浅析多旋翼无人机巡检在云南电网500 kV输电线路中的应用

摘 要：鉴于电力线路巡检的重要性，介绍了云南电网公司多旋翼无人机及多旋翼无人机巡检的分类情况，分析了多旋翼无人机系统及装备在云南电网500 kV输电线路巡检中的应用优势，确保了高压输电线路的安全稳定运行。

关键词：500 kV输电线路;传统人工巡视;多旋翼无人机巡检

0 引言

我国输电线路分布点多面广，特别是高压、超高压输电线路的建设比较密集，造成输电线路走廊穿越的地理环境更加复杂，要经过大面积的高海拔地区、水域或丛山峻岭，给输电线路维护和巡检带来了很大的困难，并且随着输电线路的快速增长，传统的人工巡视方法已无法满足运维需求。云南河流众多，水利资源丰富。据不完全统计，云南水电装机容量为6 096万kW，位居全国第二，南方五省第一，云南电网的运行水平对我国“西电东送”战略工程有重要影响。云南地区地域复杂，气候多变，高山、高海拔地区的输电线路巡检工作艰巨，是南网五省中运维难度最大的。因此，使用多旋翼无人机对500 kV输电线路进行巡视已成为云南电网输电线路巡视必不可少的方式之一。

1 电力线路巡检的重要性

输电线路是电力系统的重要组成部分，如果将整个电力系统比作一个人的话，输电线路相当于人的主动脉，其安全可靠运行直接关系到一个国家经济的稳定发展。但是，输电线路由于长期暴露在自然环境中，不仅要承受正常机械载荷和电力负荷的内部压力，还要经受污秽、雷击、强风、滑坡、沉陷及鸟害等外界侵害，造成输电线路上各元件的老化、损坏，降低绝缘子绝缘程度，引发倒杆断线等线路故障，可能导致线路的非计划停运、变电站失压等事故，对电力系统的安全稳定运行构成严重威胁。因此，通过对电力线路高效巡检，及时发现设备缺陷和危及线路安全的隐患，有效消除缺陷，预防事故发生或将事故限制在最小影响范围内，是保证电力线路及其设备安全的有效手段。

2 多旋翼无人机系统及装备在输电线路巡检中的应用

2.1    云南电网公司多旋翼无人机的分类

云南电网公司多旋翼无人机的分类执行国家相关标准，具体按照空机重量和起飞全重分为9类，如表1所示。

2.2    南方电网公司对使用多旋翼无人机巡检的分类

正常巡视是指利用无人机代替人工进行的线路正常巡视，正常巡视应结合正常巡视计划进行。为保证线路安全运行，将人巡与机巡缺陷进行对比分析，全面评估巡检质量、效果，要求上一个巡视周期内开展过无人机巡视的区段，在下一个巡视周期必须开展人工巡视。使用多旋翼无人机对500 kV仁铜甲线进行正常巡视如图1所示。

特殊巡视是指利用无人机代替人工进行登塔巡视、重要部位精细化检查、隐患点监控等专项巡视。特殊巡视应结合工作站特殊巡视计划开展，该巡视具备电气部分缺陷检出率高，减少巡视人员高空作业量，降低人员高空坠落风险的特点。使用多旋翼无人机对500 kV宝七II回线进行导线线间间隔棒胶套排查如图2所示。

故障巡视是指利用无人机代替人工进行的线路巡视，以达到及时发现故障点，准确判断故障类型，减少巡视人员高空作业量，降低人员高空坠落风险的目的。使用多旋翼无人机对500 kV草宝线乙线进行故障巡视如图3所示，发现绝缘子表面有雷击闪络痕迹。

特别作业是指利用无人机携带设备、工器具等进行线路异物清除、检修、检测等作业。使用多旋翼无人机对500 kV草宝线甲线进行导线异物清理如图4所示。

2.3    高海拔地区使用多旋翼无人机巡检的作用

2.3.1    有效降低人员劳动强度

高海拔地区的输电线路处于高山峻岭之间，地形复杂，相邻两山海拔高差较大，线路运维条件恶劣，并伴有冰雪、山体滑坡等多种自然灾害。人在高海拔地区，由于受到空气中氧含量的影响，身体机能有所降低，容易出现高原反应，常见的症状有头痛、呼吸困难、胸闷、恶心、肠绞痛等，长期在高海拔地区工作会影响工作人员的身体健康。高原地区人体最大做工能力只有平原地区人体做工能力的62.2%。特别对于云南地区来说，除了地貌复杂、山高谷深、沟壑河流纵横外，很多区域车辆无法进入，需要巡检员徒步进入深山老林开展巡视工作，部分线路巡视时需要在野外住宿及饮食，巡检员在长距离徒步巡检的同时，还需携带大量物品和工器具，在一定程度上降低了巡视质量。因此，高海拔地区输电线路的人工巡检，对传统巡视人员来说是巨大的挑战。而多旋翼无人机具有小巧灵活，不受起降地形影响的特点，能有效降低人员劳动强度，提高巡检质量。

2.3.2    提高运维质量

500 kV输电线路由于电压等级比较高，一般铁塔比较的高大，铁塔高度在20～120 m，使用传统的人工巡检方式很难看清楚铁塔瓶口以上导地线、绝缘子串類、金具类等存在的缺陷，很难保证实际运维工作质量。而通过多旋翼无人机巡检，可以通过近距离拍摄导地线、绝缘子、金具和塔身各个部位的照片，对缺陷进行分析，确保杆塔各个部位安全运行。据云南某公司2017年对云南14个地区500 kV输电线路缺陷的统计，多旋翼无人机在巡视过程中发现的线路缺陷隐患检出率为72.08%，而传统人工巡视缺陷的检出率为18.02%，多旋翼无人机巡检比传统人工巡视高出54.06%。

2.3.3    有效减低运维成本

传统的输电线路巡检方式完全靠巡检人员步行巡检，特别对于高海拔地区，相邻两山海拔高低相差较大的输电线路一天的巡检量很低，根据云南某公司14个运维站的数据统计，一般两人一天最大巡检基位数为15基，而如果使用多旋翼无人机巡检，则一天两人最多可以巡视50～60基，为传统人工巡视的3～4倍。根据对某公司14个运维站2018年运维成本初步估算统计，使用多旋翼无人机巡检将比使用传统人工巡检节约运维成本1 056.58万元。

2.4    多旋翼无人机装备在输电线路巡检中的应用

随着科学技术的发展以及制造业的进步，多旋翼无人机在电力巡检中可携带的设备越来越丰富。在硬件方面从最早的只可携带可见光设备，已发展成目前可携带模块化的三维激光雷达、红外热像仪等设备。在软件方面，从最早的需要人工进行操作，发展到了目前可以自主巡检、进行缺陷的自动识别与分类等。

使用多旋翼无人机搭载可见光设备，可有效降低巡检风险，提高巡检效率，降低巡视成本。特别是针对高电压等级输电线路来说，由于铁塔高度较高，人工巡视时金具部分很难看清楚，而多旋翼无人机搭载可见光设备后，可以近距离观察输电线路电气部分，但目前在使用多旋翼无人机搭载可见光设备进行电力巡检过程中，存在有效留空时间短，飞行距离受到遥控器图传和数传限制，导致频繁选择起降点，巡视效率不高的问题。此外，如果飞机拍照时距离输电线路过远，则可能存在采集到的数据不清晰，而过近则多旋翼无人机GPS定位受电磁场干扰，威胁多旋翼无人机飞行安全的问题。同时，由于可见光采集回来的数据大都由人工进行判别，容易出现漏判、误判的问题。多旋翼无人机搭载可见光设备进行巡检时，常常受到拍摄角度、自然光线的影响，使拍摄的照片不清晰或内容不全面。

使用多旋翼无人机搭载三维激光雷达时，通常用来对输电线路进行通道巡检。由于目前多旋翼无人机基本使用电池作为能源，存在续航时间短的问题。目前唯有通过不断优化巡视航线的方法，有效利用多旋翼无人机的留空时间，不断提高巡檢效率。

使用多旋翼无人机搭载红外热像仪设备时，一般用于输电设备迎峰度夏前和迎峰度夏期间压接管的温度测量，以保障输电线路的安全运行。但在使用过程中，存在高温时温度检测准确度不高，拍摄测量时受环境温度影响较大的缺点，目前只有通过调整拍摄角度，尽量避免环境温度对检测造成影响。

3 结语

云南电网通过运用多旋翼无人机在500 kV输电线路中进行巡检，提高了输电线路运维质量，降低了运维成本和运维强度，提高了运维效率，确保高压输电线路的安全稳定运行。

收稿日期：2019-12-13

作者简介：李秉宸（1987—），男，云南个旧人，工程师，从事输电线路运行维护工作。