论述多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2017/3/27来源:《电力设备》2017年第2期文/陈凯旋
[导读]本文针对多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用进行了论述。

        (广东电网有限责任公司江门供电局  广东江门  529000)
        摘要:随着时代的进步,输电线路巡检水平不断提升,无人机的应用也更加广泛,当前,多旋翼无人机在输电线路的巡检中的应用大大提升了其巡检效果和质量。本文针对多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用进行了论述。
        关键词:多旋翼;无人机;输电线路;巡检;应用
        1多旋翼无人机线路巡检的优势
        人工巡视一般依靠肉眼、望远镜、红外热像仪等装备观察输电线路的外观和发热情况,通过测距仪测算安全距离是否满足规程要求。受设备以及地形的限制,人工巡视倾向于基础、接地装置的检查。目前空中巡视多采用载人直升机进行,能够发现金具销钉脱落、金具锈蚀、导地线断股、防震锤位移等地面不易发现缺陷。无人机电力巡线系统一般由4个部分组成,包括无人机平台及数据获取系统、地面测控站、数据通信系统及地面数据处理系统等。利用无人机搭载巡检设备进行巡线,有以下优势:
        (1)与人工巡线相比,不受地形限制,可以多角度、近距离的观察导地线、金具、绝缘子等设备。提高了巡线效率,可对巡检信息进行异地分析,降低人工劳动强度,减少作业风险。
        (2)不受地理环境、气候条件限制。在人员难以到达的区段,部分时段可能受自然灾害影响人员巡检的区段,或较为恶劣的气候条件下,利用多旋翼无人机可在开展日常巡检和故障巡检工作,安全性及机动性能高。
        (3)可实现快速巡线,通过多旋翼无人机的悬停技术,操作巡检仪器对输电线路、杆塔、导地线、金具等元器件存在的缺陷进行监测、摄像、拍照,并实时回传至地面测控站进行决策分析,为后续缺陷处理工作提供技术支持。
        (4)携带、运输方便、灵活,作业效率高。多旋翼小型机可以随身携带,其他多旋翼无人机可随巡线车、巡线人员一起到达现场。作业准备时间短,现在80%以上多旋翼无人机都可实现90秒起飞作业,作业完毕后,可快速转移到下一个作业点。
        (5)功能扩展丰富。无人机作为一个搭载平台,通过配备不同的监测设备可使无人机具有丰富的扩展功能,如查找输电线路基础、塔身、横担、导地线、绝缘子、金具中存在的缺陷,检测输电线路走廊超高树木、建筑等。
        2巡检作业方法的研究
        由于受电池容量的限制,现阶段多旋翼无人机的巡航时间一般在15~20分钟左右,为了提高无人机的巡检效率,必须优化巡检作业路径,充分考虑与带电设备的安全距离,针对不同线路,研究制定科学合理的巡检作业路径。一般来说,单基塔的巡视先从大小号侧拍近景照开始,而后开始巡视某一杆塔部位,按照顺序到另外一侧相同部位结束,形成闭环流程。确保对防雷设施、金具、绝缘子等设备进行拍照检查,不遗漏。针对不同的部位,严格执行安全飞行控制措施,并根据作业任务采取最佳角度进行检查。
        巡检作业时,宜以7m/s~8m/s的速度到达目标约20m左右后,缓慢飞近目标。此时尽量调整相机角度使其保持水平,便于判断无人机与目标物的相对位置,然后根据作业要求,使无人机悬停在最佳角度,控制云台,调整相机角度对目标物进行检查拍照。
        3多旋翼无人机应用实例
        3.1雷击故障点查找
        一般来说,悬垂绝缘子串雷击放电后,横担侧与导线侧绝缘子烧伤最为严重,且横担侧挂点金具之间的连接点会有烧伤痕迹,悬垂线夹与或导线有明显的放电痕迹,若安装有均压环,则均压环上有明显的烧伤痕迹。耐张杆塔若无跳线串,一般直线烧伤横担侧若干绝缘子后对跳线放电,若跳线弧垂过大也可能沿绝缘子串放电。而这些部位受视角的限制,人工很难在地面通过高倍望远镜巡视发现。即便是人工登检,也只能对杆塔侧绝缘子串或金具进行有效检查,对剩余部位依旧存在盲区。
        2017年01月11日08时12分,江门供电局110kV阁川线故障跳闸,运维单位组织无人机进行故障巡视。经故障巡视,发现110kV阁川线#44塔B相(三角形排列顶相)横担、导线及均压环有放电灼烧痕迹。110kV阁川线#44塔为呼高24米的耐张塔,绝缘子配置为双串玻璃绝缘子和防风偏绝缘子,杆塔位于山腰位置,周围为灌木丛,在不登塔的情况下无法通过肉眼及手持望远镜查找故障点;此外,由于视角限制,也不能通过高倍望远镜查找故障点。无人机飞手在山脚距杆塔约370米位置选取空地进行故障查找工作,经过1个架次约8分钟的飞行时间,准确清晰地拍到放电点。
        3.2架空地线挂点螺栓松脱排查
        2016年4月19日上午,江门供电局使用无人机对沿海输电线路进行隐患排查。飞手利用无人机搭载1200万像素高清相机,拍摄杆塔本体、绝缘子、金具、螺栓等设备及附件,并通过图传传输到地面基站,地面操作人员根据实时图像调整相机角度,对杆塔本体及设备进行拍照。经过一轮无人机巡视作业,最终发现110kV南海线#33杆、#34杆右架空地线挂点螺栓松脱,此缺陷被定性为紧急缺陷,当天下午即由班组人员完成消缺工作,避免掉线事故的发生。
        总结以上两个案例可以发现,利用无人机机动灵活的特点,对雷击、异物等跳闸进行故障点查找,不受河流、山川、湖泊等地理环境的限制,可以多角度快速检查某些地面难以确定或者位置特殊的隐患和缺陷,减少人工登塔作业,降低作业风险,提高故障查找效率。
        4多旋翼无人机与人工协同巡检模式
        人工巡检与多旋翼无人机巡检宜以杆塔瓶口为界。由于视角的不同,对发现设备不同位置缺陷各有优势。离地面较高的导、地线类缺陷、绝缘子缺陷、金具缺陷以及销钉缺失等,除非有明显的异常,一般人工地面巡检很难发现。基础、拉线、接地装置等设备缺陷,由于飞行环境复杂,不适宜多旋翼无人机巡检。以杆塔瓶口为界,多旋翼无人机较易发现杆塔瓶口以上的缺陷,人工巡检能有效发现外力破坏、接地装置等瓶口以下的缺陷。因此,人工巡检主要巡查瓶口以下各类缺陷,无人机则采取俯视或平视对塔头金具、绝缘子、导地线等设备进行巡查,两者互补可有效发现单一角度不能发现的缺陷。
        人工巡检计划宜滞后于多旋翼无人机巡检计划。对于日常巡视及故障巡视,多旋翼无人机巡检工作计划应该优先于人工巡检工作计划。工作人员可通过地面站对多旋翼无人机传回的可见光或红外等信息进行分析,发现可疑部位,通过悬停进行精细化巡检判定。但是对于上述故障疑似点经过地面分析仍不能确定的,应由人工登检协助排查。若人工巡检优先于多旋翼无人机巡检,当多旋翼无人机巡检发现上述不能确定疑似点后,需人工二次登塔核实,增大作业风险,降低作业效率。
        结语
        多旋翼无人机在超高压输电线路巡检中能有效快速发现故障点、确定故障情况,为事故分析及处理提供有力的技术支持,同时有效减少登塔作业及带电作业频率。通过携带高清相机及红外等装置,可以多角度实现高空巡检,便于快速开展状态检修。
        由于多旋翼无人机技术的持续高速发展,在电力巡检方面的应用将会广泛应用。通过融合电子、通信、图像识别等多个技术领域,形成完成的无人机巡检系统,可大大降低电力巡线的人力投入,同时快速、安全的对线路实施巡检。另一方面,通过系统任务规划和智能诊断等软件提高巡检作业质量和科技水平,增强电力生产自动化能力。
        参考文献:
        [1]彭向阳,钱冠军,李鑫,高峰.架空输电线路跳闸故障智能诊断[J].高电压技术,2012.
        [2]周海峰.无人机巡检输电线路技术的应用与分析[J].建筑工程技术与设计,2015.
        作者简介:
        陈凯旋(1987.8-),男,广东湛江人,武汉理工大学工程硕士,单位:广东电网有限责任公司江门供电局(广东,江门),单位邮编:529000