平衡，导地 线上有否悬挂异物等。跳线悬挂是否正常，连接是否牢固，电气距离是否足够， 弧垂有否变化。跳线有否损伤、断股、锈蚀，跳线上有否异物，重点检查跳线小 握手、间隔棒有否松动、脱开或损坏等。（5）绝缘子检查：逐个检查绝缘子有否破损，有否放电痕迹，钢脚有否锈蚀、 弯曲、变形，钢帽有否锈蚀，销子有否锈蚀、损

6、坏、缺失等。合成绝缘子还应检 查上钢帽、下钢脚有否锈蚀、变形、弯曲，芯棒有无异常，伞裙有否破损、老化、 龟裂、脱落以及放电痕迹等，锁紧销有无锈蚀、脱位或脱落。（6）金具检查：金具包括耐张串、悬垂串联接金具，导、地线接续金具，均 压环、屏蔽环、防震锤、阻尼线、护线条、间隔棒、重锤、线夹等。（7）通道检查、附属设施检查：一般观察前后半档的通道情况，包括线下树 竹、交跨、建筑物等，线旁风偏树竹、构筑物等，应符合规程要求，线上有否异 物等。对塔上附属设施、标志牌等也应进行检查，其安装必须牢固、可靠、齐全、 正确。人工巡检因无法靠近带电线路，特别是高空部分本体及附属装置检查，对电 力线路安全、稳定运行提

7、供的帮助极为有限。正是基于无人机的机动性能和便捷 性，在高压输电线路巡视项目上能在有效提升应用价值的同时，优化人工成本， 并且获得劳动力的解放。因此，在研究无人机巡检技术的过程中，使用人员要结 合其实际运行结构和基本需求，建构更加贴合于实际的使用策略。2.无人机巡检平台选型原则无人机在电力线路巡检作业中的特点应具备良好的续航时间、抗风能力，且 应具有搭载光学任务系统吊舱的能力。此外，无人机在电力线路巡检作业中，首先起飞到设定的钢塔或发现疑似缺 陷点处，为达到良好的巡检效果，无人机应具备空中定点悬停功能。同时，无人 直升机具备自主起降功能。所谓自主起降功能，即通过内控键盘的降落指令，实 现直升机

8、的一键降落功能，直升机触地后，任务自动结束，完成自动降落功能。 该自主起降功能为内控自动飞行过程，无需人工干预，减小了外控操纵手的负担， 从而可进一步提高无人直升机在电力线路巡检应用中的可操控性。根据不同的地 形巡检要求，选择不同的无人直升机类型，各种类型无人直升机技术对比如表1 所示，由表1可知随着无人机机型的增大和续航时间的增加及抗风能力的增强， 巡检范围也相应扩大。与此同时，无人机需在超视距的条件下进行巡检飞行。因 此，需增加其相应的通信中继设备，也给现有的技术条件带来相应的技术难题。 因此，目前现有无人机平台多为小型无人直升机和微型无人直升机，而中型无人 直升机在输电线路巡检的应用还处

9、于探索阶段1。无人机巡检模式的选择和应用3.1无人机飞行方式无人机在飞行的过程中，为避免无人机在极端恶劣气候及其他因素影响下垂直坠落造成 对线路的灾难性损坏，无人机沿线路飞行时与线路边线应具有一定的水平距离。因光学任务 吊舱系统安装于飞机下方，为满足巡视质量的要求，且避免无人机受线路电磁场的影响，保 证无人机有充裕的飞行空间，无人机在线路上方飞行应具有一定的垂直距离。综合上述各种 因素，无人机在巡检作业中需在线路斜上方进行飞行。为提高巡线效率，在光学吊舱任务系统具有足够扫描视场角时，无人机可进行单向巡视， 即沿线路方向巡视1次.在较高电压等级线路中，如500kV及以上电压等级，因各相间距大、

10、塔高，无人机光学吊舱任务系统受检测距离、视角范围的影响，常规的单方向巡检往往不能 满足巡视质量的要求，此时无人机可在线路两侧进行往返巡视。3.2通信链路系统中继模式在无人机距离地面测控设备比较近，且没有障碍物遮挡的情况，通信链路系统为直通模 式，即无人机可通过无线链路直接与地面测控设备进行数据通信。为解决无线通信因山峰阻 挡、多径效应、频率选择性衰落和输电线路强电磁干扰等影响，同时有效拓宽无人机巡线的 测控距离，实现无人机在超视距条件下进行电力巡线需求，需采用中继转发模式，无人机中 继模式主要有地面中继模式及空中中继模式，地面中继模式即将数据链路上的中继设备安装 在线路杆塔上。该中继模式成本较低，但工作模式复杂，需根据不同的地形地貌进行地面中 继点的优化规划。同时，在运行维护方面存在一定的困难1。空中中继模式即在数据链路上增加1台中继飞机.该中继模式巡检灵活、范围广、系统结 构简单、维护方便，然而需引入一架中继飞机，增加其相应成本。各中继模式工作方式如表 2所示。结语针对无人机在500kV输电线路巡视和检修方面的应用进行了详细的探讨，采用无人机进 行电力线路巡检作业能极大地降低电网故障率，有效降低电网运营成本，提高电网维护工作 效率，变故障处置为隐患控制。因此，该技术必将成为电网运行