小型無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)運(yùn)檢維護(hù)工作中的應(yīng)用

鄧遠(yuǎn)寧

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司長(zhǎng)沙供電分公司，湖南長(zhǎng)沙 410002）

0 引言

電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行，關(guān)系到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們生活的方方面面，可謂責(zé)任重大。作為電力運(yùn)檢部門(mén)，巡視輸電線路（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“巡線”）是電力運(yùn)檢維護(hù)工作的核心環(huán)節(jié)，也是保障電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要措施。

1 電網(wǎng)運(yùn)檢維護(hù)工作的現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)呈飛速發(fā)展態(tài)勢(shì)。隨著輸電線路不斷增加、設(shè)備檢修日趨復(fù)雜，電網(wǎng)運(yùn)檢維護(hù)工作面臨日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下3 個(gè)方面。

1.1 人手緊缺

電力運(yùn)檢維護(hù)工作的核心環(huán)節(jié)是電網(wǎng)巡線?，F(xiàn)階段，電網(wǎng)巡線主要分為常規(guī)巡視、故障巡視和特殊巡視3 種。而這3 種巡線的傳統(tǒng)做法是人工巡線，即通過(guò)步行巡視及攀登桿（塔）等形式進(jìn)行[1]。隨著我國(guó)用電需求日益增大，電網(wǎng)建設(shè)愈加密集，運(yùn)檢維護(hù)任務(wù)愈見(jiàn)繁重，巡線人手尤顯緊張。較2010 年，國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)沙供電公司輸電室運(yùn)維人員人均負(fù)責(zé)的線路增加了一倍多。老一輩巡視人員，多人管一條線路，相互分工與合作，可進(jìn)行登桿檢查；現(xiàn)在一個(gè)巡視人員需管多條線路，單人巡線禁止登桿作業(yè)。這些現(xiàn)狀導(dǎo)致巡線質(zhì)量得不到保證。

1.2 檢修方式與巡線質(zhì)量的矛盾

隨著用電需求的日益增加，線路停電檢修實(shí)屬不易。國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)沙供電公司所轄線路檢修方式主要采用狀態(tài)檢修，即根據(jù)線路狀態(tài)進(jìn)行檢修，周期短則3～5 年，長(zhǎng)則更久。假設(shè)某線路剛完成檢修已經(jīng)運(yùn)行，卻發(fā)現(xiàn)了新的缺陷，一般情況下只能等到下次計(jì)劃停電才能進(jìn)行消缺；人工巡線受地形、氣候等諸多因素制約，難以保障巡線質(zhì)量，而巡線質(zhì)量直接關(guān)系到檢修質(zhì)量。因此，電網(wǎng)的運(yùn)檢維護(hù)工作，首要解決的是檢修方式與巡線質(zhì)量的矛盾。

1.3 環(huán)境制約

人工巡線受地形環(huán)境、天氣條件等因素影響，存在較大局限性。輸電線路通道常架設(shè)在人口稀少的山區(qū)、丘陵或叢林地帶，巡線人員只能翻越山澗或者穿越叢林，才能到達(dá)基桿塔所在位置進(jìn)行檢查工作。如果遇上雨、雪、霧等極端天氣，巡線人員穿行在群山峻嶺之中，勢(shì)必存在很大的安全隱患。

因此，僅僅依靠現(xiàn)階段的人工巡線已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今電網(wǎng)運(yùn)檢維護(hù)的需求。而小型無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)巡線工作中的應(yīng)用，則為電網(wǎng)運(yùn)檢維護(hù)提供了一條更加高效、安全、經(jīng)濟(jì)的途徑。

2 小型無(wú)人機(jī)巡線的優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)是無(wú)人駕駛飛機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)[2]。機(jī)上無(wú)駕駛艙，通過(guò)搭載不同的傳感器載荷，完成不同的任務(wù)需求。電網(wǎng)巡線一般采用小型無(wú)人機(jī)。

2.1 小型無(wú)人機(jī)是價(jià)廉物美的巡線工具

小型無(wú)人機(jī)在輸電線路巡查上，具有以下優(yōu)勢(shì)：①體積小、重量輕，能夠迅速開(kāi)展緊急故障巡查工作；②無(wú)人機(jī)價(jià)格便宜，維修費(fèi)用低，適合在輸電線路巡視與故障檢查中全面推廣；③無(wú)人機(jī)起降方便，對(duì)起降場(chǎng)地要求不高，能夠應(yīng)用于地形復(fù)雜區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的全方位巡查；④無(wú)人機(jī)操作靈活，甚至能在線路附近懸停，近距離、多角度的拍攝線路設(shè)備情況[3]；⑤不需要進(jìn)行空域申請(qǐng)即可起飛、對(duì)輸電線路進(jìn)行檢查。

利用小型無(wú)人機(jī)巡線，巡線人員不再需要爬山涉水、登桿走線，只需地面操控?zé)o人機(jī)，通過(guò)無(wú)人機(jī)回傳的畫(huà)面進(jìn)行巡視檢查、影像分析、故障查找、反饋檢修等（圖1）?？梢哉f(shuō)，小型無(wú)人機(jī)是價(jià)廉物美的巡線工具。

2.2 小型無(wú)人機(jī)巡線能大大提高運(yùn)檢質(zhì)量和工作效率

擁有人所難及的廣闊視野、靈巧身手和精準(zhǔn)排查優(yōu)勢(shì)的小型無(wú)人機(jī)巡線，有如下特點(diǎn)：小型無(wú)人機(jī)常規(guī)巡線有比傳統(tǒng)的人工巡線、登桿檢查更多的視角，可以多角度觀察目標(biāo)，對(duì)缺陷有更強(qiáng)的捕捉能力；小型無(wú)人機(jī)故障巡線，通過(guò)搭載不同的傳感器設(shè)備，可發(fā)現(xiàn)線路不可視的運(yùn)行隱患，如紅外光傳感器可檢查出過(guò)溫、連接異常等，紫外光傳感器可檢查出異常放電等微小甚至是不可視隱患，能快速、精確查找到電網(wǎng)及其設(shè)備的故障點(diǎn)；小型無(wú)人機(jī)巡線可以適應(yīng)大部分復(fù)雜地形，較遠(yuǎn)的控制范圍，可讓操控人員在一個(gè)點(diǎn)上覆蓋兩側(cè)幾公里范圍的線路，大大節(jié)省了巡視中的步行時(shí)間（圖2）。

圖1 正在巡線的小型無(wú)人機(jī)

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，小型無(wú)人機(jī)巡線比人工巡線效率提高近40 倍，所以能大大提高運(yùn)檢質(zhì)量和工作效率。

2.3 小型無(wú)人機(jī)巡線能有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)檢成本

對(duì)從事電網(wǎng)巡線的工作人員來(lái)說(shuō)，受傷是家常便飯，甚至還會(huì)遇到危及生命的情況，如遇見(jiàn)毒蛇、毒蜂、野豬等動(dòng)物，或者中暑、摔倒、墜落等情況。如果采用小型無(wú)人機(jī)巡線，則可以有效避免此類(lèi)傷害的發(fā)生，有效保障巡線人員人身安全；每一次人工常規(guī)巡視、故障巡視或特殊巡視，都需要投入大量的車(chē)輛、藥物、工具、人力等。而利用小型無(wú)人機(jī)巡線，只需1～2 個(gè)人地面操控，無(wú)人機(jī)就能翻山越嶺、過(guò)河渡水地進(jìn)行巡線工作，大大降低巡線人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高巡線效率，從而節(jié)省了可觀的運(yùn)檢成本[4]。

圖2 冰凍天氣無(wú)人機(jī)查看山頂?shù)木€路覆冰情況

3 國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)沙供電公司輸電室小型無(wú)人機(jī)巡檢實(shí)踐

3.1 組建小型無(wú)人機(jī)巡線隊(duì)伍

要實(shí)現(xiàn)小型無(wú)人機(jī)巡線，首先要組建無(wú)人機(jī)巡線隊(duì)伍。2016年8 月，在國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司的大力推動(dòng)、支持下，省電力系統(tǒng)開(kāi)始了小型無(wú)人機(jī)駕駛員培訓(xùn)工作。國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)沙供電公司輸電室有幸得到了這次寶貴的機(jī)會(huì)，選送了4 名運(yùn)檢人員進(jìn)行無(wú)人機(jī)駕駛培訓(xùn)，并順利完成了學(xué)業(yè)和考核，拿到了該公司第一批小型無(wú)人機(jī)駕駛員資格證書(shū)。

回到單位后，2017 年3 月，在公司領(lǐng)導(dǎo)和同事們的大力支持幫助下，組建了一支含2 名小型無(wú)人機(jī)機(jī)長(zhǎng)和2 名小型無(wú)人機(jī)駕駛員的無(wú)人機(jī)巡線隊(duì)伍。他們經(jīng)過(guò)較短時(shí)間的適應(yīng)和操練，很快投入到所轄輸電線路日常運(yùn)檢維護(hù)中，自此，小型無(wú)人機(jī)正式加入到國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)沙供電公司的巡線之旅。

3.2 小型無(wú)人機(jī)巡線的應(yīng)用與效果

國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)沙供電公司所轄220 kV 輸電線路約1200 km。采用人工巡線，通常2 個(gè)巡線員每天勉強(qiáng)完成10 km 的巡線任務(wù)；而現(xiàn)在利用小型無(wú)人機(jī)巡線，一般情況下1 個(gè)無(wú)人機(jī)駕駛員操作無(wú)人機(jī)1 h 就可巡線10 km，巡線的人力大大減少，而巡線速度顯著加快。

常規(guī)巡線中，他們采用一人一機(jī)單獨(dú)作戰(zhàn)，利用小型無(wú)人機(jī)掛載可見(jiàn)光相機(jī)，通過(guò)操控?zé)o人機(jī)，對(duì)桿塔傾斜沉降、導(dǎo)線受損、桿塔缺陷、通道樹(shù)林等情況進(jìn)行攝影攝像、收集數(shù)據(jù)；也常常采用兩人協(xié)同進(jìn)行方式，一人專(zhuān)職操控小型無(wú)人機(jī)，另一人監(jiān)視地面屏幕。利用無(wú)人機(jī)控制數(shù)據(jù)鏈，把可遠(yuǎn)傳的可見(jiàn)、紅外熱像儀的信號(hào)傳送到地面監(jiān)視屏幕，發(fā)現(xiàn)可疑區(qū)段還可懸停、或者多角度飛行細(xì)查。

2017 年11 月25 日，長(zhǎng)沙供電公司輸電室無(wú)人機(jī)飛行小組按照月度飛行計(jì)劃要求，對(duì)220 kV 袁威線的“三跨”點(diǎn)進(jìn)行無(wú)人機(jī)精細(xì)化巡檢。當(dāng)天下午，在對(duì)跨越岳臨高速公路#082—#083（耐張段#082—#084）飛行巡檢過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)#082 的C 相跳線導(dǎo)線側(cè)掛點(diǎn)跳線線夾掛板螺栓螺母即將脫落，#083 的左地線U 型掛環(huán)螺栓螺帽脫落，地線線夾掛板螺栓螺帽脫落，以及多處鎖緊銷(xiāo)缺失現(xiàn)象。無(wú)人機(jī)飛行小組立即將發(fā)現(xiàn)的重大隱患情況及圖像資料進(jìn)行遠(yuǎn)程上報(bào)，輸電室立即啟動(dòng)緊急處置預(yù)案，決定于第二天對(duì)#082—#083 段進(jìn)行帶電緊固螺栓及補(bǔ)裝鎖緊銷(xiāo)等工作。11 月26 日，輸電室組織人員前往隱患點(diǎn)進(jìn)行帶電消缺工作，并在消缺后用無(wú)人機(jī)進(jìn)行缺陷復(fù)查閉環(huán)。

表1 小型無(wú)人機(jī)技術(shù)參數(shù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2017 年11～12 月，長(zhǎng)沙供電公司小型無(wú)人機(jī)巡線發(fā)現(xiàn)線路新增缺陷、隱患900 多處，超過(guò)人工巡線全年發(fā)現(xiàn)的新增缺陷及隱患，極大地提高了巡線質(zhì)量和效率。

3.3 小型無(wú)人機(jī)在工程驗(yàn)收中的應(yīng)用

小型無(wú)人機(jī)除了日常巡線外，還可在其他電網(wǎng)運(yùn)檢維護(hù)領(lǐng)域大顯神通。如：2018 年5 月16 日，長(zhǎng)沙供電公司對(duì)撈刀河地區(qū)新建24 座基塔的220 kV 雙回線路進(jìn)行竣工驗(yàn)收。以往這類(lèi)驗(yàn)收，至少需要登桿人員4 個(gè)、配合安全人員4 個(gè)、地面通道巡視人員4 個(gè)、車(chē)輛3～4 臺(tái)，才能在一天之內(nèi)勉強(qiáng)完成驗(yàn)收任務(wù)；而這次驗(yàn)收，因采用了小型無(wú)人機(jī)工作，只用了2 個(gè)操作人員、1個(gè)配合人員、1 臺(tái)車(chē)，便在一天之內(nèi)順利完成了驗(yàn)收任務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

小型無(wú)人機(jī)巡線以成本低、目標(biāo)準(zhǔn)、效率高而越來(lái)越受到人們的青睞，如南方電網(wǎng)、國(guó)網(wǎng)北京電力公司等都在廣泛應(yīng)用小型無(wú)人機(jī)巡線。盡管目前小型無(wú)人機(jī)巡線在國(guó)家電網(wǎng)的應(yīng)用尚處在推廣階段，但是在未來(lái)幾年，小型無(wú)人機(jī)以受地理環(huán)境制約較小、線路巡視周期較短、故障查找效率較高、成本投入較低等優(yōu)勢(shì)，必將推動(dòng)運(yùn)檢維護(hù)工作由人工巡線邁向“機(jī)巡為主、人巡為輔”的現(xiàn)代模式，小型無(wú)人機(jī)巡線也將迎來(lái)蓬勃發(fā)展的黃金時(shí)期。