在特高压交流输电线路巡视中无人飞行器的应用

刘照康

[摘    要]文章研究了特高压输电线路运行过程的影响因素，然后研究无人飞行器和巡检设备的特点，最后对巡检模式进行了探讨。希望通过研究，帮助技术人员制定更合理的无人飞行器巡检策略，及时发现特高压交流输电线路故障。

[关键词]特高压交流电;无人飞行器;巡视

[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]This article studies the influencing factors in the operation of UHV transmission lines， then studies the characteristics of unmanned aerial vehicles and inspection equipment， and finally discusses the inspection mode. It is hoped that the research can help technicians formulate a more reasonable inspection strategy for unmanned aerial vehicles and find faults in UHV AC transmission lines in time.

[Keywords]UHV AC; unmanned aerial vehicle; patrol

特高压交流输电线路的运行会受外界因素的影响，所以必须采取有效的方法及时发现线路存在的缺陷。使用无人飞行器可以比较灵活地完成線路的巡检工作，因此有必要开展相关研究，提升无人飞行器在特高压交流输电线路中的巡视工作质量。

1 特高压输电线路运行影响因素分析

1.1 特高压输电线路机械特性

特高输电线路中的杆塔会支持导线和避雷线等附件，会受到很多载荷的作用，除了会受到各种线路和设备上的永久荷载之外，风雪也会对杆塔产生可变荷载。为了能有效地支撑线路，所以特高压线路的重量都比较大，保证了可靠性。悬挂在两基和杆塔之间的一档导线，也会受到自重、风压的作用，冬季也会有冰重的影响，因此在导线设计时，会根据最恶劣的天气情况来进行设计，满足对线路结构的设计要求[1]。最后，杆塔的地基会受到自身重力、杆塔荷载引起的附加应力、土壤渗流的渗透力等作用，从而造成特高压杆塔容易出现沉降和倾斜。

1.2 输电环境的影响

特高压线路会经过高山、大河等特殊地质环境，并且受到待解霜雪的影响，因此输电环境对特高压输电线路的作用十分明显。

（1）风力会影响特高压输电线路，比如在风的作用下，将会导致线路从铅锤面偏离，并且造成带电导线和杆塔等接地部件的绝缘距离发生改变以及造成导线的震动，从而对线路的安全运行造成严重的威胁。

（2）如果出现覆冰，将会使导线的负载增大，并将导线拉断，甚至拉倒杆塔，而且，覆冰严重也会造成导线和被跨越物体之间的距离减小，容易造成闪络等事故，如果导线没有同时脱冰，就会引起导线之间或者导线和避雷线之间出现闪络，导致避雷线烧伤。

（3）如果输电环境的温度发生改变，也会影响导线的弧垂和应力，比如气温高的情况下导线会由于受热膨胀，从而增加导线的伸长量。

2 常见的特高压无人飞行器和巡检设备

2.1 无人飞行器

无人飞行器也可以成为无人机，是一种由程序控制操纵的无人驾驶或者远程控制的，具有动力装置的飞行器，具有可反复多次使用的效果。无人机的系统比较复杂，具有复杂的航空、电子、电力、侦察、地理信息、图形识别系统，包括飞行自动控制、航空管理、通信、数据链等多种技术[2]。在运行过程中，运用了GPS卫星控制系统，能够根据地理信息、位置信息来控制无人机的运行，而且随着软硬件系统水平的提升，目前的无人机已经具有较长的航程，拥有较快的速度，运行也十分可靠，已经具备较高的经济性。

无人机包括无人旋翼机和固定翼无人机2种。旋翼机可以垂直起降，对起降场地的要求很低，可实现空中悬停，而且飞行姿态十分稳定，但是飞行速度相对较慢，并且结构复杂，造价和维护费用都比较高。固定翼无人机飞行速度快，工作效率高，机械结构简单因此维护成本也比较低，可以实现大面积巡视作业，但是固定翼无人机不能悬停，只能在空中盘旋，并且由于速度较快，因此飞行高度和线路的距离也比较远，因此对控制系统的要求很高，而且由于固定翼无人机不能垂直起降，因此场地要求也比较高。

2.2 巡检设备

2.2.1 可见光缺陷巡检设备

特高压输电线路存在缺陷时，存在一些具有可见光特性的缺陷，因此可以使用可见光成像仪进行检验和采集，分析缺陷信息和掌握缺陷的情况。目前常用的仪器包括可见光照相机、摄像机以及具备较高精度的三位激光扫描仪器，能够对线路的状况进行扫描，大面积获得目标对象的数据点，获得三维坐标数据。

2.2.2 热缺陷巡检设备

由于输电线路裸露在空气中，因此存在缺陷时会导温度异常，所以通过使用热力设备就能够对导线的缺陷进行检测工作[3]。引用在输电系统中的热缺陷巡检设备主能够检测线路的发热情况，分析绝缘子和合成绝缘子的破损，还可以对绝缘子表面的积污程度做出判断，依靠表面的温度分布图可以将缺陷呈现出来。

2.2.3 伴发紫外线特征巡检

电力系统中的高压输电设备长期处在大气环境中，经过长时间运行之后可能会出现绝缘性能降低的情况，从而容易出现电晕和局部放电。如果试验中发现带电设备存在局部放电或者电晕时，就伴有紫外线，因此通过监测紫外线，就可以判断线路的缺陷。

3 特高压输电线路无人飞行器巡视模式

3.1 无人飞行器巡视内容

输电线路巡视工作中，需要对杆塔是否存在塔材、损毁的情况进行检查，确定电气的运行情况，检查周边环境情况等。对于特高压交流输电线路的巡视中，对可靠性要求很高，并且需要面对复杂多变的外部环境和线路结构，因此安全运行的压力和外部风险都比较大。在采用无人飞行系巡视的过程中，必须保证其可以掌握线路运行的状况，能够发现沿线的缺陷情况，从而给线路的维修提供足够资料，主要的巡视内容如表1所示。

3.2 无人机飞行器模式应用分析

无人飞行器在运行过程中，包括了通信系统、控制系统、巡检系统等多个子系统来完成任务，由于特高压交流电线路所处的环境比较复杂，所以需要做好对无人飞行器的优化和控制工作，为巡检工作创造保证。

3.2.1 无人飞行器的管制方法

对飞行器的管制包括静态管制和动态管制，静态管制中包括了根据航空法规、制定全国性、地区性和临时性的飞行管制，通过对飞行管制区和飞行管制分区的划分，确定航路，尤其要避开禁飞区、限制区和危险区。动态管制包括了审查和批准管制区域内、飞行管制区内的飞行申请，实时进行飞行调配，以及监督飞行计划，并且按照飞行规定指挥飞行活动。对无人飞行器的飞行，需要根据《民用无人机空中交通管理办法》等相关法律规范[4]。目前，随着法律法规的完善，无人機飞行的限制要求正在减少，因此目前在巡线模式上，也要根据特高压交流输电线路巡线的需求制定。

3.2.2 无人机飞行器的巡线模式

无人机飞行器和检测器有很多种不同的组合方式，而且由于无人机本身的负重能力、巡检工作需求，因此也需要做好对检测系统和无人机的组合，确保巡线工作的效率，以及为巡线的质量创造良好的保证。可使用的巡线模式包括了但无人机飞行器巡线模式和多无人机飞行器巡线模式，两种模式在运行方式上存在明显的不同，所以可以根据实际需要来调整运行的方式。

（1）单架无人飞行器的巡线模式。在使用单架无人机进行巡线时，必须要根据无人机的有效荷载搭载多套不同的检测仪器，巡线的过程中会沿着线路的一侧飞行，以完成对线路状况的采集工作。所获得数据会被储存到机载存储装置中，返回地面之后再对数据进行分析和检测，从而对线路的运行情况做出研判，在运行过程中，需要有专门的地面站或者移动地面站，为无人机的通信和后勤补给创造条件。虽然特高压交流输电线路的长度一般都在1 km以下，但是也超出了绝大多数无人机的最大航程，而且单一无人机由于荷载比较大，因此航程会更短。所以对单架无人机巡线的过程中需要做好补给点的设置，如果巡检无人机的燃料降低到一定值，就自动降落到最近的地面补给站补充燃料，然后重新起飞继续进行巡视工作。还可以使用移动补给站补给，地面保障车会在无人飞行器展开巡检任务时进行跟踪，如果飞行器需要进行燃料补给，保障车会自动配合完成补给。

（2）多无人机协同巡线模式。多无人机协同巡线时，会有多架无人机搭载不同检测设备，这种方法的优势在于可以将巡检设备荷载分摊到不同飞行器，所以无人机的巡航距离更长，并且多点同步检测的速度更快，使用多机分工的协作效率也比较高。

对同机型协同巡检工作，会有多架无人机搭载相同的检测仪器对线路进行巡视工作，但是由于检测仪器的重量不同，因此巡线过程中荷载最大的无人机会率先出现燃料不足的问题，因此需要事先制定好补给策略，以便满足无人机自动巡视工作的要求。而在多机型协同巡视工作中，则要根据不同类型的飞行器的飞行特性选择其巡检内容，例如固定翼无人飞行器的速度比较快，而且拥有较高的飞行高度，因此可以比较快速地掌握线路的总体运行状况，然后再使用旋翼机对固定翼无人机所发现的隐患和异常位置进行重点检测，就可以获得比较准确的巡线结果。

4 结束语

无人飞行器由于具有极高的灵活性，并且成本较低，因此在对特高压线路的巡检工作中拥有较大的优势。在实际应用中，应该做好对无人飞行器巡检策略的设置，合理应用各项巡检设备，及时发现线路的异常。

参考文献

[1] 李勇.无人飞行器在特高压交流输电线路巡视中的应用模式研究[D].北京：华北电力大学，2014.

[2] 王淼，李源源，陈艳芳，等.大型固定翼无人机在架空输电线路中的应用模式研究[J].测绘通报，2017（S1）：159-163.

[3] 何惠清，朱昱，袁炜.小型多旋翼无人机在架空输电线路巡检应用探索[J].江西电力，2017，41（8）：32-35.

[4] 邓元婧，汪从敏，夏开全，等.架空输电线路通道环境的巡视技术与应用[J].浙江电力，2014，33（8）：28-31.