Electric Power System EquipmentElectric System电力系统
2019年第4期
2019 No.4
浅谈无人机在500 kV输电线路巡视中的应用
史文军，李大伟
（国网冀北电力有限公司检修分公司，北京 102488）
［摘 要］无人机通过配备摄像机、红外测温仪、测距仪等多种检测装置可以帮助输电线路巡检人员对电力线路进行全方位的巡视，查找发热点、放电痕迹，核实缺陷等，从而大大降低了运检人员工作强度。本文详细阐述了传统输电线路巡视方式的弊端，分析利用无人机巡视输电线路的诸多优势，以及目前存在的不足，展望了未来无人机在输电线路巡检上的应用。
［关键词］无人机；线路巡视；输电线路［中图分类号］TM75 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X（2019）04–0005–02
Talking about the Application of UAV in the Inspection of
500 kV Transmission Lines
Shi Wen-jun，Li Da-wei
［Abstract］UAVs can help the transmission line inspection personnel to conduct a full-scale inspection of the power line, find hot spots, discharge marks, verify defects, etc. by using various detection devices such as cameras, infrared thermometers, and range finder. The work intensity of the inspection personnel has been greatly reduced. This paper elaborates the shortcomings of the traditional transmission line patrol method, analyzes the advantages of using UAVs to patrol transmission lines, and the existing deficiencies, and looks forward to the future application of UAVs in transmission line inspection. ［Keywords］drone; line inspection; transmission line1 背景
我国幅员辽阔，地形复杂多样，山地多、平原少，此外还有广阔的草原盆地等，再加上气候条件复杂多变，以及局部地区存在微气象等因素，给跨区域电网以及超高压和特高压输电线路的运行和维护带来了巨大的挑战。仅仅依靠传统的人工运检方式越来越难以满足要求。近年来电力行业积极
开展输电线路施工和运维检修新技术的研究。无人机具有体积小、重量轻、携带方便、操作简单、反应迅速、起飞降落对周围环境要求低、载荷丰富等特点，这使其在输电线路架设牵引以及运行维护上应用越来越广泛。无人机可以搭载摄像机、红外测温仪、测距仪等，使用无人机对输电线路开展巡视工作不但可以发现杆塔上、导地线上的异物，复合绝缘
或者并机系统适用采用单一ATS方案。该方案结构简单，成本较低，配置和维护方便，可靠性基本可以满足要求，即使ATS故障也可以保证UPS不停电状态下进行维护，只要把UPS切换至电池运行即可。对于双总线的UPS供电系统，建议采用ATS组合方案。当然，复杂的供电系统会带来更高的可靠性，但也意味着更多的投资成本。这两种方案的ATS选型，都要选择3极或零线先通后断的4极ATS。这两种ATS的零线都是可以直接连接的。前者是从始至终连接的，后者是使用的时候才连接的，但是需要一定的条件才能正常连接使用，一定要杜绝零线环流现象的发生。为了避免这一现象，首先就需要我们对零线系统进行净化操作，主要就是将上游变压器上的电线设置成UPS系统专用，专线专用，避免复杂情况的发生，随后我们还需要确保这两根电线的电阻要尽量小一些，最后在ATS系统使用后，零线不能再次接地，这样是为了保证ATS系统两端的零地电压无限趋于零。4 UPS上游已存在中性线断开的4极ATS转换开关时的解决方案
现有的建筑电气设计中有时可以见到变电所变压器出来的总开关采用4级ATS转换开关的情况。为避免UPS的输入中性线断开引发的问题，可以采用以下解决方案。
（1）对于需要中性线才能正常运行的UPS设备，可以在UPS输入端追加隔离变压器，此变压器的二次侧必须是星型连接，中性点直接接地。
（2）对于不需要中性线也能正常运行的UPS设备，可以
在UPS输出端或旁路输入端追加隔离变压器，此变压器的二次侧必须是星型连接，中性点直接接地。在UPS输出端加装隔离变压器的优点是可以靠近负载，负载端零地电压小，缺点是会占用UPS的容量。在UPS旁路输入端加装隔离变压器的优点是不占用UPS的容量，缺点是距离负载如果太远，负载端零地电压可能会偏大。5 结束语
随着社会各领域的快速发展，UPS的应用越来越广泛。在UPS供电系统中，当今的主要任务就是整体系统的可用性，这已经成为现代社会对于供电系统的一种评价标准，单路电源逐渐被淘汰，双路甚至三路电源兴起已经成为必然，电源的增多就会导致系统整体复杂性的增加，因此也就需要我们能够充分的将UPS与ATS二者相结合，避免问题的发生。ATS对于日渐复杂的UPS供电系统来说尤为重要，无论是单一的ATS方案还是多样化的组合方案都需要我们在实际应用中认真分析，得出结论，杜绝隐患，为供电系统的发展贡献力量。
参考文献
[1] GB50174-2017，数据中心设计规范[S].[2] GB50065-2011，交流电气装置的接地设计规范[S].[3] 吴静，吴静，丁加军.IDC机房UPS系统案例分析[J].通信电源技术，2016，33（5）：140-143.[4] 邵军.UPS电源系统在广播电视播出系统中的应用[J].电视工程，2016（2）：32-34.
2019.4 电力系统装备丨5
2019年第4期
2019 No.4
Electric System电力系统
Electric Power System Equipment电力系统装备
子破损，瓷质绝缘子污闪，玻璃绝缘子自爆，导地线的散股、断股，防震锤滑移、线夹偏移，引流板的断裂以及间隔棒小握手脱开等缺陷，还可以发现销钉、螺栓丢失，金具锈蚀，导线划痕，放电痕迹，引流板、地线绝缘子放电间隙、发热等人工巡视过程中难以发现的缺陷。2 传统巡检方式弊端
传统输电线路巡检方式即人工运检：线路运维人员沿着输电线路步行或者借助交通工具，使用双眼或者借助望远镜、红外测温仪、照相机以及激光测距仪等对杆塔本体、导线、通道环境进行近距离观察、检测和测量。
随着国民经济的飞速发展，对电力需要与日俱增，超、特高压输电线路长度不断增加，人均线路运维长度逐年增加，塔GPS坐标点让无人机进行自动飞行巡视，巡视的主要内容
包括杆塔本体、绝缘子、导地线、线路附属设施、以及线路通道环境等。杆塔本体检查包括杆塔有无鸟窝，塔材有无缺失、变形、被盗，线夹有无松脱、断裂、锈蚀、裂缝，均压环有无变形、脱落等。绝缘子检查包括有无污闪、破损、自爆、污秽等，导地线检查包括导地线有无散股、断股、异物悬挂、毛刺、放电痕迹等，线路附属设施包括防震锤有无变形、滑移，导线间隔棒小握手有无脱开等，通道环境包括线路保护区内有无违章建筑、线下是否存在施工以及净空距离不足树木等内容。工作人员根据无人机采集到的信息制定相应的措施。4 无人机巡检的意义
（1）无人机的使用提高了输电线路运行维护和检修速度输电线路传统运检方式弊端凸显，越来越难以满足要求。特别是在地形复杂的山区、丘陵、河流、湖泊以及在冰雪、阴雨、大风等复杂天气下巡视人员难以达到作业现场。传统运检方式主要存在以下问题：线路距离长、巡视周期长、巡视人员
步行速度慢、效率低、应能突发事件能力差等特点；
遇到地震、台风、洪水、泥石流、冰雹、火山爆发等自然灾害时，巡视工作无法开展；山区巡线与平原巡线相比成本高，平原地区线路巡视1人即可，山区线路巡视需要2人；随着自然环境的改善山区林中野生动物越来越多，特别是夏季时毒蜂、毒蛇、毒虫等以及野猪等大型野生动物威胁巡视人员的人身安全。
在查找放电痕迹、核实航巡缺陷方向，无人机与传统人工巡检相比有天然的优势，在传统作业方式中，查找放电痕迹，作业人员往往需要登塔，借助望远镜来查看。目前500 kV线路耐张塔高在40 m左右，直线塔高60 m左右，无论冬夏作业人员都需要穿上屏蔽服徒手攀爬，采用无人机巡检后，作业人员无需登塔，这大大降低了作业人员劳动强度，同时也降低了作业的风险系数。3 无人机取而代之的优势
大疆精灵4A系列无人机的简单介绍。（1）质量轻盈约743 g。
（2）机上可以搭载4K相机，拍摄照片的最大分辨率可达
4000×3000，照片拍摄模式支持单张拍摄、
多张连拍（BURST：3/5/7 张、自动包围曝光（AEB）、定时拍摄；支持拍摄4K视频。（3）图像传输和飞行控制距离在无障碍物遮挡的条件下可达7 km。
（4）最大飞行续航时间约为30 min。
（5）搭载室内视觉下视定位系统，即使在室内无GPS信号情况下，依然能精准悬停。
从上文叙述中，可知无人机在输电线路运检上的应用有诸多优势：与有人直升机巡线相比，无人机具有安全系数高、费用低额、巡线速度快、应急瞬速、操作简单、载荷丰富等特点，且可以搭载可见光、红外测温等检测设备，无需工作人员登塔，可近距离检测输电线路运行状态，完成对架空输电线路巡视的任务。
无人机巡检系统主要包括任务载荷分系统、综合保障分系统以及无人机系统。任务载荷分系统功能包括检测、采集以及记录架空输电线路信息一般包括相机、红外测温仪、除障装置以及地面显控单元等。综合保障分系统功能是为了保障无人机巡检系统正常工作，主要包括供电设备、专用工具、备件器件等。无人机分系统由地面站、通讯系统以及无人驾驶航空器组成，通过遥控指令完成飞行任务。
根据空机质量大小无人机种类可以分为小型无人机和中型无人机。小型无人机的质量小于7 kg，适用于短距离、杆塔多方位精细化巡检以及缺陷核实等。中型无人机的质量大于7 kg且小于等于116 kg，适用于中等距离、杆塔多方位精细化巡检、缺陷处理等（如激光除障，喷火除障等）。
无人机进行线路巡视的具体步骤为：首先根据预先设定杆
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和效率，降低了人力成本，使许多工作可以在线路带电条件下开展，保障了供电安全。
（2）有利于地震、滑坡、泥石流、山洪、冰雪等自然灾害发生后对重点区段的线路开展特巡。
（3）有利于定期展开对线路通道内树木净空距离进行测量、线下违章建筑、施工等情况进行重点排查、治理，确保线路通道环境安全。
（4）当无人机搭载红外测温仪后，近距离检测线路引流板、绝缘子发热的工作变得更加高效、轻松，从而避免了人力登塔检测，降低了作业人员劳动强度与工作风险系数。红外热成像摄像头可感知微小的温差，提供出色的热成像效果。测定引流板、绝缘子、导线温度，判断有无过热的现象，还可精准测量与显示任意一点的温度，对设备温度异常状态作出最终确认。市场上现有的红外测温仪已能做到设置高温阈值，当检测到高于阈值的温度能自动进行高温提示，让巡测工作更为轻松。
（5）对于查找放电痕迹，核实设备缺陷，相比传统作业方式，无人机作业大大降低了作业人员的劳动强度和风险系数。
5 无人机在巡视应用的不足
目前主流的多旋翼无人机大多使用锂电池作为动力，而锂电池无法做到100%均衡地充电和放电，同时大功率电池的充电时间又比较长。这些问题是对续航能力的主要制约因素。其次，目前消费级无人机的动力系统效率较低，载重限制也使得动力电池容量也受到限制。部分无人机通过小型化发展来较低机体重量，但是相应的电池大小也会受到影响，因而陷入了一个颇为尴尬的境地。没有足够的续航能力，也就意味着执行任务会受到很大限制，发挥不了最大优势，进而影响无人机在线路巡视方面的应用。这也就意味着，若要使用无人机进行线路巡视就必须在续航能力上下功夫。
解决续航问题办法：目前比较火热的有氢燃料电池、太阳能电池等，但受制于现有的技术水平和成本暂时还无法普及。
除了改变电池之外，还有其它的方法能够让无人机续航更持久，效果更出色。无人机充电宝可以为无人机提供充足动力，通过对无人机电池进行反复充电从而解决部分难题。6 结论
本文首先阐述了我国电力行业的发展，输电巡检目前所面临的难题，分析了人工运检方式的弊端，进而引出无人机在线路巡视中应用。我国地域辽阔，地形、气象条件复杂，对于复杂环境下电力作业尤其是山区的电力设施建设和维护，传统作业方式已不能满足整个行业快速发展的要求。无人机的使用则会促进线路建设的快速发展，减轻线路运行维护和检修中作业人员的劳动强度同时保障作业人员的安全。无人机将在输电线路建设、运行维护与检修中成为不可或缺的辅助工具。
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