电力输电线路协同巡检方式研究

汤明文+戴礼豪+林朝辉+吴冰莹+王力群

摘 要：在了解不同巡检模式的主要特点后，通过分析不同的电压等级、巡视任务、地理环境、巡视内容、巡视周期等因素对输电线路巡检方式的影响，建立直升机、无人机、人工协同巡检模式，实现高效外观巡查和细节查缺巡视相结合，提高输电线路巡检效率。

关键词：线路巡检 巡检技术 有人机 无人机 人工巡视

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0020-04

随着特高压、超高压远距离输电技术的不断发展，电网规模的日益扩大，输电线路通道越来越远离城市和主要交通道路，线路走廊交叉跨越和周边地形环境也越来越复杂，经常需要穿越诸如河流湖泊、山区丘陵等特殊区段，常规的依靠人工巡检方式强度大、效率低，难以全部满足输电线路巡检要求。

有机、无人机巡检技术具有不受地形环境限制、效率高、作业范围广等优势。近年来，为保证电网安全和可靠地供电，输电线路巡检模式已从传统的地面人工巡检模式逐步向直升机、无人机巡检模式多元化发展，直升机、无人机巡视已成为一种必然趋势。文献[1，2]研究了特高压输电线路直升机巡线技术的方法、手段、项目、悬停位置、巡视安全性等技术难题；文献[3，4]探讨了中型无人机在输电线路巡检中的应用模式和相关技术；文献[5]对基于四旋翼小型无人机的输电线路巡检方式进行了研究；文献[6，7]基于固定翼无人机平台在输电线路巡检系统中的应用进行探讨；文献[8]对适用于高海拔地区电力巡线的无人机机型进行了测试。

由此可见，国内的输电线路巡检方式已趋向多样化，包括传统的地面人工巡检模式、直升机巡检模式以及多种无人机巡检模式等。但是，目前各种巡检方式都有其一定的适用范围，任何一种巡检模式都难以对输电线路进行全面的巡视检查。本文通过分析不同的电压等级、巡视任务、地理环境、巡视内容、巡视周期等因素对输电线路巡检方式的影响，并结合不同巡检方式的特点，进行合理的任务作业分工，建立直升机、无人机、人工协同巡检模式，实现高效外观巡查和细节查缺巡视相结合，实现全面、高效的线路巡视，更能适应专业化检修、精益化管理和集约化发展的需求。

1 输电线路巡检方式

1.1 有人机巡检

有人机巡视技术已发展成熟，制度完善，国家电网通航公司已实现有人机巡视的常态化作业，效果良好。

（1）作业范围大、效率高且不受地形限制。有人机可方便穿越崇山峻岭、沼泽湖泊和地面难以达到的无人区等，可迅速跨越两个工作地点。一个有人机班次可飞巡3～3.5 h，巡视铁塔100基左右，效率是人工巡检的几十倍。

（2）杆塔上部巡视质量高。直升机机载设备较多，可同时利用多种设备对线路进行检查，通过红外成像仪可发现线路上一些隐蔽故障，如导地线发热、金具连接点发热、绝缘子击穿发热等；直升机巡视时离塔线距离较近，巡视角度和设备比人工巡视好，能够发现人工巡视不易发现的缺陷，如导线断股和散股、金具线夹断裂磨损、防雷装置松脱等。

（3）铁塔下部巡视效果差。受地形地貌影响，部分铁塔基础附近被植被或其他物体遮挡，造成巡视视线受阻，并且离基础较远，巡视效果较差；收飞行时间限制不能在铁塔上方长时间悬停，铁塔下部塔材螺栓切实等缺陷不能检查到位。

（4）安全制约因素较多。为保证飞行安全，大风天气、雨雪雾天气及夜间均不能巡线；受到空中管制因素的制约，对飞行员的技术和心理要求很高，飞机一旦遇险，易造成重大人身伤亡事故（见图1）。

1.2 无人机巡检

近年来，国网公司下多家电力公司先后开展了无人机巡检输电线路研究，并取得了一定成果。目前在研的输电线路巡视用无人机主要分为四种：大型无人机、中型无人机、多旋翼无人机和固定翼无人机。以福建公司为例，其开发的Z-3中型无人机巡检系统可实现通视条件下10 km以上线路巡视；其开发的Z-5大型无人机巡检系统搭载多任务设备，可实现30 km以上超视距巡视（见表1）。

（1）大、中型无人机巡检系统与直升机相似，具有不受地形地貌限制，穿越山区、河流对输电线路进行快速巡视，巡视效率高；可搭载可见光、红外、紫外等多种任务设备，可进行精细化巡视，巡视质量高。对比有人机，无人机起降灵活，场地要求小，系统无需人员在飞行平台上，只需要在地面进行操作飞行，保障了人身安全（见图2）。

（2）多旋翼无人机飞行器本体机械结构简单，旋翼尺寸较小（潜在危害小、运行风险低），具有体积小、重量轻、易携带、易操控、可悬停、效率高、易维护等优点。与有人机与大中型无人机相比，具有机动灵活、巡检成本低等优势，能够快速机动地执行巡检任务。无人机巡检系统针对短距离日常巡检（见图3）。

（3）固定翼无人机具有速度快、滞空时间长、飞行半径大等优势，主要用于线路大范围远距离高速巡检、输电线路走廊巡查、基建前期线路和变电站选址、应急作业和灾后电网评估等。

1.3 人工巡检

人工巡检是输电线路巡检的最主要方式，能够对一些细小的隐患和缺陷进行快速、直接的现场处理和反馈，发现铁塔基础和杆塔下部缺陷的能力强。在雨雪或夜间等天气恶劣却需要紧急巡视等特殊情况，只能通过人工巡视实现。

人工巡检巡视工作量大、效率偏低。人工巡视效率受地形影响较大，遇到山区丘陵等地形，每人每天只能巡视2～4基塔；部分输电线路分布在无人区、原始森林、滑坡泥石流地质灾害区或跨江跨河等复杂崎岖，人员难以到达线路所在位置（见表2）。

2 有人机、无人机、人工巡检模式协同巡检

根据不同巡检方式特点，分析不同的电压等级、巡视任务、地理环境、巡视内容、巡视周期等因素下的有人机、无人机、人工协同巡检模式。

2.1 不同电压等级协同巡检模式

考虑不同电压等级线路的重要性和特点，有人机巡视对象主要为特高压、跨区直流和500 kV以上的重要线路；大、中型无人机应用于220 kV以上交直流线路；多旋翼无人机巡检主要用于110 kV及以上线路；固定翼无人机一般用于220 kV以上线路；人工巡视根据所管辖的范围进行巡视。

2.2 不同巡检任务协同巡检模式

根据需求的不同，巡检任务主要分为常规巡检、故障巡检、特殊巡查等。常规巡查主要对输电线路的导线、地线、杆塔上部的塔材、金具、绝缘子、附属设施、线路走廊灯进行常规性检查；故障巡检是在线路故障后，根据故障信息确定重点巡检区段和部位，进行精细化巡检查找故障点及其他异常情况；特殊巡检根据季节特点、设备内外部环境及特殊生产需求做出的加强性、防范性及针对性巡检，如通道巡检、鸟害巡检、外破巡检、灾情普查及灾后评估等。

根据各种巡检模式的特点，大型无人直升机可开展线路常规巡视、灾情普查等工作；大中型无人机主要用于线路的常规巡视和故障巡视；多旋翼小型无人机主要用于单塔精细化巡视和小范围的通道巡查；固定翼无人机适用于通道巡查、灾情普查等特殊巡视；人工巡检主要对管辖范围内的输电线路开车常规巡视、日常维护和检测等。

2.3 不同地形协同巡检模式

（1）由于平原地区视野开阔，通视范围测控距离较远，适用有人机巡检、中型无人机巡检和人工巡检互补的巡检方式。

（2）山区地形由于受山脉阻挡，范围测控距离短，适用有人机巡检、大型无人机巡检和人工巡检互补的巡检方式。

（3）地质灾害易发区、地震频发区等特殊区域由于地形复杂，潜在危险系数大，应充分发挥固定翼无人机的飞行速度快和抗外界因素强的有点。

2.4 不同巡检内容协同巡检模式

根据直升机、无人机和人工巡检的特点，直升机、大中型无人机发现铁塔上部缺陷的能力强；人工巡视发现铁塔下部缺陷的能力强；多旋翼无人机巡视可免去人工登塔，对单塔进行精细化巡视；固定翼无人机飞行速度快，巡视范围广，适合巡视线路走廊、在灾害时巡视倒塔断线等（见表3、表4）。

2.5 不同巡视周期协同巡检模式

有人机巡视由国网通航公司统一制定巡检计划，由于在全国范围内进行巡视，巡检任务重，巡检周期长，适用于年度计划。

大中型无人机续航时间长，但其巡检前作业准备工序多，耗时长且造价高，必须做好相应的前期准备工作（工作计划、现场勘察、航线规划等）后方可开展工作，比较适用于正常巡检的年、月度计划。

小型机轻便灵活，即使发生异常情况造成的损失较小，适用于突发情况下的无人机巡视以及人工巡视。

迎峰度夏等特殊时期，需要对高负荷线路进行红外检测等，可利用无人机搭载红外紫外吊舱的优势，增加无人机巡检次数；在台风、洪水等多发时期，增加固定翼无人机巡检。

3 应用示例

结合不同巡检模式在不同影响因素的适用范围，我们讨论一种福建山区地形下多维度的协同巡检模式。

有人机、无人机、人工巡检根据巡检周期的不同制定互补、交叉的巡视计划。直升机主要对500 kV重要线路开展计划性巡视或指定故障巡视计划。大型无人机巡检系统作为直升机巡检范围和周期的补充，每季度在500 kV以及重要220 kV线路上开展常规巡视和故障巡视。固定翼无人机用于500 kV线路通道巡视和在后期评估等年巡检任务，在毛竹生长期、夏季台风过后增加巡视计划。多旋翼无人机作为人工巡视的补充，在110 kV以上先看进行单塔巡视、故障巡视和小范围通道巡查。人工巡检仍作为主要巡检方式，对管辖范围内的输电线路开展常规巡视、故障巡视日常维护以及登塔检测等。

4 结语

有人机、无人机、人工协同巡检模式同时兼顾了高效外观巡视和设备精细化巡视，可形成功能互补、协同工作的多维度智能巡检作业系统。通过协同巡检可以克服单一巡线模式的片面，从电压、地形、环境、周期等方面合理安排索要采取的巡线协同模式，实现线路稳定运行；线路巡线成果可以实现资源共享。

建立输电线路有人机、无人机、人工协同巡检模式，提高了线路巡查范围，有效提高了作业效率，降低劳动强度和线路运维成本，丰富了电网运行维护作业手段，有效提升电网运行的可靠性和安全性。

参考文献

[1] 于德明，武艺，陈方东，等.直升机在特高压交流输电线路巡视中的应用[J].电网技术，2010，34（2）：29-32.

[2] 何鹏杰，赵晓锋，秦严.超（特）高压输电线路直升机巡检应用[J].山西电力，2012，173（3）：7-10.

[3] 汤明文，戴礼豪，林朝辉，等.无人机在电力线路巡视中的应用[J].中国电力，46（3）：35-38.

[4] 林韩，林朝辉，汤明文，等.电力输电线路无人直升机巡视的应用[J].华东电力，2011，39（10）：1657-1660.

[5] 王振华，黄宵宁，梁焜，等.基于四旋翼无人机的输电线路巡检系统研究[J].中国电力，2012，45（10）：59-62.

[6] 陈西广，董罡，王滨海，等.固定翼无人机巡检输电线路探讨[J].山东电力技术，2011，183（5），1-5，8.

[7] 郭昕阳，李卫国，郑建刚，等.一种轻型电动无人机在输电线路巡视中的应用技术[J].华北电力技术，2013，4：61-62.

[8] 郑天茹，王滨海，张晶晶，等.适用于高海拔地区输电线路巡检的无人机测试[J].山东电力技术.2013，194（4）：22-25.

2.2 不同巡检任务协同巡检模式

根据需求的不同，巡检任务主要分为常规巡检、故障巡检、特殊巡查等。常规巡查主要对输电线路的导线、地线、杆塔上部的塔材、金具、绝缘子、附属设施、线路走廊灯进行常规性检查；故障巡检是在线路故障后，根据故障信息确定重点巡检区段和部位，进行精细化巡检查找故障点及其他异常情况；特殊巡检根据季节特点、设备内外部环境及特殊生产需求做出的加强性、防范性及针对性巡检，如通道巡检、鸟害巡检、外破巡检、灾情普查及灾后评估等。

根据各种巡检模式的特点，大型无人直升机可开展线路常规巡视、灾情普查等工作；大中型无人机主要用于线路的常规巡视和故障巡视；多旋翼小型无人机主要用于单塔精细化巡视和小范围的通道巡查；固定翼无人机适用于通道巡查、灾情普查等特殊巡视；人工巡检主要对管辖范围内的输电线路开车常规巡视、日常维护和检测等。

2.3 不同地形协同巡检模式

（1）由于平原地区视野开阔，通视范围测控距离较远，适用有人机巡检、中型无人机巡检和人工巡检互补的巡检方式。

（2）山区地形由于受山脉阻挡，范围测控距离短，适用有人机巡检、大型无人机巡检和人工巡检互补的巡检方式。

（3）地质灾害易发区、地震频发区等特殊区域由于地形复杂，潜在危险系数大，应充分发挥固定翼无人机的飞行速度快和抗外界因素强的有点。

2.4 不同巡检内容协同巡检模式

根据直升机、无人机和人工巡检的特点，直升机、大中型无人机发现铁塔上部缺陷的能力强；人工巡视发现铁塔下部缺陷的能力强；多旋翼无人机巡视可免去人工登塔，对单塔进行精细化巡视；固定翼无人机飞行速度快，巡视范围广，适合巡视线路走廊、在灾害时巡视倒塔断线等（见表3、表4）。

2.5 不同巡视周期协同巡检模式

有人机巡视由国网通航公司统一制定巡检计划，由于在全国范围内进行巡视，巡检任务重，巡检周期长，适用于年度计划。

大中型无人机续航时间长，但其巡检前作业准备工序多，耗时长且造价高，必须做好相应的前期准备工作（工作计划、现场勘察、航线规划等）后方可开展工作，比较适用于正常巡检的年、月度计划。

小型机轻便灵活，即使发生异常情况造成的损失较小，适用于突发情况下的无人机巡视以及人工巡视。

迎峰度夏等特殊时期，需要对高负荷线路进行红外检测等，可利用无人机搭载红外紫外吊舱的优势，增加无人机巡检次数；在台风、洪水等多发时期，增加固定翼无人机巡检。

3 应用示例

结合不同巡检模式在不同影响因素的适用范围，我们讨论一种福建山区地形下多维度的协同巡检模式。

有人机、无人机、人工巡检根据巡检周期的不同制定互补、交叉的巡视计划。直升机主要对500 kV重要线路开展计划性巡视或指定故障巡视计划。大型无人机巡检系统作为直升机巡检范围和周期的补充，每季度在500 kV以及重要220 kV线路上开展常规巡视和故障巡视。固定翼无人机用于500 kV线路通道巡视和在后期评估等年巡检任务，在毛竹生长期、夏季台风过后增加巡视计划。多旋翼无人机作为人工巡视的补充，在110 kV以上先看进行单塔巡视、故障巡视和小范围通道巡查。人工巡检仍作为主要巡检方式，对管辖范围内的输电线路开展常规巡视、故障巡视日常维护以及登塔检测等。

4 结语

有人机、无人机、人工协同巡检模式同时兼顾了高效外观巡视和设备精细化巡视，可形成功能互补、协同工作的多维度智能巡检作业系统。通过协同巡检可以克服单一巡线模式的片面，从电压、地形、环境、周期等方面合理安排索要采取的巡线协同模式，实现线路稳定运行；线路巡线成果可以实现资源共享。

建立输电线路有人机、无人机、人工协同巡检模式，提高了线路巡查范围，有效提高了作业效率，降低劳动强度和线路运维成本，丰富了电网运行维护作业手段，有效提升电网运行的可靠性和安全性。

参考文献

[1] 于德明，武艺，陈方东，等.直升机在特高压交流输电线路巡视中的应用[J].电网技术，2010，34（2）：29-32.

[2] 何鹏杰，赵晓锋，秦严.超（特）高压输电线路直升机巡检应用[J].山西电力，2012，173（3）：7-10.

[3] 汤明文，戴礼豪，林朝辉，等.无人机在电力线路巡视中的应用[J].中国电力，46（3）：35-38.

[4] 林韩，林朝辉，汤明文，等.电力输电线路无人直升机巡视的应用[J].华东电力，2011，39（10）：1657-1660.

[5] 王振华，黄宵宁，梁焜，等.基于四旋翼无人机的输电线路巡检系统研究[J].中国电力，2012，45（10）：59-62.

[6] 陈西广，董罡，王滨海，等.固定翼无人机巡检输电线路探讨[J].山东电力技术，2011，183（5），1-5，8.

[7] 郭昕阳，李卫国，郑建刚，等.一种轻型电动无人机在输电线路巡视中的应用技术[J].华北电力技术，2013，4：61-62.

[8] 郑天茹，王滨海，张晶晶，等.适用于高海拔地区输电线路巡检的无人机测试[J].山东电力技术.2013，194（4）：22-25.

2.2 不同巡检任务协同巡检模式

根据需求的不同，巡检任务主要分为常规巡检、故障巡检、特殊巡查等。常规巡查主要对输电线路的导线、地线、杆塔上部的塔材、金具、绝缘子、附属设施、线路走廊灯进行常规性检查；故障巡检是在线路故障后，根据故障信息确定重点巡检区段和部位，进行精细化巡检查找故障点及其他异常情况；特殊巡检根据季节特点、设备内外部环境及特殊生产需求做出的加强性、防范性及针对性巡检，如通道巡检、鸟害巡检、外破巡检、灾情普查及灾后评估等。

根据各种巡检模式的特点，大型无人直升机可开展线路常规巡视、灾情普查等工作；大中型无人机主要用于线路的常规巡视和故障巡视；多旋翼小型无人机主要用于单塔精细化巡视和小范围的通道巡查；固定翼无人机适用于通道巡查、灾情普查等特殊巡视；人工巡检主要对管辖范围内的输电线路开车常规巡视、日常维护和检测等。

2.3 不同地形协同巡检模式

（1）由于平原地区视野开阔，通视范围测控距离较远，适用有人机巡检、中型无人机巡检和人工巡检互补的巡检方式。

（2）山区地形由于受山脉阻挡，范围测控距离短，适用有人机巡检、大型无人机巡检和人工巡检互补的巡检方式。

（3）地质灾害易发区、地震频发区等特殊区域由于地形复杂，潜在危险系数大，应充分发挥固定翼无人机的飞行速度快和抗外界因素强的有点。

2.4 不同巡检内容协同巡检模式

根据直升机、无人机和人工巡检的特点，直升机、大中型无人机发现铁塔上部缺陷的能力强；人工巡视发现铁塔下部缺陷的能力强；多旋翼无人机巡视可免去人工登塔，对单塔进行精细化巡视；固定翼无人机飞行速度快，巡视范围广，适合巡视线路走廊、在灾害时巡视倒塔断线等（见表3、表4）。

2.5 不同巡视周期协同巡检模式

有人机巡视由国网通航公司统一制定巡检计划，由于在全国范围内进行巡视，巡检任务重，巡检周期长，适用于年度计划。

大中型无人机续航时间长，但其巡检前作业准备工序多，耗时长且造价高，必须做好相应的前期准备工作（工作计划、现场勘察、航线规划等）后方可开展工作，比较适用于正常巡检的年、月度计划。

小型机轻便灵活，即使发生异常情况造成的损失较小，适用于突发情况下的无人机巡视以及人工巡视。

迎峰度夏等特殊时期，需要对高负荷线路进行红外检测等，可利用无人机搭载红外紫外吊舱的优势，增加无人机巡检次数；在台风、洪水等多发时期，增加固定翼无人机巡检。

3 应用示例

结合不同巡检模式在不同影响因素的适用范围，我们讨论一种福建山区地形下多维度的协同巡检模式。

有人机、无人机、人工巡检根据巡检周期的不同制定互补、交叉的巡视计划。直升机主要对500 kV重要线路开展计划性巡视或指定故障巡视计划。大型无人机巡检系统作为直升机巡检范围和周期的补充，每季度在500 kV以及重要220 kV线路上开展常规巡视和故障巡视。固定翼无人机用于500 kV线路通道巡视和在后期评估等年巡检任务，在毛竹生长期、夏季台风过后增加巡视计划。多旋翼无人机作为人工巡视的补充，在110 kV以上先看进行单塔巡视、故障巡视和小范围通道巡查。人工巡检仍作为主要巡检方式，对管辖范围内的输电线路开展常规巡视、故障巡视日常维护以及登塔检测等。

4 结语

有人机、无人机、人工协同巡检模式同时兼顾了高效外观巡视和设备精细化巡视，可形成功能互补、协同工作的多维度智能巡检作业系统。通过协同巡检可以克服单一巡线模式的片面，从电压、地形、环境、周期等方面合理安排索要采取的巡线协同模式，实现线路稳定运行；线路巡线成果可以实现资源共享。

建立输电线路有人机、无人机、人工协同巡检模式，提高了线路巡查范围，有效提高了作业效率，降低劳动强度和线路运维成本，丰富了电网运行维护作业手段，有效提升电网运行的可靠性和安全性。

参考文献

[1] 于德明，武艺，陈方东，等.直升机在特高压交流输电线路巡视中的应用[J].电网技术，2010，34（2）：29-32.

[2] 何鹏杰，赵晓锋，秦严.超（特）高压输电线路直升机巡检应用[J].山西电力，2012，173（3）：7-10.

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[4] 林韩，林朝辉，汤明文，等.电力输电线路无人直升机巡视的应用[J].华东电力，2011，39（10）：1657-1660.

[5] 王振华，黄宵宁，梁焜，等.基于四旋翼无人机的输电线路巡检系统研究[J].中国电力，2012，45（10）：59-62.

[6] 陈西广，董罡，王滨海，等.固定翼无人机巡检输电线路探讨[J].山东电力技术，2011，183（5），1-5，8.

[7] 郭昕阳，李卫国，郑建刚，等.一种轻型电动无人机在输电线路巡视中的应用技术[J].华北电力技术，2013，4：61-62.

[8] 郑天茹，王滨海，张晶晶，等.适用于高海拔地区输电线路巡检的无人机测试[J].山东电力技术.2013，194（4）：22-25.