韋舒天，李龍，岳靈平，戴建華，馮駿杰

（國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江湖州313000）

輸電通道人機(jī)協(xié)同巡檢方式的探索

韋舒天，李龍，岳靈平，戴建華，馮駿杰

（國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江湖州313000）

通過對嘉興—湖州重要輸電通道的研究，提出了人機(jī)協(xié)同的巡檢方式，并根據(jù)人工、載人直升機(jī)和小型旋翼無人機(jī)的巡檢特點(diǎn)對巡檢內(nèi)容、界面進(jìn)行了劃分，結(jié)合現(xiàn)實(shí)場景對小型旋翼無人機(jī)的飛行參數(shù)、方式進(jìn)行了研究。實(shí)踐證明，該巡檢方式非常適合嘉興—湖州重要輸電通道，并降低了人工與載人直升機(jī)巡檢的工作量及時(shí)間，提高了線路巡檢質(zhì)量和效率。該人機(jī)協(xié)同巡檢方式為其他地區(qū)類似線路的巡檢和今后無人機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用提供了借鑒與指導(dǎo)。

無人機(jī)；協(xié)同巡檢；輸電線路；巡檢方式；特高壓

0 引言

輸電線路常分布在崇山峻嶺，點(diǎn)多面廣，桿塔所處地形復(fù)雜，人工線路巡視維護(hù)工作難度較大，同時(shí)隨著超、特高壓遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步增加了輸電線路運(yùn)行管理人員的工作量和防范難度[1]。雖然載人直升機(jī)在線路巡檢中已有應(yīng)用[2-4]，但受航空管制、安全、天氣、成本以及輸電通道間距的制約[5]，其應(yīng)用有局限性。

為了提高輸電線路的巡檢質(zhì)量和效率，迫切要求提升巡線維護(hù)的自動(dòng)化和現(xiàn)代化水平[5]，運(yùn)用無人機(jī)搭載設(shè)備進(jìn)行線路巡檢引起了廣泛關(guān)注。文獻(xiàn)[6]針對不同電壓等級、巡視任務(wù)、巡視內(nèi)容等因素，建立起直升機(jī)、無人機(jī)和人工協(xié)同巡檢模式，提高了線路巡檢效率；文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)并完善了無人機(jī)遙控/遙測、光學(xué)吊艙、綜合巡檢控制等系統(tǒng)，以便更好地應(yīng)用于電力線路災(zāi)情監(jiān)控和日常航巡；文獻(xiàn)[8，9]基于無人機(jī)搭載的紅外/紫外傳感器所獲取的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了輸電線路故障定位和自動(dòng)診斷。

針對嘉興—湖州重要輸電通道（以下簡稱嘉湖通道）現(xiàn)場實(shí)際情況，提出了人工、載人直升機(jī)和無人機(jī)協(xié)同巡檢的方式。實(shí)踐證明，該方式適合浙江嘉湖地區(qū)“同廊多回”超、特高壓輸電線路的巡檢，也為其他地區(qū)類似輸電線路通道和今后無人機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用提供了借鑒與指導(dǎo)。

1 嘉湖通道巡檢方式

1.1 嘉湖通道簡介

嘉湖通道是西電東送、皖電東送的主要走廊，也是華東電網(wǎng)東西聯(lián)接的主要匯集點(diǎn)。嘉湖通道超、特高壓線路“六線合一”，圖1左側(cè)為1 000 kV雙回路同桿共架安塘Ⅰ線、安塘Ⅱ線，中間為兩回±800 kV錦蘇線、復(fù)奉線，右側(cè)為± 500 kV同桿共架葛南線、林楓線。

圖1 嘉湖重要輸電通道走廊

1.2 巡檢方式的選擇

嘉湖通道屬于窄通道規(guī)劃設(shè)計(jì)，現(xiàn)場實(shí)測通道內(nèi)線間距離最窄處僅30 m，而目前國內(nèi)巡線所用的貝爾-407直升機(jī)旋翼直徑10.67 m，總長12.74 m，機(jī)身長10.58 m，與通道間距在同一數(shù)量級。在巡檢作業(yè)過程中，直升機(jī)必須與導(dǎo)線保持一個(gè)相對安全的距離，以避免因意外導(dǎo)致直升機(jī)碰線、或因直升機(jī)強(qiáng)大升力造成地面漂浮物升空而引起次生線路故障。針對實(shí)際情況，確定采用人工、載人直升機(jī)、無人機(jī)協(xié)同巡檢（人機(jī)協(xié)同巡檢）方式對嘉湖通道進(jìn)行巡檢。

1.3 無人機(jī)型式的選擇

結(jié)合嘉湖通道實(shí)際情況，通過對嘉湖重要輸電線路的走向、斷面以及走廊寬度的分析，最終選擇了北京POWERVISION公司的Power Quad小型旋翼無人機(jī)，其外觀如圖2所示，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖2 小型旋翼無人機(jī)外形結(jié)構(gòu)

小型旋翼無人機(jī)的應(yīng)用解決了嘉湖通道直升機(jī)巡檢遺留下來的“真空地帶”，同時(shí)也很好地彌補(bǔ)了地面人工巡視無法發(fā)現(xiàn)的諸如連接金具螺帽缺失、開口銷缺失以及導(dǎo)（地）線銹蝕、磨損、跳斷股等隱蔽性缺陷的識別，提高了線路巡檢的效率和質(zhì)量。

表1 小型旋翼無人機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2 人機(jī)協(xié)同巡檢方式

在現(xiàn)有技術(shù)條件的限制下，人工巡檢、載人直升機(jī)巡檢和無人機(jī)巡檢的側(cè)重點(diǎn)不同，為了提高特、超高壓嘉湖通道輸電線路的巡檢效率和巡檢質(zhì)量，國網(wǎng)湖州供電公司（以下簡稱湖州公司）因地制宜，對人機(jī)協(xié)同巡檢方式中巡檢界面進(jìn)行了分析。

2.1 巡檢方式的分析

2.1.1 人工巡檢方式

人工巡檢是輸電線路最主要的巡檢方式，能夠?qū)σ恍┘?xì)小的隱患和缺陷進(jìn)行快速、直接的現(xiàn)場處理和反饋，特別是對鐵塔下部、基礎(chǔ)和線路走廊的巡檢比較到位，在人機(jī)協(xié)同巡檢中適用于“通廊多回”桿塔下層以及線路走廊的巡視。巡視內(nèi)容一般包括：桿塔下層鳥窩，塔材損壞變形被盜，警告牌標(biāo)識牌變形缺失，螺栓螺帽被盜，桿塔基礎(chǔ)，通道內(nèi)植被、違章建筑的安全距離以及桿塔上層明顯的異物與缺陷。

2.1.2 載人直升機(jī)巡檢方式

直升機(jī)巡檢技術(shù)已發(fā)展得比較成熟，對桿塔、線路金具方面的巡檢能力較強(qiáng)。由于直升機(jī)機(jī)身尺寸等問題，出于安全距離考慮，在人機(jī)協(xié)同巡檢中適用于“通廊多回”外側(cè)桿塔上層以及線路金具的巡視。巡視內(nèi)容一般包括：桿塔上層鳥窩，上層塔材損壞變形被盜，相位牌、色標(biāo)牌變形缺失，配合使用紅外測溫儀檢測導(dǎo)線、地線、引流線斷股缺股以及異物懸掛，耐張管破損，線夾松股，絕緣子破損、污穢、閃絡(luò)以及異物懸掛，金具的螺栓、螺帽、開口銷的缺失。

2.1.3 小型旋翼無人機(jī)巡檢方式

小型旋翼無人機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、易于操控、巡視效率高和安全性能較好等優(yōu)點(diǎn)，對所有桿塔、線路金具的巡檢能力都較強(qiáng)，因此在人機(jī)協(xié)同巡檢中適用于“通廊多回”所有內(nèi)側(cè)外側(cè)桿塔以及線路金具的巡視，巡視內(nèi)容與載人直升機(jī)相同。但小型旋翼無人機(jī)巡線在特、超高壓線路“同廊多回”重要輸電通道內(nèi)與人工巡檢、載人直升機(jī)巡檢方式相比具有獨(dú)特優(yōu)勢：無人駕駛，不會(huì)造成人員傷亡；不受地理?xiàng)l件限制；攜帶方便，便于投入現(xiàn)場；只需一次投入，后續(xù)費(fèi)用低。

2.2 人機(jī)協(xié)同巡檢界面劃分

目前受小型旋翼無人機(jī)電池、抗風(fēng)性等自身性能限制，巡檢周期還無法滿足線路穩(wěn)定運(yùn)行的要求。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，湖州公司集中力量將巡檢作業(yè)重點(diǎn)放在嘉湖通道內(nèi)載人直升機(jī)無法開展的內(nèi)側(cè)通道，并結(jié)合嘉湖通道的現(xiàn)場實(shí)際和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，將小型旋翼無人機(jī)、載人直升機(jī)和人工巡檢的界面進(jìn)行了大致的劃分，如圖3所示。其中，人工負(fù)責(zé)桿塔基礎(chǔ)和下部的巡檢，載人直升機(jī)負(fù)責(zé)“通廊多回”外側(cè)巡檢，小型旋翼無人機(jī)負(fù)責(zé)“通廊多回”內(nèi)側(cè)巡檢。

圖3 人機(jī)協(xié)同巡檢分界斷面

通過3種巡檢方式的相互協(xié)同、互為補(bǔ)充，保證了嘉湖通道內(nèi)線路本體、通道環(huán)境和線路環(huán)境的安全可控，提升了嘉湖通道輸電線路的精益化運(yùn)維水平。

2.3 人機(jī)協(xié)同巡檢路徑選取原則

小型旋翼無人機(jī)與載人直升機(jī)飛行路徑的選取原則基本一致，差別在于：載人直升機(jī)在巡線過程中需要綜合考慮起降場地、燃油供給、航空管制等因素的影響，而小型旋翼無人機(jī)在巡線過程中更多的是考慮天氣狀況、續(xù)航能力等因素的影響。

首先考慮的是兩塔之間路徑的確定，由于2個(gè)桿塔之間的導(dǎo)線有弧垂現(xiàn)象，導(dǎo)線最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的垂直距離可達(dá)到10 m甚至更高，所以無人機(jī)沿線路導(dǎo)線走向水平飛行時(shí)需要隨時(shí)調(diào)整飛行高度，以確保紅外熱像儀拍攝角度都是固定不變的，便于發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線斷股以及導(dǎo)線上懸掛異物等較明顯的缺陷。

確定無人機(jī)兩塔之間的巡線路徑為平行于以導(dǎo)線地線懸掛點(diǎn)為端點(diǎn)所構(gòu)成的弧線。直升機(jī)由于載人手持儀器拍攝，較為靈活，巡線路徑為平行于地線與最下相的弧線，能夠很好地保證巡視效果。

其次考慮的是巡線所采用的方式。巡檢方式分為單向巡線和雙向巡線2種方式，載人直升機(jī)負(fù)責(zé)“同廊多回”的外側(cè)桿塔與通道，受體積限制，無法進(jìn)入內(nèi)側(cè)桿塔與通道進(jìn)行巡視，同時(shí)直升機(jī)攜帶的拍攝器材可以更為完備專業(yè)，所以單向巡檢（即沿線路方向巡視1次）便能夠完成巡檢任務(wù)。

由于特高壓、超高壓線路各相間距大，桿塔塔頭尺寸較大，無人機(jī)光學(xué)吊艙任務(wù)系統(tǒng)受檢測距離、視角范圍的影響，常規(guī)的單方向巡檢不能滿足巡視質(zhì)量的要求，因此無人機(jī)可在線路兩側(cè)進(jìn)行往返巡線。

載人直升機(jī)和小型旋翼無人機(jī)巡檢架次視天氣情況、沿線路況等因素而定。根據(jù)6條線路電壓等級、各運(yùn)行線路桿塔結(jié)構(gòu)、各條線路走廊的不同以及各線路的特點(diǎn)，對每條線路的巡檢路徑具體分析，確保巡線任務(wù)安全有效的進(jìn)行。

3 小型旋翼無人機(jī)的飛行參數(shù)探討

鑒于載人直升機(jī)巡檢技術(shù)和人工巡檢技術(shù)已日臻成熟，以下主要探討北京臻迪Power Quad小型旋翼無人機(jī)在人機(jī)協(xié)同巡檢中的飛行參數(shù)。

無人機(jī)巡檢時(shí)，除了儀器設(shè)備的性能、線路工況以及天氣因素外，無人機(jī)飛行的高度、與導(dǎo)線的水平距離及飛行速度等參數(shù)的選擇十分重要。因此，必須根據(jù)被檢線路的電壓等級、導(dǎo)線規(guī)格、導(dǎo)線排列方式、導(dǎo)線之間的距離以及所用紅外熱像儀掃描速度，確定無人機(jī)巡線的飛行參數(shù)。

3.1 無人機(jī)飛行距離的選擇

為避免無人機(jī)飛行過程中受極端惡劣氣候及其他因素影響垂直墜落對線路造成災(zāi)難性損壞，無人機(jī)沿線路飛行時(shí)與線路周邊應(yīng)有一定的水平距離D，如圖4所示。

圖4 小型旋翼無人機(jī)巡檢俯視圖

水平距離D的選取參考嘉湖通道的寬度，考慮線路電場、磁場對無人機(jī)的影響以及拍攝精度和設(shè)備線路安全，D的選取范圍為10～15 m。

因無人機(jī)搭載了衛(wèi)星定位系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)等，在超、特高壓“同廊多回”線路通道內(nèi)巡檢時(shí)可能受到電場、磁場的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)雜波和數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確甚至設(shè)備失靈。為保證無人機(jī)有充裕的飛行空間，無人機(jī)在巡線飛行時(shí)應(yīng)留有一定的垂直距離H。同時(shí)，為便于拍攝，無人機(jī)拍攝角度與線路平面應(yīng)不超過30°，如圖5所示。

圖5 小型旋翼無人機(jī)巡檢側(cè)視圖

綜合各種因素，無人機(jī)在巡檢作業(yè)中需在線路側(cè)面或者斜上方飛行。同時(shí)，無人機(jī)在拍攝時(shí)應(yīng)盡量懸停以保證操控飛行安全。

3.2 無人機(jī)飛行速度的選擇

飛行速度也是一個(gè)非常重要的參數(shù)，速度過快會(huì)影響檢測效果，速度太慢又降低檢測效率，因此，需要確定一個(gè)最佳飛行速度。理論上講，飛行速度與無人機(jī)相對于線路導(dǎo)線的距離成正比。在實(shí)際飛行巡檢中，無人機(jī)采用的是GPS導(dǎo)航以及在懸停點(diǎn)切換手動(dòng)控制飛行的方式，無人機(jī)距離邊相導(dǎo)線的距離是固定不變的，因此在飛行狀態(tài)下其飛行速度不變。飛行速度在20～30 km/h為宜，在飛行中發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，采取懸停的方式對目標(biāo)進(jìn)行仔細(xì)觀察。

4 結(jié)語

針對典型的南方丘陵平原地形下存在的特、超高壓“同廊多回”窄通道，開展了輸電通道巡檢研究，對人工、載人直升機(jī)和小型旋翼無人機(jī)協(xié)同巡檢方式進(jìn)行探索，并根據(jù)其各自特點(diǎn)對巡視任務(wù)和巡視界面進(jìn)行劃分，結(jié)合嘉湖通道現(xiàn)實(shí)場景對小型旋翼無人機(jī)的飛行參數(shù)、飛行方式進(jìn)行研究。

湖州公司在實(shí)際線路巡檢作業(yè)中已經(jīng)證實(shí)了人機(jī)協(xié)同巡檢方式的適用性，特別是以周為時(shí)間單位進(jìn)行多架次的無人機(jī)巡檢，大大減少了人工巡檢與載人直升機(jī)巡檢的工作量以及時(shí)間花費(fèi)，提高了輸電線路巡檢質(zhì)量和效率，保證了線路安全運(yùn)行。該人機(jī)協(xié)同巡檢方式為其他地區(qū)類似的“同廊多回”輸電線路的巡檢和今后無人機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用提供了借鑒與指導(dǎo)。

[1]張永，李德波，吳翔，等．無人機(jī)巡檢輸電線路技術(shù)的應(yīng)用與分析[J]．宿州學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（8）:87－88．

[2]于德明，武藝，陳方東，等．直升機(jī)在特高壓交流輸電線路巡視中的應(yīng)用[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（2）:29－32．

[3]張柯，李海峰，王偉．淺議直升機(jī)作業(yè)在我國特高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]．高電壓技術(shù)，2006，32（6）:45－46．

[4]李國興．我國直升機(jī)電力作業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．電力設(shè)備，2006，7（3）:41－45．

[5]岳靈平，章旭泳，韋舒天，等．輸電線路無人機(jī)和人工協(xié)同巡檢模式研究[J]．電氣時(shí)代，2014（9）:81－83．

[6]湯明文，戴禮豪，林朝輝，等．電力輸電線路協(xié)同巡檢方式研究[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（9）:20－23．

[7]林韓，林朝輝，湯明文，等．電力輸電線路無人直升機(jī)巡視的應(yīng)用[J]．華東電力，2011，39（10）:1657－1669．

[8]張文峰，彭向陽，陳銳民，等．基于無人機(jī)紅外視頻的輸電線路發(fā)熱缺陷智能診斷技術(shù)[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2014，38（5）:1334－1338．

[9]彭向陽，鐘清，饒章權(quán)，等．基于無人機(jī)紫外檢測的輸電線路電暈放電缺陷智能診斷技術(shù)[J]．高電壓技術(shù)，2014，40（8）:2292－2298．

（本文編輯：方明霞）

Research on Human-UAV Collaborative Patrol Mode of Power Transmission Corridor

WEI Shutian，LI Long，YUE Lingping，DAI Jianhua，F(xiàn)ENG Junjie
（State Grid Huzhou Power Supply Company，Huzhou Zhejiang 313000，China）

Through research on Jiaxing-Huzhou key power transmission corridor，the paper presents a human-UAV（unmanned aerial vehicle）collaborative patrol mode.In accordance with characteristics of human，helicopter and small rotor-type UAV patrol，objects to be patrolled and the interface are divided and flight parameter and mode of small rotor-type UAV are investigated based on practical scene.It is practically proved that the patrol mode is applicable to Jiaxing-Huzhou key transmission corridor；moreover，it reduces work load and time of human and helicopter patrol and improves line patrol quality and efficiency.The human-UAV collaborative patrol mode can be guidance and reference to similar line patrol in other areas and application of UAV in transmission lines in the future.

UAV；collaborative patrol；power transmission line；patrol mode；UHV

TM755

：B

：1007-1881（2016）03-0010-04

2015-09-11

韋舒天（1984），男，工程碩士，工程師，從事高壓輸電線路運(yùn)行管理工作。