无人机在输电带电作业中的应用

刘志武

(国网龙岩供电公司，福建 龙岩 364000)

闽西地区多以山地、丘陵为主，35 kV及以上输电线路多分布于山地、丘陵之巅，输电带电作业是以5人1组，携带个人安全工器具、劳动防护用品、带电作业工具，徒步爬山登塔作业为主，人工作业量单基杆塔巡检时间约1.5 h，由于山高林密，输电带电人工作业效率低下。随着闽西地区经济建设的迅速发展，已开始普遍采用以无人机代替输电线路人工巡检。此前，也已多有文献记载无人机在输电线路巡检中的应用[1-9]，针对输电线路多以跨越铁路、高速、河流等情况，人工巡检需频繁爬山绕过各种障碍物，其次人工故障查找多以通过登塔，采用照相设备无法看到杆塔外围销钉级缺陷，采用云台携带高精度摄像机的无人机进行输电带电线路巡检已能很好解决此类问题。

目前，无人机在输电带电作业中的应用，少有文献提及，部分文献虽较为详细介绍了输电作业中无人机带电清除异物[10-16]，并未介绍目前无人机在输电带电作业中的应用范围。本文以此为出发点，详细介绍了目前无人机在输电带电作业中的应用及将来在输电带电作业中的应用方向和改进意见，对无人机应用于输电带电作业具有积极推广意义。

1 输电带电作业无人机精益化巡检

1.1 无人机精益化巡检优劣

以闽西地区传统输电带电巡检5基连续性塔基为例，传统人工巡检需携带拍摄器材及个人防护用品跨越铁路、高速、河流等障碍物，人工巡检不仅需要考虑复杂的地理环境，也要考虑巡检人员的疲劳度、安全性和巡检照片质量，巡检效率低下。人工巡视每基塔基所需时间及效率与无人机精益化巡检对比如表1所示。

表1 无人机精益化巡检与人工巡检时间及效率对比

由表1可知，考虑到人工巡检的疲劳度，无人机精益化巡检时间明显少于人工巡检时间。在巡检安全性和质量方面，结合以往数据，每巡视100基杆塔时，对比无人机精益化巡检与人工巡检的事故发生率和巡检照片的不合格率，如图1所示。

图1 无人机精益化巡检与人工巡检质量和安全性对比

由表1和图1可知，无人机精益化巡检在各方面明显优于人工巡检，无人机精益化巡检人员只将携带无人机及其地面站等巡检设备运至输电作业地点附近较为阴凉开阔地带，从而避免作业人员疲劳度的快速上升，通过无人机操控人员对其进行起飞前期检查。起飞过程采用GPS增稳模式，起飞后，作业人员密切关注地面站，依据地面站传回的影像数据资料，将无人机遥控至输电杆塔附近对其进行各点依次拍照，完成一基杆塔拍摄任务后，再次遥控无人机前往下一基杆塔，此过程只需要无人机超视距飞行，操控人员对无人机进行位置的精确判断，减轻了作业人员劳动强度。

1.2 无人机精益化巡检拍照次序

为最大限度减少人力成本，对无人机巡检设置拍照次序是必要的，以便于巡检结束后通过一定的编程方法对巡检照片批量化处理。同时由于无人机续航能力有限，提前规划好航线能最大限度提高无人机巡检拍照能力。

当无人机靠近耐张型杆塔，依次对杆塔整体按先下后上，先左后右，对绝缘子、金具等各个挂点按先小号侧后大号侧的次序依次拍照，如图2所示。

图2 耐张型杆塔无人机精益化巡检拍照

当无人机靠近直线型杆塔时，按照无人机精益化巡检要求，对单相绝缘子挂点只需拍照1张，其他次序与拍摄耐张型杆塔相同，如图3所示。

图3 直线型杆塔无人机精益化巡检拍照

以无人机精益化巡检3基杆塔为例，其中1基为耐张型，2基为直线型，同类型无人机2台满电池状态，1台采用无序拍照，另1台按上述拍照次序进行，对比精益化巡视完成后，2台无人机的电池剩余率和资料整理所需时间，如表2所示。

表2 无人机精益化巡检拍照次序工作效率对比

由表2可知，设置必要的无人机精益化巡检拍照次序，不仅能最大限度减少巡检每基杆塔的总路程，节省无人机巡航时间，也能为之后的精益化巡检资料整理、编辑工作节省时间，提高整个无人机精益化巡检作业流程的工作效率。

2 输电带电作业无人机故障巡检

输电线路故障分为雷电故障、冰害故障、污闪故障、外力破坏故障、舞动故障、鸟害故障及其他故障，结合闽西地区2010—2017年输电线路故障统计如图4所示。

图4 闽西地区2010—2017年输电线路故障统计

闽西地区以山高林密为主，由图4可知，因雷电引起的故障跳闸率高达80%以上，以雷电引起的带电登检作业最为频繁，虽然目前已能依据变电站继电保护数据来确定雷电故障范围，但继电保护的不精确性同样需要大量的带电作业人员对整个故障范围内杆塔进行登检。针对雷击绝缘子所留下的放电痕迹，无人机故障巡检能对雷电故障范围进行快速勘察、故障排查、精确定位，如图5所示。

图5 无人机故障巡检雷击放电照片

3 输电带电作业无人机故障消缺

输电带电线路处理异物，需要作业人员攀爬悬挂在导线或地线上的绝缘软梯，多名作业人员之间熟练配合，使用带电作业工具来处理异物，整个过程耗时长，且处理不够彻底，对困难较大的异物还需停电处理。而利用云台搭载喷油喷火装置的六旋翼无人机，能精准控制喷油喷火装置的位置、油量和喷火时间，着火点最高温度控制在400 ℃左右，在消除异物的前提下，确保不伤及导线及设备，如图6所示。

图6 喷火式无人机对输电带电线路异物消缺

4 无人机带电作业完善改进计划

因输电带电线路一般具有高电压、高场强的特点，无人机靠近强电场区域易受电磁干扰，这需要委托无人机专业机构更加全面地测试无人机在接近高压带电物体时发生电磁干扰、拉弧、放电、飞行异常等情况的最小距离，以方便我们在正常带电作业的情况下，始终保持大于高压带电导线所要求的最小安全距离，从而确保无人机的安全飞行。

其次是基于无人机云台的改进方面，针对带电作业的特点，如云台搭载测距仪，可实现对输电带电作业某些特殊测量工作；搭载绝缘子冲洗设备，可实现对输电带电绝缘子的清洗等；搭载红外测温仪，可实现对输电带电杆塔与导线连接点的红外测温等。改进云台所需搭载的带电作业工具，将是今后无人机应用于输电带电作业工作的主攻方向，无人机负载水平的不断提高，也为无人机应用于输电带电作业提供了更为广阔的前景。