無人機在輸電帶電作業(yè)中的應(yīng)用

劉志武

(國網(wǎng)龍巖供電公司，福建 龍巖 364000)

閩西地區(qū)多以山地、丘陵為主，35 kV及以上輸電線路多分布于山地、丘陵之巔，輸電帶電作業(yè)是以5人1組，攜帶個人安全工器具、勞動防護用品、帶電作業(yè)工具，徒步爬山登塔作業(yè)為主，人工作業(yè)量單基桿塔巡檢時間約1.5 h，由于山高林密，輸電帶電人工作業(yè)效率低下。隨著閩西地區(qū)經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，已開始普遍采用以無人機代替輸電線路人工巡檢。此前，也已多有文獻記載無人機在輸電線路巡檢中的應(yīng)用[1-9]，針對輸電線路多以跨越鐵路、高速、河流等情況，人工巡檢需頻繁爬山繞過各種障礙物，其次人工故障查找多以通過登塔，采用照相設(shè)備無法看到桿塔外圍銷釘級缺陷，采用云臺攜帶高精度攝像機的無人機進行輸電帶電線路巡檢已能很好解決此類問題。

目前，無人機在輸電帶電作業(yè)中的應(yīng)用，少有文獻提及，部分文獻雖較為詳細(xì)介紹了輸電作業(yè)中無人機帶電清除異物[10-16]，并未介紹目前無人機在輸電帶電作業(yè)中的應(yīng)用范圍。本文以此為出發(fā)點，詳細(xì)介紹了目前無人機在輸電帶電作業(yè)中的應(yīng)用及將來在輸電帶電作業(yè)中的應(yīng)用方向和改進意見，對無人機應(yīng)用于輸電帶電作業(yè)具有積極推廣意義。

1 輸電帶電作業(yè)無人機精益化巡檢

1.1 無人機精益化巡檢優(yōu)劣

以閩西地區(qū)傳統(tǒng)輸電帶電巡檢5基連續(xù)性塔基為例，傳統(tǒng)人工巡檢需攜帶拍攝器材及個人防護用品跨越鐵路、高速、河流等障礙物，人工巡檢不僅需要考慮復(fù)雜的地理環(huán)境，也要考慮巡檢人員的疲勞度、安全性和巡檢照片質(zhì)量，巡檢效率低下。人工巡視每基塔基所需時間及效率與無人機精益化巡檢對比如表1所示。

表1 無人機精益化巡檢與人工巡檢時間及效率對比

由表1可知，考慮到人工巡檢的疲勞度，無人機精益化巡檢時間明顯少于人工巡檢時間。在巡檢安全性和質(zhì)量方面，結(jié)合以往數(shù)據(jù)，每巡視100基桿塔時，對比無人機精益化巡檢與人工巡檢的事故發(fā)生率和巡檢照片的不合格率，如圖1所示。

圖1 無人機精益化巡檢與人工巡檢質(zhì)量和安全性對比

由表1和圖1可知，無人機精益化巡檢在各方面明顯優(yōu)于人工巡檢，無人機精益化巡檢人員只將攜帶無人機及其地面站等巡檢設(shè)備運至輸電作業(yè)地點附近較為陰涼開闊地帶，從而避免作業(yè)人員疲勞度的快速上升，通過無人機操控人員對其進行起飛前期檢查。起飛過程采用GPS增穩(wěn)模式，起飛后，作業(yè)人員密切關(guān)注地面站，依據(jù)地面站傳回的影像數(shù)據(jù)資料，將無人機遙控至輸電桿塔附近對其進行各點依次拍照，完成一基桿塔拍攝任務(wù)后，再次遙控?zé)o人機前往下一基桿塔，此過程只需要無人機超視距飛行，操控人員對無人機進行位置的精確判斷，減輕了作業(yè)人員勞動強度。

1.2 無人機精益化巡檢拍照次序

為最大限度減少人力成本，對無人機巡檢設(shè)置拍照次序是必要的，以便于巡檢結(jié)束后通過一定的編程方法對巡檢照片批量化處理。同時由于無人機續(xù)航能力有限，提前規(guī)劃好航線能最大限度提高無人機巡檢拍照能力。

當(dāng)無人機靠近耐張型桿塔，依次對桿塔整體按先下后上，先左后右，對絕緣子、金具等各個掛點按先小號側(cè)后大號側(cè)的次序依次拍照，如圖2所示。

圖2 耐張型桿塔無人機精益化巡檢拍照

當(dāng)無人機靠近直線型桿塔時，按照無人機精益化巡檢要求，對單相絕緣子掛點只需拍照1張，其他次序與拍攝耐張型桿塔相同，如圖3所示。

圖3 直線型桿塔無人機精益化巡檢拍照

以無人機精益化巡檢3基桿塔為例，其中1基為耐張型，2基為直線型，同類型無人機2臺滿電池狀態(tài)，1臺采用無序拍照，另1臺按上述拍照次序進行，對比精益化巡視完成后，2臺無人機的電池剩余率和資料整理所需時間，如表2所示。

表2 無人機精益化巡檢拍照次序工作效率對比

由表2可知，設(shè)置必要的無人機精益化巡檢拍照次序，不僅能最大限度減少巡檢每基桿塔的總路程，節(jié)省無人機巡航時間，也能為之后的精益化巡檢資料整理、編輯工作節(jié)省時間，提高整個無人機精益化巡檢作業(yè)流程的工作效率。

2 輸電帶電作業(yè)無人機故障巡檢

輸電線路故障分為雷電故障、冰害故障、污閃故障、外力破壞故障、舞動故障、鳥害故障及其他故障，結(jié)合閩西地區(qū)2010—2017年輸電線路故障統(tǒng)計如圖4所示。

圖4 閩西地區(qū)2010—2017年輸電線路故障統(tǒng)計

閩西地區(qū)以山高林密為主，由圖4可知，因雷電引起的故障跳閘率高達80%以上，以雷電引起的帶電登檢作業(yè)最為頻繁，雖然目前已能依據(jù)變電站繼電保護數(shù)據(jù)來確定雷電故障范圍，但繼電保護的不精確性同樣需要大量的帶電作業(yè)人員對整個故障范圍內(nèi)桿塔進行登檢。針對雷擊絕緣子所留下的放電痕跡，無人機故障巡檢能對雷電故障范圍進行快速勘察、故障排查、精確定位，如圖5所示。

圖5 無人機故障巡檢雷擊放電照片

3 輸電帶電作業(yè)無人機故障消缺

輸電帶電線路處理異物，需要作業(yè)人員攀爬懸掛在導(dǎo)線或地線上的絕緣軟梯，多名作業(yè)人員之間熟練配合，使用帶電作業(yè)工具來處理異物，整個過程耗時長，且處理不夠徹底，對困難較大的異物還需停電處理。而利用云臺搭載噴油噴火裝置的六旋翼無人機，能精準(zhǔn)控制噴油噴火裝置的位置、油量和噴火時間，著火點最高溫度控制在400 ℃左右，在消除異物的前提下，確保不傷及導(dǎo)線及設(shè)備，如圖6所示。

圖6 噴火式無人機對輸電帶電線路異物消缺

4 無人機帶電作業(yè)完善改進計劃

因輸電帶電線路一般具有高電壓、高場強的特點，無人機靠近強電場區(qū)域易受電磁干擾，這需要委托無人機專業(yè)機構(gòu)更加全面地測試無人機在接近高壓帶電物體時發(fā)生電磁干擾、拉弧、放電、飛行異常等情況的最小距離，以方便我們在正常帶電作業(yè)的情況下，始終保持大于高壓帶電導(dǎo)線所要求的最小安全距離，從而確保無人機的安全飛行。

其次是基于無人機云臺的改進方面，針對帶電作業(yè)的特點，如云臺搭載測距儀，可實現(xiàn)對輸電帶電作業(yè)某些特殊測量工作；搭載絕緣子沖洗設(shè)備，可實現(xiàn)對輸電帶電絕緣子的清洗等；搭載紅外測溫儀，可實現(xiàn)對輸電帶電桿塔與導(dǎo)線連接點的紅外測溫等。改進云臺所需搭載的帶電作業(yè)工具，將是今后無人機應(yīng)用于輸電帶電作業(yè)工作的主攻方向，無人機負(fù)載水平的不斷提高，也為無人機應(yīng)用于輸電帶電作業(yè)提供了更為廣闊的前景。