输电线路智能无人机巡检的研究及应用

董素河

阳泉煤业（集团）有限责任公司机电动力部 山西 阳泉 045000

摘要：输电线路是煤矿生产过程中的重要设施，保证其运行的可靠性对于煤矿安全生产十分重要。针对传统的输电线路巡检效率低、成本高的缺点，开发了智能输电线路无人机巡检系统。现在工业实验表明，该系统能实现对全线路通道故障巡检、全线路杆塔、线路周边环境的可视化巡检，提高了巡检的效率。

关键词：输电线路 巡检 无人机 可视化

1 引言

煤炭是我国的基础能源，在国民经济中发挥了重要的作用，然而，当前煤矿安全生产形势仍然相当严峻，重、特大事故没能得到有效控制；作为井下安全的重要支撑——供电系统，必须能够时刻保证井下供电的安全可靠性，而日常的维护又是电力系统的重要保障条件之一；输电线路的巡线作业对维护区域电网的安全、稳定、高效运行越来越重要。输电线路跨区域分布，点多面广，所处地形复杂，自然环境恶劣，输电线路设备长期暴露在野外，受到持续的机械张力、雷击闪络、材料老化、覆冰以及人为因素的影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、舞动等现象，这些情况必须及时得到修复或更换。传统的巡检监测手段主要包括人工巡视和载人直升机巡视两种方式。人工巡视效率低[1]，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡查，所花时间长、人力成本高、困难大，难以满足现阶段大规模电网建设对于电力巡检的迫切需求；而载人直升机巡视由于成本过于高昂，只适用于小范围精确巡视，难以大规模推广。另外，局部区域也开始推广无人机巡视[2]，但基本都停留在巡视拍照，人工判断海量照片，发现问题，工作量大，效率也低。在这种条件下研发了智能电力巡检系统，弥补了传统监测手段的不足，提高了电力系统的巡视效果。2 智能电力巡检系统实现的过程

智能电力巡检系统[3-4]主要通过对输电线路走廊三维建模系统、塔架故障自动判读识别系统、输电线路智能无人机等三方面进行研究开发。通过无人机对线路通道的巡检，不仅提升了日常巡检的效果，还在应急事故抢险中业发挥巨大作用；当遇到突发、紧急情况必须攀爬到高压线路上巡检时，为了保障巡检人员的人身安全，还会进行线路停电检查。而搭载相应检测设备的无人机能克服因地形、交通、雨雪冰冻以及地震等因素给人工巡视线路带来的不便，在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、人力成本高、困难大，某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还难以完成。面对各种应急场景，可操控无人机迅速到达事故现场，提供实时图传系统，为决策者提供一手的现场视频数据，更科学、合理的做出应急响应方案。2.1 输电线路走廊三维建模系统

针对输电线路走廊，根据客户巡检需求及电力行业线路走廊巡检手段，提出了新的研发思路：通过利用无人机倾斜测绘技术，实现对输电线路走廊建立可视化三维模型；可达到对线路周边环境变化影响线路 350

运行的巡视及分析：第一，实现线路周边树木检查，能及时巡视发现并测定线路周边树木距离导线的距离，便于及时处置；第二，能及时发现线路周边环境变化，比如线路周边是否存在外围施工对线路安全运行构成威胁；第三，线路周边新修建建筑物是否对线路安全运行构成影响，并测量距线路距离。此项系统的优势是：利用便携式单镜头测绘无人机实现三维线路走廊数据的获取，相比传统的照片判读，可以更加直观高效的进行通道状态判读，是一种成本较低且效率较高的技术手段；为客户呈现出更精准的“可视化线路走廊一览图”。2.2 塔架故障自动判读识别系统

针对线路中塔架部分，区别传统人工处理方式，定制开发了塔架故障自动判读识别系统，利用工业旋翼机进行前端塔架数据采集，通过数据识别系统对前端采集数据进行自主删选、自主判断，来达到对全线路杆塔缺陷自主识别，获取缺陷报告（含线路名称，塔杆号，缺陷名称，巡检时间日期等）；真正实现塔架的精细化、自主化巡检。本系统是定制开发的“塔架缺陷自动识别系统”，利用人工智能和机器学习等技术，用计算机判读替代了传统的人工照片判读，大幅降低了人工劳动。应用《塔架缺陷自动识别系统》完成的故障诊断和识别。2.3 输电线路智能无人机

根据输电线路地理环境及巡检要求，提供了三种无人机机型，主要有：固定翼无人机，复合式无人机，多旋翼无人机。固定翼无人机利用其便捷式的操作方式及长航时性能，并结合高清数码相机，来完成对输电线路走廊三维建模前端高清照片数据的采集。复合式无人机，利用其独有的垂直起降方式及快速、长航时的性能，并结合三轴增稳可见光吊舱，来完成对输电线路走廊快速巡检视频的采集。多旋翼无人机，利用其空中可悬停的优势，并结合三轴增稳双光吊舱，来完成对塔架的精细巡检及缺陷照片数据的获取；此飞机可配套“头戴式辅助操作设备”，提升操作人员巡塔的精准性，如图3所示。引进的无人机产品涵盖了市场主流的所有机型（复合式、固定翼和多旋翼），可应对多种需求和使用环境；并首次在无人机电力巡检中引入了“头戴式飞行辅助设备”，提高了塔架巡检时操纵人员的准确性。应用固定翼垂起复合式飞机，对长距离输电线路进行巡检，单架次巡检距离20km以上，采集电力线路及周边环境变化情况，获得实时视频数据，通过人工辅2019年第8期科学管理对塔杆实施高清晰照片采集，检查配电装置及金具的状态（如：螺栓，绝缘子，防震锤，均压环完好情况的检查）；通过数据识别处理系统，现场实现大量采集数据的筛选及缺陷识别，报告自主生成（增加了缺陷人工复查环节）。助来查询、判断异常问题，可快速、有效的防范电力线路，如周边物体对线路的威胁评估，地质环境变化，植物生长，线路上大尺度物体检查如风筝、鸟巢等。3 工业性应用

从2018年10月-2019年5月份进行了大量的应用试验。对各项预定功能逐一进行验证，试验情况如下：4 结论

在2018年1月底成功完成基础资料调研工作，于2018年7月底完成实验和设计工作，2019年1月底完成了样机制造及系统集成工作，与2019年5月底完成现场实验和应用研究工作，并对试验期间发现的问题进行改进完成，达到阶段工业应用试验的要求。经过近四个月的工业性阶段试验表明：基于智能无人机巡检技术，并结合可视化三维建模系统，数据识别处理系统，形成了一套适用于当地的智能电力设施巡检解决方案。实现了对全线路通道故障巡检、全线路杆塔、线路周边环境的巡检。为输电线路智能化巡检提供了一个更加有效思路，具有广泛的推广价值。目前，我们国家的大多数新老煤矿在自动化发展方面同国外煤矿相比还有很大的差距，该项目的实施为矿山电网数字化建设的打下了坚实的基础，具有广阔应用前景。3.1 输电线路走廊建模及实现功能

对线路两侧各100米内区域进行3维建模作业。整体测试区域建模分辨率满足：8cm-15cm，位置精度≤1米。可清晰观察线路周边环境状态（如:树木状态，外围违建状态，外围是否存在施工状态）；可在线测量线路周边相关尺寸数据（面积，距离，塌方体积，位置坐标等）；可用来辅助建立线路走廊安全飞行航线。3.2 输电线路快速巡检功能

基于三维模型规划安全线路走廊航线，调整线路飞行高度，具备自主飞行巡检能力；视频中对线路两侧各100米内的地理环境及物体进行实时观测并存储数据。主要体现对线路清晰观察，线路异物观察，塔杆状态，线路断股，蓬松等异常情况观察；视频数据分辨率达到1920×1080，并始终可以观测到线路和塔基的走向及分布，对周围物体的分辨≥0.3m/像原。对于存储的数据可以进行后期缩放处理，缩放倍率≥4倍。参考文献

[1]曾懿辉,何通,郭圣,熊勇良,崔颖铷,左剑,罗昊.基于差分定位的输电线路多旋翼无人机智能巡检[J/OL].中国电力:1-7

3.3 线路塔杆精细化巡查功能

（上接第349页）

弧焊、若必须进行电焊作业，首先断开信号电缆与仪表的连接，电焊机的地线应设置在被焊部位的附近，并牢固接触在秤体上。3）轨道衡基坑内不得有积水。4）必须确保纵横向限位的正常间隙度和稳定性，不得与秤体接触。（2）显示器的保养和维护：1）检查线路是否松动、断裂和接地。2）接线盒内严禁污浊潮湿，要经常用电吹风清理内部灰尘并擦拭，保证透气干燥。3）通电状态下严禁移动或擦拭清洁称重显示器，更不可更换保险丝，避免人员触电和造成机器损坏失灵。（4）称重显示器要定期检修维护，确保其性能正常稳定，延长显示器的使用寿命。如发生故障，立即拔掉电源插头，并联系专业技术人员检修。（3）更换称重传感器：1）拔掉电源插头，拆除分解接线盒内损坏的传感器电缆线与电路板。注意：各个激励、信号线、屏蔽线及地线的位置和每根线的着色，解脱电缆线时要保留一根引线，确保安装新的传感器时，电缆线能迅速的插入接线盒。2）拆除传感器与底座之间的地线，用千斤顶把称重梁顶起，按照正确步骤拆换传感器，松开千斤顶，将称重梁恢复原位。3）依据接线示意图，在电路板上按正确位置固定好传感器电缆线各芯线。4）轨道衡在更换传感器后必须重新校对和修正。禁止割开传感器电缆和用工具擦划传感器，以防影响传感器的一致性和互换性，电缆应该受到保护。（4）系统维护：1）轨道衡通过测试，可以正常使用后，使用客户方要及时保管好衡器使用说明书、计量检定合格证等有关重要资料。2）在添加系统之前，要确保电源和接地装置的安全性。机器关闭后，必须切断电源。3）车辆上衡前，要确保秤体的灵活性，主要零部件是否齐全完整。4）机车过衡速度要保持不大于3km/h。应设置限速标志。4 结束语

以2018年为例，一矿质检站全年共监装商品煤3151批，共63706车，平均每日装车量达到200多车，装车量如此之大和频繁，货物装载如果出现超载或偏载，都可能造成铁路运输脱轨事故的发生，一旦发生事故，不仅会影响全局计划外运量，而且会给集团公司造成经济损失和信誉损害，因此，提高员工的责任意识和操作技能，正确使用和保养维护电子轨道衡，使衡器经常处于完好状态，不仅可以延长衡器的使用寿命，还可以保证其称量煤炭等货物的准确性，为贸易双方提供真实可靠的数据依据，最大限度的减少装车亏涨吨情况的发生，对保证贸易双方的经济利益和铁路运输安全有着重要作用。参考文献 

[1] 裴平星. 商品煤检装计量工，阳煤集团煤矿职工培训教材编审委员会，2011，4.

[2] 光迪涵. GCS－100型静态电子轨道衡的使用与维护[J].中国计量，1998（43）.

[3] 佚名.静态电子轨道衡国标通过审查[J].铁道技术监督，2005（5）：28.

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