摘要：随着架空输电线路的不断增加，线路运维环境日趋复杂，对架空输电线路的运维检修要求也越来越严格。论文简述了传统的人工巡检方式因存在诸多限制，导致巡检效率低下、无法有效保障电网的安全运营。指出无人机(unmannedaerialvehicle,UAV)在架空输电线路巡检中得到大量应用，弥补了人工巡检方式的不足。结合国内外架空输电线路无人机巡检应用的背景，介绍了相关标准制定和试验检测技术研究，分析了自主巡检、作业安全管控、缺陷识别技术和巡检数据应用、辅助检修作业等关键技术应用现状，探讨了无人机作业人员培训，并提出了无人机巡检技术的发展趋势和研究方向，下一步将着重提高无人机全周期闭环应用能力，提升我国电网智能运检水平。
关键词：架空输电线路；运维检修；无人机；关键技术；人员培训；发展趋势
引言
随着社会经济的快速发展，对于电力的需求也在增大，输电线路越来越长。输电线路是电力系统的主要组成部分，输电线路的稳定运行是保证电力系统稳定运行的关键所在。因此，展开对于输电线路的巡视工作有利于保证电力系统的稳定运行。传统的人工巡视不仅效率低，而且在面对特殊地形时往往无法开展巡视工作，尤其是在遇到丘陵、高山、沙漠等特殊地形的情况下。除此之外，人工巡视花费时间长，耗费的成本高。虽然通过基于直升机的人工巡视能解决部分问题，但是直升机成本过高，无法大规模进行应用。为了保障电力系统的安全稳定运行，对于输电线路的巡视工作积极采用先进、有效的新措施十分关键。
1关键技术
1.1自主巡检技术
架空输电线路无人机巡检作业时，主要由地面操作人员根据视觉、巡检回传的影像、GPS信息等来指导无人机飞行和拍摄。这种方式对操作人员的技能水平要求较高，不同操作人员的巡检效果差异可能较大，同一操作人员不同时间的巡检效果也可能不同；且架空输电线路巡检多为周期性重复工作，完全依靠操作人员将造成劳动强度大、巡检效率低等问题，难以适应我国电力运维的新需求。因此，自主巡检成为研究方向之一。目前，无人机自主巡检仍处于起步阶段，主要手段有激光雷达(LiDAR)技术和实时动态高精度定位(RTK)技术。LiDAR通过快速获取线路通道高精度三维点云数据来规划飞行航线实现自主巡检，这种方式需综合考虑无人机的航高、坐标、惯性测量装置IMU的姿态数据(俯仰角、翻滚角、航偏角)和机载激光雷达等，多搭载在固定翼无人机、中大型无人直升机或有人直升机上，使用成本较高。目前国网福建电力公司已应用于线路通道巡检，南方电网公司利用CW-LiDAR实现了导线对地安全距离的测量；但在杆塔精细化巡检方面，LiDAR技术还有待进一步论证。
1.2作业安全管控
电力行业在使用无人机完成大量巡检工作任务的同时，也存在无人机“黑飞”现象。目前主要通过管理和技术相结合的手段实现无人机规范化巡检，保证合法合规安全作业。国内部分制造商研发了无人机可视化综合管理系统，可实现视频实时回传、无人机实时管理、远程操控等功能，但这类系统多适用于特定型号无人机，且无法针对电力行业特点，尚不具备推广应用条件。国家电网公司于2017年研发了适用于架空输电线路无人机巡检作业的飞行数据记录器和无人机巡检业务模块，实现了对电力无人机作业的全流程管控。飞行数据记录器具有以下特点：①独立于无人机工作，采集的数据无法被更改；②采集的数据包括电池电压、飞行时间、飞行路径等；③支持北斗和GPS信号；④具有数据传输和加密机制，确保数据安全。
通过飞行数据记录器实时监控了无人机作业位置，并可将实际飞行航迹与设置的作业航线和允许飞行的空域范围进行实时比对，若比对结果不一致，则发送报警信息至监控后台，实现了作业过程的全程监管。研制的无人机巡检业务模块具备以下3个主要功能：①在空域使用和作业监控方面，通过建立统一的空域申请渠道，以及将工作任务与空域联动，实现了空域的规范申请和使用；②通过飞行数据记录器系统性实时监测无人机、空域等状态；③在协同巡检方面，全面考虑了地理气象环境及输电通道性质，制定协同巡检计划，并对巡检计划、执行过程进行了统一标准化管理。
1.3缺陷识别技术和巡检数据应用
近年来，国家电网公司和南方电网公司借助物联网技术，将无人机巡检数据实时上传到数据云端，利用深度神经网络算法、大数据和图像识别技术对巡检数据进行自动分析和缺陷精准查找，生成巡检报告。目前，部分缺陷类型尚缺乏量化的判定规则，大部分缺陷类型在深度神经网络算法处理中具有相似性，以绝缘子设备为例，其缺陷包含污秽、破损、自爆、表面灼伤等，从影像特征来看，均表现为绝缘子像素区域出现几何特征或颜色异常，因此算法需具有一定的包容性。中国电科院将缺陷类型归整为9大类：杆塔、导地线、绝缘子、大尺寸金具、小尺寸金具、基础、通道环境、接地装置和附属设施。对9大类缺陷进行了缺陷算法研究工作，建立了巡检影像设备标准缺陷库，编制了《架空输电线路设备缺陷影像标注规范》，统一了巡检影像分类分级和缺陷标注规则，搭建了巡检影像人工智能处理技术验证平台。2018年，在武汉首次组织开展了巡检影像缺陷智能识别验证工作，对18家单位的缺陷识别算法进行了技术验证，并对各类算法的识别效果(漏检率、误报率等)进行了分类融合分析。分析结果表明：各类算法的处理速度还有待进一步提高；对于小尺寸金具、基础、通道、接地装置和附属设施类缺陷，识别准确率较低，距实用化尚有较大差距。
2输电线路巡视中无人机应用的重要性
无人机技术是通过无线电技术对不载人飞行器进行远程控制的技术，无人机本身具有成本低、易控制、小巧灵活等特点，因此在不同的领域都得了广泛应用，尤其在输电线路巡视中应用的效果更为突出。输电线路巡视中应用无人机可以极大地提高巡视效率，减少电力企业对于巡视资金的投入，在巡视过程中只需调动一小部分人和无人机即可，无需像传统的巡视那样耗费大量物力、人力。在人工巡视过程中需要用到高空架线，因此导致了费用大大提高，使用无人机进行巡视，一次性可使用4h，进行长达30km的线路巡视，相当于30个巡视人员一天的工作量，且面对复杂地形时不会受其影响，不仅有效缩短了工作时间，还减少了巡视工作的费用，为企业带来了更大的利润。采用无人机进行输电线路巡视，发现的问题较为准确，且可以及时通知相关部门进行仔细查看。无人机还可以对输电线路周围的树木、建筑进行排查，防止出现违规违章建筑、植被，从而使输电线路的安全运行得到更好的保障，防止恶劣环境对线路巡视造成影响。
结语
综上所述，借助无人机巡检技术，进一步提升电力企业输电线路巡检效果，规避与消除以往线路巡检期间存在的弊端与问题，提高电力企业线路巡检水平。鉴于此，应加大对无人机巡检技术的应用与开发，满足电力企业具体线路巡检要求，为线路稳定、安全运行提供保障。
参考文献
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