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0引言

隨着近幾年國民經濟的迅猛發展，我國配電線路公里數同比不斷增加。由於配電線路設備大多暴露在野外環境運行，氣象條件複雜、現場環境多變，導線、避雷線、絕緣子、金具在長時間運行後，由於各種力的長期作用，可能發生斷股、鏽蝕、過熱等情況。過去依靠人工逐基杆塔巡視的作業方法，巡視工作量大、複雜的地理環境給巡視人員帶來未知的安全風險、結構繁雜的鐵塔的驗收勘察，過去落後的人工巡檢方式消耗了大量的人力和資源，使得更多深入的工作無法有效展開。

目前國內各大地方公司都已經意識到人工巡檢的短板，從最初的直升機巡線、動力傘巡線、機器人巡線到最近開始興起的無人機巡線，智能高效的線路運行手段已經投入實用，特別是無人機巡視，已經在北京、山東、青海等地輸電線路運用成熟。

本文將從現有的四種高效巡視方法入手，簡要介紹一下四種巡視設備的應用比較，重點介紹無人機的裝備結構、控制技術和數據管理，最後擬定無人機在配電線路中的應用方案，建立高效的現代化巡視系統，滿足愈發龐大的電網的維護要求。

1輸電線路巡線裝備的應用成果

輸電線路的巡檢是一項非常詳實精細的工作，需要能夠發現並識別導線上的雷擊痕跡、斷股、異物；線夾有無鬆脫發熱；絕緣子閃絡、污穢。

1.1直升機巡線

由一名航檢員操作對線路進行檢查和錄像，另一名航檢員操作防抖望遠鏡對線路進行檢查，使用直升機裝備陀螺穩定的可見光檢測儀與紅外熱成像儀，精確拍攝設備缺陷和實時狀態。但巡視時對線路走廊的路徑、周邊環境、杆塔結構、電氣結構等都必須事先制定飛行方案，它具有高效、高科技、不受地域影響、可靠等優點，但巡線費用較高，長期頻繁使用將支付高昂的成本和資源。

1.2動力傘巡線

由一名巡視人員搭乘動力傘飛行器，使用可見光觀測儀或紅外觀測儀，對輸電線路進行巡視。運用動力傘，可對架空輸電線路進行立體巡檢，全空間位移動而不受地面物體的遮攔，使作業效率得到成倍提高，採用遠程巡檢則更能體現其優越性。不僅在遠距離時能對目標進行精準測溫和拍攝、獲得狀態圖片，而且還能通過更換巡檢設備達到對較高杆塔進行廣泛、全面的設備設施檢測。並且能迅速發現和反饋線路缺陷和隱患信息，特別是在電網迎峯度夏、突發險情應急搶修搶險、特殊巡視等時段，使用該系統更有利於快速發現線路缺陷、隱患,並能及時反饋信息，實時預警能力大大超過人工巡檢方式。

1.3機器人巡線

將機器人懸掛在輸電線路架空避雷線上，避雷線走廊與導線走廊幾乎重合，因此能夠通過巡線機器人在避雷線上的行走路徑，通過遠程控制方式完成輸電線路巡檢作業，並對導線斷股、毛刺，絕緣子閃絡、零值，金具鬆脫、發熱等進行檢測。精細的作業要求使得巡線機器人必須能夠沿線路全程巡視，包括沿線的直線、分段、耐張、支節等實現越障巡視，進行信息採集、缺陷預處理、隱患提取和智能識別。

1.4無人機巡線

使用無線遙控無線電遙控設備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。無人機可攜帶可見光、紅外熱成像和紫外線成像等設備對輸電線路進行高精度檢測，高精度的無人機還能進行定點懸停檢測，既克服了地面巡線班組距離太遠和觀測視場角太小的難題，也解決了有人直升機巡線的費用高、安全性差、精度低等問題。

2輸電線路巡線裝備的應用比較

2.1作業要求

使用直升機巡線需要掌握被巡視線路的線路走向，設計好飛行走廊，設定好飛行控制，熟悉知曉重要節點設備的位置；拍攝時做好機體穩定和攝像防抖設備；檢測時必須搭載杆塔自動跟蹤識別設備，快速對焦成像攝像器材。使用動力傘巡線相比直升機巡線安全係數更高，在空中停車狀態，動力傘也能夠安全着陸，使用動力傘巡視更準確的是進行長距離線路普查，必須攜帶高精密設備在滑翔過程中對電網設備進行檢測，作業必須在天氣狀況良好的條件下才能進行。使用機器人巡線，需要在機器人上攜帶良好的傳感器及機電控制系統，才能實現越障巡視，附加攜帶高清晰度的攝像機和紅外熱成像設備，方便對杆塔各部件與周邊環境進行巡視。使用無人機巡線，距離控制不得超過30Km，需要採用GPS定爲自主導航控制系統、地理匹配自動巡航控制系統等；需要訓練有素的飛行控制技術和數據採集控制。

2.2作業特點

直升機是目前技術最成熟的新型巡檢裝備，飛行成本爲7000元/小時以上，無法對標的物進行精準拍攝，無法獲得狀態圖片，作業時需要大量後勤保障且作業時有人身安全事故隱患。動力傘安全係數比直升機更高，飛行成本爲1000元/小時，能夠遠距離對標的物進行精準拍攝，同時獲取狀態圖片，作業時不需要大量後勤保障且作業時人身安全事故隱患較小，但動力傘對天氣依賴度最高，巡檢人員的培訓量最大。機器人能拍攝最清晰的設備狀態圖片且成本低廉，能夠對標的物進行精準拍攝，獲得狀態圖片，但無法進行立體巡查，拍攝角度受限制，作業時無需後勤保障且作業時沒有人身安全事故隱患。無人機是目前最熱門的研究領域，在軍用、民用及科研領域都有長足的發展，飛行成本爲1500元/小時，能夠對標的物進行精準拍攝，獲得狀態圖片，能夠進行立體巡查及靜態拍攝，作業時需要少量後勤保障且作業時沒有人身安全事故隱患。

2.3作業功能

直升機能夠進行遠距離線路普查，對較明顯架空線路設備缺陷發掘、隱患排查有良好的作用，發生輸電線路事故後可以進行緊急特巡，不受地形限制，機載紅外和可見光攝像設備能進行設備狀態拍攝。動力傘在空中進行立體巡檢時可以檢查更多角度，攜帶攝像裝備可以進行遠程拍攝，同時爲巡檢人員提供更爲安全可靠的飛行體驗。機器人能夠對輸電線路進行近距離巡檢，拍攝效果最佳，有障礙物檢測識別與定位、自主作業規劃、自主越障、對輸電線路及其線路走廊自主巡檢、巡檢圖像和數據的機器人本體自動存儲與遠程無線傳輸、地面遠程無線監控與遙控、電能在線實時補給、後臺巡檢作業管理與分析診斷等功能。無人機具備GPS自主線路導航、線路杆塔自動跟蹤識別技術，飛行更爲精確，搭載紅外和可見光攝像機能進行高分辨率航空攝影，自動化率較高。

2.4配電線路對無人機巡線的要求

配電線路電壓等級從過去的380V～35KV、380V～110KV，直到現在的380V～220KV，隨着配電線路電壓等級不斷升高，線路長度、杆塔高度和設備狀態檢修標準同步提高，但與輸電線路相比，線路長度較短、杆塔較低需要配備的無人機功能可相應降低；線路電磁輻射較小，對無人機抗干擾能力和糾偏能力要求較低；線路走廊相比輸電線路更爲複雜，通常經過居民區或鬧市區，操作人員需要良好的操作技能；平行線路較多，需要熟悉線路走向及周邊環境。

3無人機巡線的系統結構

3.1裝備結構

輸電線路巡視用無人機裝備結構主要由飛行控制和數據採集控制兩部分組成。依文獻[1]飛行控制主要由飛行系統機載控制計算機和地面控制計算機兩部分組成。其中飛行系統機載控制計算機由舵機控制器、PCM遙控接收機、專色測量儀、氣壓高度計、衛星定位模塊、數字羅盤、陀螺儀和加速度計組成，依靠數傳電臺與地面站控制計算機進行數據互換。數據採集控制系統主要與可見光相機、紅外熱成像儀、增穩雲臺、存儲器進行連接，通過無線通訊模塊，與地面站控制計算機進行數據互換。

3.2系統控制

無人機飛行及數據採集控制包括動力系統、飛行控制系統、導航系統、測距系統、地面控制系統。飛行時，無人機電子羅盤、測速模塊和GPS爲導航系統提供數據，導航系統模塊與飛行控制器進行數據互換（包括角速度器、加速度傳感器、氣壓高度器），飛行控制器對動力系統和拍攝雲臺行進控制，GPS模塊與地面控制中心進行數字信號互換、拍攝雲臺與地面控制中心進行數字信號互換。由此構成一套完整的輸電線路巡檢無人機控制系統。

3.3圖像傳輸技術

無人機無線圖形圖像傳輸技術不同於傳統手機、無線設備，由於受到無人機機體輕量化及機身小型化等特點，無人機具備一套適用於不同狀態、抗強幹擾、高質量的圖形圖像傳輸技術。依文獻[2]目前無人機的圖形圖像傳輸技術研究主要集中於提高數字信號傳輸的圖像壓縮編碼算法，降低圖像圖像數據量、減少帶寬使用，同時啓用低能耗高效集成芯片；在特高壓及高壓線路飛行，伴有強大的電磁干擾，需要提高圖形圖像信息流差錯控制和編碼糾錯技術；在多變的飛行狀態下攝取高質量圖形圖像，必須提高拍攝的穩像技術；圖形圖像實時傳輸系統在整個無人機系統中佔用超過1/5能耗，17%以上的重量及較大的體積空間，減少傳輸系統能耗使用、減輕設備重量及體積，是目前猶待解決的一大難題。

3.4巡線避障措施

採用無人機巡檢對設備進行精確拍照取樣時，必須進行近距離飛行；在線路走廊複雜地帶，需要避讓周邊障礙物。依文獻[3]爲此，無人機需要有一套完整的飛行避障系統，包括障礙物探測系統、障礙物距離測量系統和障礙物躲避控制方式指定系統。障礙物探測系統必須能夠發現、識別、確認障礙物的位置和形狀，利用探測系統的數據傳感器、數據交換器和數據控制器進行。障礙物距離測量系統必須測量物體迎面各點直線距離和實時動態直線距離，利用距離測量儀、數據採集器、分析交換機進行。障礙物躲避控制方式指定系統需要對線路走廊進行初期勘探，對飛行關鍵點進行避障設置。

3.5維護與管理

無人機的維護主要依靠數據採集系統與狀態監控故障預測系統來實現，依文獻[4]由數據採集系統對無人機遙測數據進行分類處理、傳輸到狀態監控故障預測系統，通過預定的健康閥值，對各項數據分類比較，從而進行健康評估、故障預測和維修管理。無人機管理系統主要提供關鍵零部件升級，包括系統級部件升級、分系統級部件升級、設備級部件升級和關鍵部件級部件升級。

3.6注意問題

目前無人機巡檢雖然對杆塔傾斜、線路斷線、絕緣子脫落、樹林碰線進行快速識別，但對於污閃、金具發熱、絕緣子裂紋等依然無法自動識別。對於圖片拍攝，目前無人機飛行必須與線路保持40m以內距離才能拍攝清晰錄像，但距離過近需要配置更高的抗干擾設備，使用長變焦設備存在後期圖片處理時間長、費用高等問題。

3.7在配電網的應用方案

上海金山區共有12條110kv線路，長度總計101km，由一名運檢人員負責，當使用傳統人工加車輛巡檢時，需要一年時間才能完成12條線路初檢，由於受地形和環境限制，對於沿線導線、避雷線情況依然無法完全掌握。在多次培訓和制定巡檢試飛方案後，通過使用CUH711型無人機，（該機型最低飛行高度10m，一般飛行距離6km，配合地面基站車，遙控距離可達30km，續航時間爲2h，續航距離爲130km，應用無人機時，需要一輛車載地面基站車，一名司機、一名飛行操縱、一名任務操縱），對合亭7648進行巡檢，巡檢長度約16km，杆塔約35基，對線路各部分不同角度進行了拍攝，取得了預期的巡檢效果。

4結語

無人機巡檢相比有人直升機和動力傘巡檢更爲安全、相比機器人巡檢速度更快、檢測沒有角度限制。目前無人機巡檢還屬於研發試飛階段，在飛行避障、自動導航、無線通信、能耗控制等方面仍有較大的發展空間。北京、山東、青海、上海等地相繼採用無人機進行電網巡檢，目前尚無一套電力行業的無人機培訓規程和管理標準，相信在相應標準出臺後，無人機巡檢作業將邁入正式、規範的作業時代。