巡查分离技术在输电线路直升机巡视中的作用及其特点分析

刘 宁，胡 伟，杨国柱，郭晓冰，周立存

（国网通用航空有限公司，北京 102219）

0 引 言

输电线路安全稳定运行在居民生活中发挥着重要作用，通过巡视输电线路及时发现并处理线路缺陷是保证居民生活用电安全可靠的重要保障，直升机巡检作为输电线路巡视的重要手段之一，在输电线路运维中发挥重要作用[1]。但以防抖望远镜发现缺陷并通过相机拍照记录的直升机巡视方式在作业速度和作业效果上难以满足新时期的线路运维需求[2]。

1 研究背景

近年来，随着输电线路电压等级升高，线路杆塔越来越高，人工地面巡视因视角较差，对输电杆塔平口及以上部位缺陷发现率低且巡视速度慢。无人机巡视因电池容量较小，所以飞行时间短且巡视效率低。直升机仍是输电线路特别是特高压线路的重要巡视手段，在保障输电线路安全运行发挥着重要作用[3]。

国内外学者对直升机输电线路巡视的研究主要从巡视的速度、质量以及经济性等方面出发，同时指出以直升机为主的立体巡检是近年来各电网公司的巡检业务新模式。利用直升机为平台，搭载可见光、红外以及紫外等设备对线路进行“体检”，具有缺陷发现及时、工作效率高以及人工无法替代等优点[4,5]。而原有以望远镜发现缺陷、照相机记录缺陷的方式在巡视质量和巡视效率容易受航检员技能水平影响，且巡视成果比较单一，影响直升机输电线路巡视的发展[6]。

2 直升机巡查分离技术介绍

2.1 直升机巡查分离定义

直升机巡查分离技术指航检员在直升机上利用相机和可见光/红外吊舱等设备，对输电线路导地线、金具、杆塔以及附属设施等关键部位按照定点拍照（录像）标准流程完成数据采集，并在线下进行数据查缺和分析的作业模式。一般作业时，1～2名飞行员驾驶直升机，两名航检员进行数据采集，其中1人负责可见光数据采集，1人负责可见光/红外视频数据的采集。

2.2 直升机巡查分离作业流程

交流线路直线塔巡视拍照关键点及流程示意如图1，直流线路直线塔巡视拍照关键点及流程示意如图2所示。可见光航检员按照塔头、地线支架、绝缘子串、塔端挂点、线端挂点、引流间隔棒、引流重锤片以及附属设施的顺序分别采集对应部位的可见光数据。可见光/红外视频航检员同样按照该顺序采集对应部位的可见光和红外视频数据，并对数据中红外异常部位进行记录。

图1 交流线路直线塔巡视拍照关键点及流程示意图

图2 直流线路直线塔巡视拍照关键点及流程示意图

以图1交流输电线路直线塔为例（直升机悬停图中右侧位置），可见光采集相片包括塔头、远侧地线、远相导线、中相导线、近侧地线、近相地线等部位及相关金具，共采集20～25张相片。录像采集流程如图中箭头所示，吊舱操作员利用可见光/红外录像设备按照图中箭头方向对杆塔进行双视场同时获取关键部位录像数据[7]。以图2直流输电线路直线塔为例（直升机悬停图中右侧位置），可见光采集相片包括塔头、远侧地线、远侧导线、近侧地线、近侧导线等部位及相关金具，共采集15～20张相片。录像采集流程如图中箭头所示。

2.3 数据处理

外业数据采集后，线下数据分析工作包括整理归档视频数据、相片数据、可见光数据查缺（按照输电线路运行规范，分析采集各部位可见光相片，找出线路缺陷）以及红外缺陷编辑（根据运行规范要求分析红外缺陷）。按照缺陷判定标准进行缺陷命名、归档以及报送运维单位，按照运维单位要求按时报送巡视成果及总结报告。

3 巡查分离技术优势及受限因素

3.1 作业速度提升分析

选取某电压等级应用巡查分离技术前后作业统计对比数据如表1所示。从表中可以看出，巡查分离前线上作业速度仅为16.4 km/h，之后提升至19.6 km/h，作业速度提升19.5%。

表1 巡查分离作业前后主要指标比较

3.2 作业质量提升分析

为对比作业质量，定义百公里缺陷（巡视一百公里输电线路发现的缺陷数量）。百公里缺陷由28.2处提升至44.0处，增长了56.0%。同时，对巡视发现缺陷类别占比进行统计如图3所示，巡查分离后金具（如缺销子、缺螺母等）和导地线（如断股、涨股等）类缺陷占比均有显著上升，绝缘子（如自爆、污秽等）和杆塔类（如鸟巢、异物等）缺陷下降，发现非地面可发现缺陷比例上升，巡视质量提升明显[8]。

图3 巡查分离前后作业模式缺陷分布情况

3.3 直升机与无人机输电线路巡视作业优势对比分析

相对无人机输电线路巡查，直升机巡查具备以下优点。一是机载设备性能更优越，不受设备重量限制，设备作业能力更加突出。二是作业安全性更高，应对突发情况处理机制更加完善。三是作业内容更加全面，在空中观察视野更全面，可对巡视任务之外的缺陷（如线下施工）进行更加细致的观察和预判，巡视内容更加丰富。四是作业数据质量更高，人工操作更加灵活。

3.4 直升机在输电线路巡查中的难点

巡查分离技术还存在以下难点有待后续解决。一是照片查缺过度以来人工查缺，缺陷自动识别技术达不到实用化水平[9]。二是外业采集相片受作业现场条件（如光线、能见度等）影响，作业成果标准难以统一。同时作业时线路载荷、环境条件影响红外数据采集质量。三是作业成本偏高。根据目前国内通航公司运营情况，直升机作业成本相对人工巡视和无人机巡视较高。

4 巡查分离技术在输电线路直升机巡视中发展展望

通过巡查分离技术应用，输电线路直升机巡视效率和质量均提升明显，比原有巡视模式有较大提升，随着相关技术的发展，可预期巡查分离技术在以下方面将取得发展。一是图像智能识别技术将得到飞速发展，随着样本量的增加和识别算法的完善，巡查采集的可见光相片将逐步实现缺陷自动识别[10]。二是作业设备更自动化和集成化。随着设备制造和传感器集成技术的发展，直升机搭载的装备将进一步升级，实现采集标准化和智能化，逐步实现自动巡检。三是作业成果管理分析管理方面。对状态相片和巡线视频数据的应用更加全面，通过对不同时期数据的对比分析，及时发现线路和金具的变化，提前预判变化趋势，预防线路事故的发生。

5 结 论

输电线路直升机巡视在作业效率、缺陷发现率方面比人工地面巡视和无人机巡视有较大优势。巡查分离技术是直升机巡视技术发展的重要方向，相比原有作业技术在巡视效率和巡视质量方面提升明显，也更方便今后缺陷智能识别、巡线装备升级在直升机巡线中的应用，促进直升机巡视在线路运维的应用，保证线路的安全稳定运行。