飞行器电力巡检探讨

姜荟丛

（西北工业大学，陕西 西安 710072）

0 引言

近年来，我国国民经济的持续快速发展对我国电力工业提出了越来越高的要求。为了安全、可靠的供电，巡线维护自动化和现代化已日益显示出其迫切性。 传统的人工巡检方法工作量大、条件艰苦，特别是对于山区和大江大河的输电线路巡检存在很大困难，甚至一些巡检项目靠常规方法是难以完成的。

截至2011年我国220 kV以上输电线路已达到48万km，500 kV线路已成为各大电力系统的骨架和跨省区的联络线，国家电网公司在“十二五”规划中提出，今后我国将建设联接大型能源基地与主要负荷中心的“三纵三横”特高压骨干网架和13项直流输电工程（其中特高压直流10项），形成大规模“西电东送”、“北电南送”的能源配置格局，面对如此庞大的输电网络，要完成高效率的输电线路的巡检任务，单单依靠常规的人工徒步巡检已很难适应电网发展的现代化要求，利用飞行器进行线路巡检已成为国内外电网运维单位的共识。

1 国内外飞行器电力应用现状

欧美各国在20世纪50年代开始研究并使用直升机完成巡线、带电作业和线路施工［1-3］，20世纪80年代开始，我国也开始研究利用直升机巡线的技术［4-7］，近年来，我国在有人飞机巡线和无人飞机巡线方面进行了较为广泛的研究，并取得了长足的进步。在国内最早进行直升机工程应用的单位是国家电网通用航空有限公司，公司成立十年来，已具有美国贝尔206B3型、206L-4型、407型、法国欧直EC-120B型等系列航空器，年均飞行500 h/架，是目前中国通用航空业最大的直升机电力作业专业公司。其在直升机巡航作业、带电水冲洗绝缘子、带电检修、展放导引绳、3D激光扫描和高海拔作业等方面已积累了丰富的经验。近年浙江电力公司在直升机电力巡线检测设备方面进行了大量的工作，取得了一定的成绩。但由于直升机应用成本高、投资大，同时也存在一定的作业风险，现在国内拥有直升机实用化电力作业能力的单位为数不多。近年来英国、德国、澳大利亚、西班牙和日本先后开展了无人直升机电力巡检的相关技术研究，由于各种原因，现在主要还是处于实验室水平，并未应用于实际生产中。 国内主要有山东电力、福建电力、辽宁电力、安徽电力、四川电力等系统内单位从事相关科研项目的研究，相关媒体也先后进行了上述几家公司应用无人机进行电力巡检的报道。 其中山东公司是最早进行无人机电力巡检研究的单位之一，山东公司现在主要拥有包括无人直升机和固定翼无人机等多种机型，已实现无人机输电线路常态化巡检。福建公司先后采用了100 kg级和450 kg级无人直升机开发巡检系统，以增加续航时间和抗风能力，安徽公司主要在无人机直升机检测设备方面进行了相关的研究。

2 飞行器在电力行业的应用分析

飞行器按照不同的控制方式，可分为有人飞行器和无人飞行器，有人飞行器一般体积较大，其载重能力一般都大于100 kg，对驾驶人员也有一定的要求，需考取专业的驾驶执照。无人飞行器大小不等，小的无人飞行器重量可小于1 kg，大的飞行器重量可以吨计。不论对于哪种飞行器，通过搭载不同的检测设备，可分别执行不同的巡检任务。

直升机巡视技术。直升机巡视高压输电线路是指直升机装备陀螺稳定的红外热成像仪与可见光检测仪对线路进行检查，机上的GPS定位仪可以对航行路线精确导航，它具有高效、不受地域影响、可靠等优点。 红外成像检查是利用红外热像仪对线路上的导线接续管、耐张管、跳线线夹、导地线线夹、金具、绝缘子等进行拍摄，分析数据，判断其是否正常，同时进行全程红外跟踪录像。可见光检查是在航巡中运用望远镜、照相机、机载可见光镜头跟踪记录导地线、杆塔、金具、绝缘子等部件的运行状态、线路走廊内的树木生长、地理环境、交叉跨越等情况，同时进行全程跟踪录像。

直升机巡视作业基本要求。 一是直升机由一名飞行员驾驶，两名航巡员操作巡视设备。二是为更好地观察销钉类的微小缺陷，每次巡视将直升机在塔头悬停时间为2～3 min，对于500 kV输电线路，采取在线路单侧巡视方式，即在线路一侧巡视时检查铁塔三相导地线及金具，巡线时直升机与500 kV交流线路安全距离保持在15～20 m；与±660 kV直流线路安全距离保持在20～25 m。作业速度保持在12 km/h左右。三是一名航巡员用机载红外热成像仪对线路导地线、间隔棒、接续管进行检测并录像，另一名航巡员用可见光摄像仪进行观察并录像，发现问题后，用望远镜进行详细检查、拍照。四是检查铁塔时飞机在铁塔斜侧上方悬停，两名航巡员同时对铁塔、绝缘子、金具等进行检查、录像。

2011年山东电力首次将直升机巡视技术引入山东电网，全年直升机巡视线路2 097 km，巡航里程5 000余公里，发现缺陷153项，其中31项是地面巡视难以发现的缺陷、6项属危急缺陷。但是，目前直升机巡视技术受恶劣天气和国家航空管制影响较大，其规模化应用仍然受到一定的限制。在国家电网公司“十二五”规划里，已明确提出加快国网通航公司发展，进一步扩大直升机业务范围，建设直升机维修保养中心、人才培训中心、技术研发中心、应急抢险中心和直升机电力作业中心五大中心；直升机业务范围扩大到电网运行维护、建设施工、勘察设计、应急抢险、科学试验、客货运输六大领域；建设覆盖全国的华北（北京）基地、华中（湖北沙市）基地、西北（兰州）基地、华东（南京）基地、四川（成都）基地、福建（福州）基地、东北（沈阳）基地等七大作业基地，在未来5年里直升机在电力行业的应用将越来越广泛。

无人机巡检技术。无人机按照不同的结构可分为无人直升机和无人定翼机。 无人直升机具有起降灵活，可自由悬停等诸多优点，但现阶段国内大载荷无人直升机技术还不成熟，国外成熟产品又处于对华禁售的状态，无人直升机要进行长航时、长航程的输电线路巡查还存在技术难度。 无人定翼机则具有飞行速度快，巡航半径大，滞空时间长等优点，但无法实现悬停。根据各自的特点，无人直升机可实现对特定目标的精细巡查，定翼无人机可实现对输电线路走廊的整体普查。

无人机巡检系统主要有无人机平台、检测系统、无线通讯系统和地面控制系统等部分组成［8-9］。无人机平台负责执行飞行巡检任务，机上搭载飞行控制系统，实现对无人机平台的实时控制，无人机位置信息主要依靠GPS/北斗定位系统获得。 检测系统则可以根据飞行平台的载重能力灵活配置，主要包括光电吊舱、可见光检测设备、紫外检测设备、红外检测设备等，对于小型的飞行平台也可选择单次搭载单个检测设备的方式，分批次完成不同的巡检任务。 无线通讯系统是负责地面控制站与无人机平台交互的媒介，其主要实现控制数据、状态信息以及实时图像的传输，为保证无人机平台的飞行安全性，无线通讯系统需实时畅通。地面控制系统主要是接收无人机飞行平台运行状态参数，发送控制指令，集中显示实时图像等。

无人机巡检相比人工徒步巡视具有效率高、检测精度高等优点；飞行平台相比直升机成熟度还不高，但其具有使用成本低、操作简单等优点。在国网公司的“十二五”生产规划中也明确指出：“到2015年，在特高压线路、跨区长距离输电线路、主干线路以及人工巡检无法到达地区推广应用直升机、无人机、机器人巡线等智能巡检，显著提高输电线路安全运行可控、能控、在控水平。”无人机巡检将逐渐成为现有人工巡检和直升机巡检的有益补充，在生产实际中会发挥越来越大的作用。7月26日，在山东省潍坊市寿光侯镇，一架无人直升机开始对220kV寿海线进行智能巡检。这是山东电力集团公司电力科学研究院研制的“智能巡线千里眼”无人直升机智能巡检系统常规飞行巡检的第一步，标志着山东电力在全国率先实现了将无人机巡线纳入线路巡检常态化应用。

飞行器除了在电力巡检方面的应用外，也可广泛应用于其他的电力作业。 对于大载荷直升机可进行相关输电线路建设塔材吊装等工作，对于无人机飞行器可进行电力灾后巡查，应急评估等工作。

2011年5月在海拔2 800多米的青海格尔木，一架卡-32型直升机成功吊起2.2 t的铁塔材料，稳稳放在铁塔底座，顺利组立起了一座电力铁塔，从起吊到工作结束只用了13 min。在汶川地震后，无人机对灾区实施了航拍，在抗震救灾中发挥了重要作用。

3 结语

本文介绍了飞行器在电力行业的应用，包括电力巡检和电力作业等。 根据不同飞行器的特点可分别执行不同的巡检任务。随着研究的不断深入，各种飞行器的潜能将不断被挖掘，在不久的将来，在电力巡检和作业现场我们会越来越多的看到直升机、无人直升机和无人定翼的身影。各种飞行器在电力行业的应用研究也将为其在国民经济其他领域应用做打下一个良好的基础。