架空输电线路无人机验收应用

国网吉林省电力有限公司吉林供电公司 王 浩

1 引言

目前，绝大部分地区基层输电班组已配备无人机，无人机驾驶员的取证率也达到了80%以上，基于实时动态（Real Time Kinematic，RTK）技术的无人机精度可达到厘米级，无人机携带激光雷达三维建模、X 光金属探伤装置等硬件的开发推动了电力巡检无人机技术向架空输电线路的自动化巡检及缺陷识别方向发展。以东北地区常见的220kV 和66kV 两种电压等级角钢塔线路为例，应用无人机辅助验收，与地面及登塔检查协同完成整个验收工作。

2 验收工作的步骤

铁塔是由基础及地下隐蔽工程、塔材组立的铁塔以及铁塔上挂的导线、架空地线和金具附件组成，遂地市公司规定的验收步骤分三步，包括基础及隐蔽工程验收、铁塔组立至架线的转序验收以及架线完毕的竣工验收[1]。第一步全部在地下完成，不需要应用无人机协助验收工作，所以这一部分的验收方法及注意事项不再赘述，第二步和第三步大部分工作都可以引入无人机与地面协同配合完成验收工作。

3 铁塔组立至架线的转序验收

3.1 塔材及螺丝的检查

铁塔整体组立需要基础混凝土强度达到100%才可进行，基础混凝土强度想要达到100%需要极长的养护期，且整体组立铁塔占地空间过大以及基础根开出现误差造成铁塔无法直接坐在基础上，所以施工单位普遍选择基础混凝土强度须达到70%的分段分片组立方式，即在地面完成单面组片后，用抱杆或吊车单片吊装至空中连接完成铁塔的组装，地面组片时可能会出现个别辅材缺失，短期不影响铁塔的承力结构就可以直接进行吊装。但需要注意的是主材接头铁的螺丝非常关键，缺失会直接影响主材的承力。

进行转序验收检查时，验收人员可以在地面组片过程中人工检查除主材接头外其余螺丝的松紧程度、螺丝穿向、防盗帽和防松垫的安装以及塔材是否缺失。主材和横担接头螺丝可以应用无人机及登塔检查相结合，双回塔一般是B 腿和D 腿安装足钉，登杆塔人员沿着B 腿或D 腿足钉登塔，再从对侧足钉下塔检查主材和横担螺丝，同时无人机沿着没有足钉的A 腿或C 腿上升，以对侧下降的方式检查螺丝，单回塔也可以以同样的方式进行[2]。

作业人员攀登杆塔的速度受体力限制，以30m呼称高铁塔为例，作业人员登至下横担或瓶口位置并检查需要约10min，无人机完成检查只需3min，大大节省了时间，而且可以帮助作业人员检查对侧，降低作业人员体力的消耗。

3.2 杆塔倾斜度的检查

铁塔正视如图1所示。常规方法是把经纬仪安置在水平和垂直线路方向的合适位置，找到AD 面和BC 面的塔顶中心点，然后水平锁死目镜，将目镜垂直下移至底段水平铁，塔顶至底段水平铁的距离为h，得出与水平铁中点的偏差值c 和d，可算出：

图1 铁塔正视

如若找不到水平和垂直线路的问题，就需要进行四面测量，如图2所示，分别得出偏差值c1、c2和d1、d2，即可算出：

图2 底段水平铁俯视

应用无人机同样可以进行杆塔倾斜度测量，无人机的图像设置中的网格线开启后，可以找到镜头图像的中心点位置，将无人机起升至塔顶位置，用镜头网格线中心点对准塔顶中心点，然后垂直降落至底段水平铁得出偏差值，同样的原理可以算出杆塔倾斜度。

测量杆塔倾斜度的原理很简单，但是经纬仪对中整平步骤出现误差后，会放大测量误差，而且还会受地形环境限制，如山地会让测量变得十分吃力。而基于RTK 厘米级误差的无人机找到合适的位置后，很容易在安全的条件下完成杆塔倾斜度测量。

4 架线完毕的竣工验收

经过前两个阶段的验收，进入最后一步架线完毕的验收工作，还需要再检查导线与地线的弛度、绝缘子、金具及附件的安装和通道状况，来完成整个竣工验收工作。登塔检查人员在高塔完成一基塔的精细化验收工作普遍需要耗时1h，应用无人机辅助验收直线塔约10min，耐张塔需要约30min，基于登塔检查人员能力可能会出现死角现象，所以无人机在此阶段验收具备很大优势，但在某些内容上是无法替代登塔检查[3]。

4.1 金具

4.1.1 连接金具

连接金具常规设计当中无非是U 形挂环、延长环、直角挂板、联板、球头挂环、碗头挂板、调整板、并沟线夹、悬垂线夹和耐张线夹等。除了悬垂线夹、耐张线夹和并沟线夹以外，其他的金具就是简单用带锁紧销的螺栓进行机械连接，主要检查的内容就是螺栓的松紧程度以及锁紧销是否开口到位。以往投运的线路要求螺栓从内穿，方便地面巡视，但现在的铁塔更多都是呼称高特别高的环保塔，运行时也是采取无人机的精细化巡视，所以在施工时要求螺栓穿向利于无人机检查，除了由上至下穿无法改变，其余螺栓都要向外穿，利于验收和投运后的精细化巡视工作。以下是关于悬垂线夹、耐张线夹和并沟线夹的验收内容和注意事项。

一是悬垂线夹。悬垂线夹安装在悬垂绝缘子串的导线端和直线塔地线端。主要检查内容包括悬垂线夹的挂轴锁紧销是否开口到位及是否缺平垫片、船体U 形螺栓状况和船体内铝包带的工艺水平。前两项内容无人机在线路外侧保持合适的安全距离即可完成检查。船体U 形螺栓的松紧程度检查是最重要的，U 形螺栓是由一个平垫片、一个弹簧垫片和螺帽组成，任何一个部件的缺失都会造成运行后的线夹松动，除了缺失以外，弹簧垫片的松动和螺栓头露出长度不等也会造成同样的后果。双回塔以SZ1塔型为例，220kV 的横担间距大于6m，应用大疆经纬M210 RTK 飞机在导线间飞行，上下保持各3m 的高度就能保证安全，66kV 则需要在侧面尽量检查，所以悬垂线夹在检查时，需要在外侧检查挂轴，在线夹的大号和小号侧检查U 形螺丝。在检查船体U 形螺丝的同时就可完成铝包带工艺的检查。

二是耐张线夹。耐张线夹分为液压式耐张线夹、倒装线夹、快速线夹，220kV 线路全部应用的是液压式耐张线夹，66kV 线路倒装线夹和快速线夹不常见，也是液压式耐张线夹，所以本文以液压式耐张线夹为例去讲述。

三是并沟线夹。并沟线夹主要用在分裂导线引流线和耐张塔地线引流连接处，并沟线夹想要达到较好的导流，不发热，就需要螺栓紧固。同样，并沟线夹也是需要检查是否有缺垫片或者弹簧垫片未压平的现象，根据安装位置的实际情况，无人机选用合适的位置、视角检查并沟线夹的两面。

4.1.2 防护金具

防护金具包括防振锤和预绞式护线条等，预绞丝护线条基本不会出现问题，防振锤需要检查螺栓松紧以及安装距离。将无人机悬停至垂直且与导线等高的防振锤侧面的位置，将防振锤与线夹收入图像，拍摄后通过照片里导线与防振锤的比例可得出安装距离，对照图纸可知是否合格。

4.1.3 接续金具

接续金具在新建线路上不常见，路径很直的长耐张段里可能会出现个别的压接管，可以利用无人机携带X 光设备对压接管内部进行检查，确保导线不会断裂。

4.2 绝缘子串

4.2.1 绝缘子串的外观检查

常用的绝缘子分为瓷质绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子。这三种绝缘子需要进行外观检查和M型或R 型锁紧销检查，锁紧销根据运行单位规定都是朝大号侧或小号侧统一穿向，应用无人机从下至上依次检查即可，无人机镜头应平视。复合绝缘子特殊，复合绝缘子需要在横担端和导线端各安装一个均压环，均压环分为大小环，小环安装在横担端，大环安装在导线端，还有一种是特殊的盘形防鸟均压环，同样是需要安装在导线端。

4.2.2 绝缘子串的倾斜

耐张绝缘子串因为是水平挂接承力，所以不存在倾斜现象。直线绝缘子串在挂线后调整弛度以及大高差可能会出现绝缘子串向线路方向倾斜或者承力不足，通过无人机垂直横担悬停于线路外侧，将绝缘子串和导线整体收入照片中，运用比例换算即可得出绝缘子串的倾斜值。

4.3 导线和地线

4.3.1 导线和地线的外观检查

导线在放线时因为摩擦，可能会出现断股现象，传统验收方式无法检查档中的断股现象，无人机可以沿着导线和地线飞行，对整档导线和地线进行检查。

4.3.2 导线和地线的弛度检查

传统的弛度检查是通过经纬仪应用档中法或者档端法进行测量，线路环境复杂，会增加观测难度，应用无人机会大大简化弛度测量的步骤，无人机飞行参数有高度H，水平飞行距离D，以双回塔上导线为例，将无人机悬停至上导线绝缘子串的导线端，镜头网格线中心与导线保持同一个高度h1，无人机监测水平飞行距离D，飞至1/2挡距位置，垂直下落至与导线平齐，飞行高度为h2，设1号塔导线挂点高为H1，海拔高度为H2，2号塔导线挂点为H3，海拔高度为H4，两塔的高差为：

弛度f上=Δh +h1-h2

通过查询图纸的弛度曲线，即可计算出误差。无人机继续下落，分别得出中导线与上导线、下导线与中导线的距离与横担高度相减得出的值h3和h4，则：

中导线弛度=f上+h3

下导线弛度=f上+h4

此方法应用的无人机需使用RTK 无人机，保证飞行数据的稳定性，其中水平飞行时，因档距在500m 以内，气压高度变化可以忽略不计。

另一种无人机测量弛度的办法是应用激光雷达对线路进行扫描，通过生成的三维模型上，可以直接生成弛度的数据，这种方法测量弛度更加简便。

5 结语

新建线路验收质量直接影响了该条线路运行的安全稳定，随着新建线路的路径绝大部分选择山区且高塔架设，地面人工结合无人机完成验收工作大大提高了验收质量。虽然无人机各项技术在高速发展，但是当下还需要人工进行操作来实时辨识缺陷。未来，无人机结合神经网络且各项传感器传输范围增大，可以彻底取代人工进行自主飞行，缺陷也能够完全被自主识别。验收质量的提高就可以从根源去保障线路的安全稳定运行。