黄冬
摘 要：高压架空输电线路对电力系统的安全运行的稳定性有着重要的影响，将航拍飞行器的技术应用在输电线路的故障巡检中，能够高效、安全地检查输电线路中存在的故障问题，以便及时进行抢修。保证电力系统正常运行。文章对航拍飞行器技术进行概述，分析了航拍飞行器在高压架空输电线路故障巡检的应用。
关鍵词：航拍飞行器；输电线路；巡检
1 项目简述
1.1 项目背景
随着国内电网规模不断扩大，长距离输电线路，高压架空输电线路的巡检工作保障电网的安全、稳定、高效的运行。高压架空输电线路一般要跨各个区域分布，所在地形环境比较复杂恶劣，输电线路设备长期暴露在户外，导线、避雷线、绝缘子、金具在长时间运行后，由于各种力的长期作用，产生倒塔、磨损、断股、锈蚀、过热等情况，绝缘子还存在被雷击损坏、树枝引起高压放油以及绝缘老化而导致输电线路事故，杆塔存在被偷盗等意外情况，必须及时处理这些情况。传统依靠人工逐基杆塔巡检的作业方式，巡检工作量大、复杂的地理环境影响着巡检人员生命安全、落后的人工巡检方式消耗了大量的人力和物力，导致有些更多深入的工作无法进行巡检。
所以，电缆的安全稳定和电缆故障的迅速排查极其重要，故障点的快速、准确定位可以大大缩短故障修复的时间，减少因停电造成的损失，提高系统运行的可靠性，具有重大的社会和经济效益。
1.2 项目研究目的与意义
1.2.1 项目研究目的
本项目研究旨在通过航拍飞行器利用一个四轴的飞行器搭载一个摄像的设备，加上一个图传系统可快速实现架空电线缆故障的监控与排查，准确判断出线缆故障点具体位置并及时处理，保证电力电缆的安全可靠的运行。
1.2.2 项目研究意义
随着国内电网规模不断扩大，长距离输电线路，高压架空输电线路的巡检工作保障电网的安全、稳定、高效的运行。高压架空输电线路一般要跨各个区域分布，所在地形环境比较复杂恶劣，输电线路设备长期暴露在户外，导线、避雷线、绝缘子、金具在长时间运行后，由于各种力的长期作用，产生倒塔、磨损、断股、锈蚀、过热等情况，绝缘子还存在被雷击损坏、树枝引起高压放油以及绝缘老化而导致输电线路事故，杆塔存在被偷盗等意外情况，必须及时处理这些情况。传统依靠人工逐基杆塔巡检的作业方式，巡检工作量大、复杂的地理环境影响着巡检人员生命安全、落后的人工巡检方式消耗了大量的人力和物力，导致有些更多深入的工作无法进行巡检。
通过采用航拍飞行器巡线，智能高效，省时省力。
航拍飞行器用作超高压输电线路巡检工作，通过将微小型摄像机、照相机组装在航拍飞行器的底部支架处。飞行过程中对导线及杆塔进行巡检时，单人操作飞行器，进行全线拍摄或悬停空中对重点部位、已发现的缺陷进行拍照取样，通过放大影像分析缺陷成因和制定检修方案。可以快速分析识别杆塔倒塌、倾斜、线路断线、绝缘子脱落、树林碰线等问题。航拍飞行器巡检相比以往的人工巡检更为安全、速度更快、检测没有角度限制。
1.3 国内外研究水平综述
目前国内外使用的检查线缆的方法有：电缆短路速查法、直流冲击法（冲击闪络法）、跨步电压法、音频信号法。传统的检测手段虽然能查找出大部分的电缆故障，但由于其检测工序复杂、速度慢且对实际施作经验要求较高，越来越受到电力工作者的诟病。
使用航拍飞行器排查线缆故障，其操作简便，初学者也能轻易上手，因此定能受到市场的欢迎。项目使用航拍飞行器排查线缆具有突出的新颖性，且使用方法和运行经验可作为推广依据。
1.4 传统方法与不足
传统巡检方法主要为人工巡检，依靠人工逐基杆塔巡检的作业方式，巡检工作量大、复杂的地理环境影响着巡检人员生命安全。
传统的人工巡检方式所需时间比较长、人力成本高，巡检效率比较低。
1.5 本项目研究内容
高压架空线路故障的巡检是一项非常详实精细的工作，需要能够发现并识别导线上的断股、雷击痕迹、异物；线夹有无松脱发热；绝缘子闪络、污秽等问题。
航拍飞行器巡检工作是通过操控航拍飞行器低空巡检线路。能显现出肉眼所难以发现的、处于萌芽状态的隐患的摄影、图片。
整个作业流程可分为二个步骤完成：
长距离线路普通巡检
短距离线路详细巡检
前者主要是通过摄像机设备来检查线路有否异常点，后者则利用飞行器在异常点上空多个角度的倾斜拍摄，以便管理部门做出决策。
2 航拍飞行器巡检高压架空线缆故障的应用
2.1 作业要求
使用航拍飞行器巡检需要确认被巡检线路的走向，设定好飞行时间距离，拍摄时确保机体稳定和摄像防抖设备；快速对焦成像摄像器材。
2.2 作业特点
航拍飞行器能拍摄最清晰的设备状态照片且成本低廉，能精准拍摄标识物，获取状态照片，作业时需要单人操控飞行器且作业时不存在人身安全事故隐患。
2.3 作业功能
航拍飞行器通过远距离线路普通巡检，能够发现较明显架空线路设备缺陷以排查设备及隐患。发生输电线路事故后可以快速进行紧急特巡。携带摄像装备可以进行远程拍摄，对输电线路及其线路走廊自主巡检、巡检图像和数据进行存储与远程无线传输。
2.4 巡检方法及要点
2.4.1 正常巡视
正常巡视分为快速巡视和精细巡视两种类型。
快速巡视主要巡视架空线路线行、杆塔本体及基础情况。
拍摄要求：（1）将飞行器升至架空地线以上，摄像头往下调整，拍摄整基杆塔全塔图，至少拍摄一张照片；（2）拍摄完塔头照片后，原位调整摄像头角度，俯视拍摄杆塔基础情况，至少拍摄一张相片；（3）按照登塔检查线行的高度，分别在线路外两侧向杆塔的大、小号侧拍摄线路相片，每侧大小号侧至少拍摄一张照片。
精细巡视：飞行器利用可见光设备对线路和杆（塔）元件进行悬停检查的作业。适用于在首次开展无人机巡视的线路、存在缺陷或异常的线路以及按照周期需要开展精细化巡视的线路。
拍摄要求：（1）针对基础、地面：飞行器需离线路杆塔以外，缺陷附近树木、障碍物最高点2m以上，至少选择2个不同方向进行拍摄，每个方向拍摄照片不低于三张。（2）针对杆塔横担，线路金具： 每个角度拍摄照片不低于三张。（3）针对交叉跨越：拍摄照片不低于一张。
2.4.2 特殊巡视
故障巡视是当线路发生故障或缺陷后，根据需要派出飞行器对可能发生故障或缺陷的线路区段和部位进行精细检查、查找的作业。
拍摄要求：（1）查找雷击故障点：飞行器需水平垂直正对、左右斜45°角面对进行拍摄，每个角度每次拍摄照片不低于三张。（2）外力破坏：针对导线损伤类，无人机需拍摄低于平视角45°角（俯视）、平视角、高于平视角15°（仰视）三个角度进行拍摄，每个角度拍摄照片不低于三张。（3）树障：飞行器与导线高度持平，分别在树障点沿线路两侧向杆塔侧拍摄线路相片。两侧拍摄后，如需在相间拍摄，需将飞行器往下降，落低至底相导线3m后，飞入导线中央，随后进行拍摄。每侧至少拍摄三张照片，另外飞行器必须保持平视角拍摄，拍摄时水平方向尽可能靠近树障点。
2.5 实际巡线解决方案
在实际巡线巡检过程中，一整套航拍飞行器系统可以判别各种输电线路缺陷问题。比如可以识别架空输电线路的基础、塔体、绝缘子、防震锤、耐张线夹、支架、导线、悬垂线夹等容易发生事故的关键部位，也可判别人为设备、偷窃、树木放电、雷击、污染、雾气等影响输电线路造成线路性能下降的问题。
将微小型摄像机和照相机安装在航拍飞行器底部支架处，拍摄导线及绝缘子串。该方案需单人操作飞行器，拍摄完后可整理视频和照片。但由于飞行器飞行过程存在抖动，影响摄像对焦不准的情况，虽然可以进行快速分析识别杆塔倒塌、倾斜、线路断线、绝缘子脱落、树林碰线等现象，发现可疑区段可悬停或者来回飞行细查；实时监视和录像可同时进行，还可进行高清晰度的摄像，飞机飞回后进行图片分析。但对于常规的污闪、线路发热、绝缘子开列老化等问题还不能识别，需要进一步研究更好的方法。
2.6 作业安全注意事项
2.6.1 飞行前后
（1）起飞前先启动遥控器，再启动飞行器。降落后先关闭飞行器，再关闭遥控器。严禁以上顺序逆转进行。（2）起飞前必须保证飞行器与飞手保持至少5m距离，飞手操作过程中严禁人群站立在飞手两肩平行线前方。（3）在飞行過程中，切勿停止电机，否则飞行器将会坠毁，除非发生特殊情况（如飞行器可能撞上人群），需要紧急停止电机以最大程度减少伤害。
2.6.2 指南针校准
（1）指南针校准非常重要，校准结果直接影响飞行安全性。未校准可能导致飞行器工作异常，指南针错误时无法执行返航功能。（2）请勿在有铁磁性物质的区域校准，如大块金属、磁矿、停车场、桥洞、带有地下钢筋的建筑区域等。（3）校准时切勿随身携带铁磁物质，如钥匙、手机等。（4）如果校准后机尾LED指示灯显示红色常亮，则表示校准失败。请重新校准指南针。（5）校准成功后放在地面上，出现指南针异常，很有可能是因为地面上有钢筋，届时飞手将飞行器更换位置查看异常是否清除。（6）遇到以下情况，请进行指南针校准：a.指南针读数异常并且飞行器状态指示灯红黄交替闪烁。b.在新的飞行场所飞行。c.飞行器的结构有更改，如指南针的安装位置有更改。d.飞行器飞行时严重漂移。
2.6.3 作业过程
（1）巡视作业时，若需要跨越杆（塔）检查，必须将飞行器升高。从杆（塔）上侧通过后下降进行作业。严禁采用直接从底相、相间、跳线间空隙通过等危及无人机安全的行为。（2）严禁飞行器在变电站（所）、电厂上空穿越。（3）飞行器严禁在两回线路交叉跨越中间的飞行。（4）当飞行器悬停巡视时，应顶风悬停；若对飞行器姿态进行调整时，监护人员要提醒飞行器操作员注意线路周围的障碍物。（5）巡视作业时，飞行器操作员必须始终能看到作业线路，并清楚线路的走向，飞行器与杆（塔）元件、导线的距离严禁小于2m。（6）需要在双回路杆（塔）中间进行树木距离排查的作业，飞行器必须在双回路杆（塔）中间选点进行起飞作业，严禁在线行外选点进行起飞作业。（7）飞行器悬停作业时，严禁进入线路内侧进行悬停作业，包括导线与杆（塔）之间，水平排列单回直线杆（塔）中相内侧、三角形排列单回直线杆（塔）中相内侧。（8）如遭遇危险情况操作人员应冷静并服从监护人员的指挥。
3 总结与展望
3.1 本项目主要研究结论
本文提出一种基于航拍飞行器巡检高压架空线路，通过相关的数据和图像资料能够发现较明显架空线路设备缺陷以排查设备及隐患。航拍飞行器巡检技术可以起到非常重要的作用，电力部门巡检人员可以清楚判断线路重要部件是否存在损坏等问题，保证输电线路的安全，保障居民的用电。开展输电线路巡检，准确定位杆塔、线路故障，且视角更广，能避免“盲点”。航拍飞行器巡检提高了电力维护和检修的速度和效率。一定程度上说明航拍飞行器巡检高压架空线路具有可行性和可靠性。
3.2 展望与建议
随着航拍飞行器续航时间的进步，飞行器载荷的增加，越来越能够搭载更多高科尖的科技设备，用以获取更加有效的巡检数据，减少更多的人工，提高更多的效率，在巡查中能够发现更多的问题，防患于未然。总之，航拍飞行器巡检方式是未来输电线路运维工作的发展趋势，随着低碳和环保理念的不断深入人心，依托航拍飞行器自主巡检技术，既可以改变输电线路巡检传统模式，真正做到零排放，又可以极大解放劳动生产力。期望在不久的将来，航拍飞行器巡检作业将在全国各地普及，完全代替人工巡检。
参考文献
[1]王明华.架空输电线路通道隐患林监测与防范[J].中国高新技术企业，2010（33）：107-108.
[2]张勇，李德波，吴翔，等.无人机巡检输电线路技术的应用与分析[J].宿州学院学报，2013，28（08）：87-88.
[3]张祖勋，张剑清.数字摄影测量学[M].武汉：武汉大学出版社，1997.
