输电线路外力破坏故障原因及利用无人机与检修人员配合防治的策略

赵淼 邱晓光 王建利 郭凯

摘要：结合输电线路外力破坏故障原因及检修防治难题，本文提出了利用无人机配合检修人员开展线路检修和故障防治工作的策略，从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：输电线路；外力破坏故障；无人机检修

引言：

输电线路能否维持安全稳定运行，直接关系到电力系统能否维持稳定供电。但就目前来看，输电线路外力破坏故障已经成为了影响线路安全的重要因素，而依靠人工巡检等方式显然无法满足线路运维管理需求。采用无人机配合人员进行输电线路外力破坏故障的检修和防治，则能进一步加强线路的管理，继而为电力系统稳定运行提供保障。

1输电线路外力破坏故障原因及检修防治难题

1.1外力破坏故障原因

国网冀北电力有限公司检修分公司输电检修中心主要负责500kV输电线路运行维护工作，目前共负责101条输电线路运维管理，总长8905.515公里。其中，1000kV、±800kV、500kV、220kV输电线路分别为4条、2条、93条和2条，分布在京、津、冀等多个省市和自治区。近年来，伴随着城乡经济的快速发展，输电线路遭到外力破坏造成的电力故障频次越来越高，给电网安全运行带来了较大隐患。而故障产生的原因，一方面是由于极端天气和人为灾害造成的，另一方面则是由施工破坏或不法分子偷窃引起的。输电线路长期在野外暴露，容易受极端天气和周围环境影响。持续降雪、降温等恶劣天气，将导致线路严重覆冰，出现过荷载等问题，导致线路出现设备损坏、倒塔断线等情况[1]。周围人燃放烟花爆竹或山林火灾等事故的发生，同样会导致线路遭到外力破坏。周围居民进行违章建筑的搭建，也可能导致线路因外力破坏出现跳闸断电等事故。此外，不法分子采用暴力手段进行线路设备的偷盗，也将导致线路故障的产生。

1.2检修防治难题

结合故障原因可知，想要进行输电线路外力破坏故障的预防，还要加强线路巡检。而在故障检修方面，则要先进行故障定位。但就目前来看，输电线路较长，并且具有分布广的特点。国网冀北电力有限公司检修分公司输电检修中心负责运行维护的500kV输电线路走廊途经高山大岭、建筑工地、河道等，所处地形复杂，沿线存在的安全隐患较多，单靠传统的人工巡检方法不仅要耗费大量的人力、物力，同时难以实现外力破坏故障的有效防治。检修中心负责公司负责运维的部分区段线路位于山区，因气候恶劣，输电线路时常因风偏、暴雪等因素发生非重合闸故障。在故障检修方面，采用人工徒步登山方式进行故障点查找不仅难以及时完成故障维修，也给人员作业带来了较大的安全隐患。此外，受极端天气等因素影响，导致输电线路受到损伤，采用人工巡检方式也难以及时发现线路缺陷，因此无法实现故障防治。而一旦发生故障，安排人员进行现场观察检查，需要较长的时间才能确定故障位置和原因，不利于故障抢修工作的开展。

2输电线路外力破坏故障的无人机配合检修与防治策略

2.1无人机运维策略

针对输电线路外力破坏故障检修与防治工作难题，国网冀北电力有限公司检修分公司输电检修中心提出了采用无人机运维策略配合人员进行线路检修与防治的方案。具体来讲，就是采用小型电动无人机负责输电线路巡检，同时引入智能巡检、无线充电、图像识别、高清摄像等技术，实现对重要输电通道的扫描和三维建模分析，完成线路设备及运行环境三维重构和实景还原，并对线路任意点距离进行自动检测。采用该种方法进行高频次运检作业，通过多光谱扫描完成线路光谱信息库的建设，并将线路本体、金具等细节的影像资料传输至地面，则能为线路外力破坏故障的防治提供可靠数据依据。在线路检修方面，可以利用无人机进行线路故障点查找，配合人员制定科学的故障检修方案，从而使线路得以尽快修复。

2.2配合人员检修防治

在实际检修作业中，采用无人机配合人员进行线路检修，还要采用360°全景和倾斜摄影技术获得线路的高清照片。为发挥无人机稳定悬浮于空中的观察优势，还要对无人机云台姿势进行调整，实现对金具、设备的零死角巡视，完成线路细致观察。采用图形处理技术，则能避免无人机巡检获得的图形受飞行状态、机械振动等因素的干扰，减少图像失真现象，加强图像质量控制，从而提高设备、部件等细节的检修准确率[2]。通过对传回的高清图像进行观察和对比，则能及时发现线路存在的缺陷，并制定有针对性的线路检修计划。而输电线路及部件图像背景较为复杂，因为其周围环境和镜像将不断变化，给内容辨识带来了较大难度。针对这一问题，还要根据轮廓特征和采取频域图像匹配与模型匹配等方法，从图像特征中导出像素，实现图像内容的智能化识别。配合人员进行线路检修时，无人机应与地面测控车保持较近距离，采用直通信链路模式实现信号数据传输。利用机载自动GPS采集系统，则能对拍摄得到的图像进行地理坐标信息的加载，实现故障及隐患的有效定位，继而为线路检修提供便利。

在输电线路外力破坏故障防治方面，可以将无人机与线路巡检工作结合在一起，使无人机与线路保持一定安全距离巡检，对输电线路的缺陷进行巡视，从而实现故障的有效预防。为避免电磁干扰，实际作业时应使无人机在线路斜上方飞行。考虑到线路电压等级较高，需要在两侧进行往返巡视[3]。无人机巡检为超距离作业，还要采用空中或地面中继通信方式。针对特殊地形，还要采用不同的无人机，确保无人机拥有足够的飞行空间。采用无人机开展线路巡检作业，可以实现输电线路状态的动态管理。在巡检的过程中，无人机可以将高清影像资料实时传回地面，供巡线人员进行分析。利用无人机对成百上千公里的线路走廊进行全方位、多角度的立体观察，不仅能够掌握线路运行情况，也能及时发现危险树木或建筑物等安全隐患，通过及时排除隐患提升电力线路安全运行管理水平。在地区发生泥石流等自然灾害的情况下，也可以利用无人机进行线路巡检，避免人员进入危险区域作业。

2.3策略应用效益分析

国网冀北电力有限公司检修分公司输电检修中心通过采用无人机配合进行输电线路检修和防治作业，获得了可观的经济效益和社会效益。以公司负责运维的昌门线山区段為例，采用人工运维方式平均需要8-9个小时查线时间，采用无人机则只需要2小时进行故障点查找工作，可以使故障检修时间缩短4小时左右。按照单条线路平均负荷1000MW、过网电价0.07元的数据进行计算，停电6小时将造成40余万元直接经济损失。每年发生的非重合闸故障在10次左右，因此通过采用无人机进行线路外力破坏故障的防治，平均每年可减少400万元的直接经济损失。而有效防治停止事故的发生，则能为人们的生产、生活提供可靠保障，因此也能带来一定的社会效益。

结论：

输电线路外力破坏故障的发生，容易导致线路出现跳闸断电等现象，从而给电力系统稳定运行带来危害。而在故障检修和防治方面，依靠人力难以及时完成线路缺陷和隐患的排除，无法满足线路运维目标。采用电动无人机、高清数码摄像机等设备配合人员进行线路检修，则能为输电线路运维提供全新、高精度、安全的巡视方法，继而为电力系统运行提供更多的安全保障。

参考文献：

[1]袁叶叶.无人机在输电线路运维检修应用研究[J].科技视界，2017（34）：82-83.

[2]巢亚锋，李勇，徐志强等.架空输电线路外力破坏现状分析及建议[J].湖南电力，2017，37（02）：51-55.

[3]谢欣.输电线路外力破坏故障原因及防治对策[J].技术与市场，2016，23（04）：57+59.