论文部分内容阅读
摘要：根据我国国情和电网技术的发展，分析了目前输电线路巡视领域中获取线路运行状态及设备隐患、缺陷的主要方式及存在的问题，指出了发展以小型无人机为平台的新型输电线路巡视方案。同时对国内外无人机发展历程和现状进行了分析，简述了小型无人机在输电线路巡视过程中应用的特点、意义和关键技术，最后展望了小型无人机在输电线路巡视应用中应解决的关键问题。
关键词：无人机；输电线路；巡视
作者简介：王建平（1961-），男，山西原平人，晋中供电公司，高级技师；阎泽京（1990-），男，山西平遥人，晋中供电公司。（山西
榆次 030600）
中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）17-0229-02
近年来，随着我国电力事业的快速发展，电网安全稳定运行关系到电网企业的效益和社会的稳定。作为电力系统中十分重要的环节，输电线路的稳定运行直接关系到整个电力系统的安全运行。因此，输电线路的运行与维护作为保证供电系统安全稳定运行的基础，需要不断的加强建设。输电线路的重点运行，线路的运行工作应贯彻安全第一、预防为主的方针，严格执行电力安全工作规程的有关规定。运行维护单位应全面做好线路的巡视、检测、维修和管理工作，应积极应用先进技术和实行科学管理，不断总结经验、积累资料、掌握规律，以保证线路安全运行。
为了保证线路的运行状况，及时发现线路本体、附属设备以及线路保护区内出现的缺陷或隐患，并为线路检修、维护及状态评价等提供依据，需要近距离对线路进行观测、检查、记录等。根据不同的需要可分为正常巡视、故障巡视、特殊巡视三种。正常巡视：线路巡视人员按一定的周期对线路进行的巡视，包括对线路设备（指线路本体和附属设备）和线路保护区所进行的巡视。故障巡视：运行单位为查明线路故障点、故障原因及故障情况等所组织的线路巡视。特殊巡视：在特殊情况下或根据需要、采用特殊巡视方法所进行的线路巡视。
近几年，随着电力事业的不断发展，输电网规模越来越大，设备越来越多，巡视的工作量也在不断的增加，运行人员逐渐无法忍受重负。与此同时，电网管理水平的不断提高，运行维护单位也对输电线路的运行管理方式进行着不断的探索。基于动态分析线路运行状态，动态预测重点巡视区段的思想逐渐提出了状态巡视的新思路。以提高巡视质量和效率为主要目标，根据线路的不同情况及其缺陷、故障发生的概率、发展规律及对运行的不同影响，加强和突出了巡视的重点和要求。有效的避免了故障发生概率较低区段的重复、不必要巡视及故障多发区段的巡视不到位。运行单位根据线路沿线的不同情况建立了本线路危险点段及防范预控措施并随时动态滚动增减，以减少部分线路段的“过”巡视量，增加特殊区域等线路段的巡视维护量，来实现线路巡视以“线”为单位向以“点”段为单位的改变。以规定时间为期限向根据设备状况动态确定巡视期限转变，使运行单位所辖设备的状态巡视能够按“该巡必巡、巡必巡好”的原则开展运作，进而达到线路巡视“减巡增效保安全”的目的。
一、现阶段输电线路巡视的主要问题
1.输电线路巡视检查的主要内容
（1）线路本体。地面与基面：回填土下沉或缺土、水淹、冻胀、堆积杂物；杆塔基础：破损、酥松、露筋、基础下沉、保护帽破损等；接地装置：断裂、严重锈蚀、螺栓松脱、接地带丢失、接地带外露等；拉线及基础：拉线金具等拆卸、拉线棒严重锈蚀或蚀损、拉线松弛、断股等；绝缘子：伞群破损、严重污秽、有放电痕迹、弹簧销、钢帽破损等；导线、地线、引流线、屏蔽线、OPGW的散股、断股、断线、放电烧伤、悬挂漂浮物、弧垂过大或过小、严重锈蚀、覆冰、舞动、风偏过大、对交叉跨越物距离不够等；线路金具：线夹断裂、裂纹、磨损、销钉脱落或严重锈蚀，均压环、屏蔽环、螺栓松动，防震锤跑位等。
（2）附属设施。防雷装置：避雷器动作异常、计数器失效、破损、变形、引线松脱等；防鸟装置：鸟刺的破损、变形、螺栓松脱等；各种监测装置：缺失、损坏、功能失效等；杆号、警告、防护、指示、相位等标识的缺失、损坏、字迹或颜色不清、严重锈蚀等；防雾防冰装置的缺失、损失等。
（3）架空线路环境通道。建筑物、树木与导线的安全距离不足等；线下有危及线路安全的施工作业等；线路附近有烟火，有易燃、易爆物堆积等；采动影响区，地面出现裂缝、坍塌等情况；线路附近有危及线路安全的漂浮物等。
2.输电线路巡视
现阶段输电线路巡视主要以正常巡视、故障巡视、特殊巡视三种常规巡视制度为主，并逐渐向状态巡视的科学巡视方法转变，同时辅助以各类杆塔监控设备。但无论是常规巡线方式还是状态巡视，均以地面巡视为基本手段，并辅以带电登杆（塔）检查等。另外，现存的巡视制度为人工巡视，也存在各种不同的局限性。
从巡视管理角度来看，常规的巡视制度并行的拟订巡视计划，对不同运行状况的线路提出了相同的巡视要求，并且安排相同的巡视密度，在输电线路飞速发展的今天已经无法保障线路的安全稳定运行，无法及时的掌握线路的运行情况。常规的巡视制度不考虑设备运行状况、地理（气候条件）、通道状况，没有重点的巡视方式，造成了部分线路或区段“过”巡视，例如新建线路与老线路安排相同的巡视周期、相同的巡视要求，浪费人力、物力资源，而对线路的危险点、特殊区域、易被外力破坏区域则巡视不足。另外，对于一些并非重要的故障发生率很低的线路进行重复的、频繁的巡视检查，造成了很多不可忽视的负面效应。一是容易引起巡视人员思想上麻痹大意，巡视质量达不到要求，巡视过程逐渐趋于形式化，很大程度上降低了巡视结果的可靠性和真实性；二是由于对正常运行线路的多次、重复的巡视，降低了巡视人员对线路某些变化的感觉和反应能力，甚至对于一些显而易见的情况“熟视无睹”。与此同时，常规的线路巡视工作多以单人作业为主，分散性大、可控性差。
从巡视人员角度来看，山西省晋中地处黄土高原东部边缘，地理坐标为东经111°23′─114°28′，北纬36°39′─38°06′，地势东高西低，山地、丘陵、平川呈阶梯状分布，大部分地区海拔在1000米以上。这一地区的东部和中部（以寿阳、左权、榆社为主）地形以山地、丘陵为主。输电线路绝大多数架设在山地和丘陵的顶部，从原则上来说，线路巡视工作必须做到每基杆塔都必须到位，于是在巡视过程中需要巡视人员爬越山涧或者绕行山脊，才能到达下一基杆塔所在的位置，而且多数处于无人区，山上的路需要巡视人员边走边找，尤其是在雨雪或者大雾天气很容易造成人身安全事故，直线档距只有百米，往往需要一个小时左右才可以到达，对人力、物力都产生了巨大的损耗。 作为近几年提出的新巡线制度的发展方向，状态巡视在探索中也暴露出相对应的不足之处，状态巡视是基于线路的不同情况及其缺陷、故障发生的概率、发展规律及对运行的不同影响而对不同的线路制定不同的巡视要求，现阶段尚处于探索试用阶段，相关具体细则还没有完善。状态巡视相关的概率数据统计、输电设备状态、故障率评估以及如何合理的安排巡视任务都没有明确的标准，在对输电设备稳定运行要求极高的现代化工业社会，容不得丝毫的差错（电流或者电压的微小变化会引起生产线产品的合格率），在不健全的巡线制度发展过程中大部分巡线任务依然以常规巡视方式为主，易发生故障的线路如何重点巡视，发生概率较低的线路如何及时掌握缺陷、隐患，都是亟待解决的问题。
二、国内小型无人机的应用发展状况
无人机是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。现阶段大体可分为无线电遥控或由自身程序控制为主两种控制方式。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收，可反覆使用多次。
现阶段绝大部分无人机应用于各国军事领域，尤其是近几年研发的新型智能无人机更被人叫做“空中士兵”，但随着社会经济的不断发展，社会各行业对于测绘、监控、搜索、搜救等特殊用途的准确、实时性要求的不断提升，无人机逐渐开始进入民用范围，据专家表示，未来的5～10年内我国民用无人机将进入快速发展期。
输电线路巡视的无人机应用正是民用无人机探索发展过程中的结晶，近年来，国内无人机在输电线路巡视工作中的应用较多，如北京电力公司、山东电力公司、山西大同超高压供电公司等，在特殊区段均开始推广应用，由于无人机具有成本相对较低，无人机伤亡风险小，生存能力强、机动性能好，使用方便等优势，因此利用无人机进行高压输电线路巡视可节约大量的人力成本，提升了供电公司的效益，同时也解放了社会劳动力。
三、小型无人机应用于输电线路巡视的意义、特点及关键技术
无人机在输电线路巡视方面的应用前景十分广阔，无人机的合理有效应用将会填补现阶段巡视制度存在的空缺，有效的优化线路巡视过程。
1.从巡视方式来看
无人机巡视代替了常规的人工巡视，由于无人机配置有航拍功能，同时如果辅以红外拍摄功能，将会极大地提高输电线路巡视的效率。
首先，无人机的输电线路巡视宜主要以自身程序控制为主，以无线电遥控为辅，即在每次巡视前，根据输电线路不同的高度、线路塔形、跨越弧垂等因素而预先设定不同的飞行轨迹，从而以最合适的巡查方位来观察线路。飞行轨迹的设定包括飞行高度、角度、与导线距离、飞行速度等多方面的要求，这些都需要在运行后不断的试验中总结归纳。无人机的飞行巡线方式宜采用往返巡视，在返回发射地点的同时进行同样的故障、隐患排查，以达到从不同角度观察输电线路，准确无漏点的反映线路情况的目的。
其次，关于无人机挂载仪器的要求。无人机巡视从目前中国的存储介质和通信网络发展来看，航拍是现阶段最有效的方式，当然，如果数年内中国的“北斗卫星”、“大地2000坐标系统”和数据通信网络的民用发展达到视频及时传送的要求时，视频传送将会使无人机巡视真正的取代人工巡视。
而无人机输电线路巡视用途的特殊性要求无人机巡视过程除了要清晰的反应杆塔、杆塔基础、线路外部环境、绝缘子瓶、接地装置等可视设备外，还需要准确的反应出线路不可视的运行状态（如断股、散股、异常放电等微小甚至是不可视隐患），这就需要同时挂载更加符合要求的设备，输电线路的隐患大多伴随着异常发热的产生，因此现阶段采用红外拍摄将会是比较有效的方式。
2.从巡视制度来看
无人机巡视的加入将会使状态巡视这一科学巡视制度更加合理。无人机巡视在状态巡视制度中将用于故障发生率较低的线路，由于无人机巡视的人力成本低，故对于故障发生率低的线路可以安排少量人员控制无人机巡视，这样在线路故障率统计仍未解决的现在，可靠的应用无人机将弥补由于统计错误而产生的线路巡视不到位。随着科技的发展，当无人机的运行成本足够低时，为了保障输电性能的可靠性，甚至可以安排无人机全线路的日常周期巡视，而不是短周期巡视。
四、 结束语
输电线路巡视向来是比较耗费人力，同时又要求细致的工作。耗费人力的过程中不可避免的会产生由于人体生理、心理的影响而导致巡视质量达不到要求的现象。同时，如何制定科学的巡视制度，有效的提高巡视率，减少线路故障，及时发现隐患也是十分迫切的任务。无人机的应用将会在很大程度上解决以上问题。
关键词：无人机；输电线路；巡视
作者简介：王建平（1961-），男，山西原平人，晋中供电公司，高级技师；阎泽京（1990-），男，山西平遥人，晋中供电公司。（山西
榆次 030600）
中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）17-0229-02
近年来，随着我国电力事业的快速发展，电网安全稳定运行关系到电网企业的效益和社会的稳定。作为电力系统中十分重要的环节，输电线路的稳定运行直接关系到整个电力系统的安全运行。因此，输电线路的运行与维护作为保证供电系统安全稳定运行的基础，需要不断的加强建设。输电线路的重点运行，线路的运行工作应贯彻安全第一、预防为主的方针，严格执行电力安全工作规程的有关规定。运行维护单位应全面做好线路的巡视、检测、维修和管理工作，应积极应用先进技术和实行科学管理，不断总结经验、积累资料、掌握规律，以保证线路安全运行。
为了保证线路的运行状况，及时发现线路本体、附属设备以及线路保护区内出现的缺陷或隐患，并为线路检修、维护及状态评价等提供依据，需要近距离对线路进行观测、检查、记录等。根据不同的需要可分为正常巡视、故障巡视、特殊巡视三种。正常巡视：线路巡视人员按一定的周期对线路进行的巡视，包括对线路设备（指线路本体和附属设备）和线路保护区所进行的巡视。故障巡视：运行单位为查明线路故障点、故障原因及故障情况等所组织的线路巡视。特殊巡视：在特殊情况下或根据需要、采用特殊巡视方法所进行的线路巡视。
近几年，随着电力事业的不断发展，输电网规模越来越大，设备越来越多，巡视的工作量也在不断的增加，运行人员逐渐无法忍受重负。与此同时，电网管理水平的不断提高，运行维护单位也对输电线路的运行管理方式进行着不断的探索。基于动态分析线路运行状态，动态预测重点巡视区段的思想逐渐提出了状态巡视的新思路。以提高巡视质量和效率为主要目标，根据线路的不同情况及其缺陷、故障发生的概率、发展规律及对运行的不同影响，加强和突出了巡视的重点和要求。有效的避免了故障发生概率较低区段的重复、不必要巡视及故障多发区段的巡视不到位。运行单位根据线路沿线的不同情况建立了本线路危险点段及防范预控措施并随时动态滚动增减，以减少部分线路段的“过”巡视量，增加特殊区域等线路段的巡视维护量，来实现线路巡视以“线”为单位向以“点”段为单位的改变。以规定时间为期限向根据设备状况动态确定巡视期限转变，使运行单位所辖设备的状态巡视能够按“该巡必巡、巡必巡好”的原则开展运作，进而达到线路巡视“减巡增效保安全”的目的。
一、现阶段输电线路巡视的主要问题
1.输电线路巡视检查的主要内容
（1）线路本体。地面与基面：回填土下沉或缺土、水淹、冻胀、堆积杂物；杆塔基础：破损、酥松、露筋、基础下沉、保护帽破损等；接地装置：断裂、严重锈蚀、螺栓松脱、接地带丢失、接地带外露等；拉线及基础：拉线金具等拆卸、拉线棒严重锈蚀或蚀损、拉线松弛、断股等；绝缘子：伞群破损、严重污秽、有放电痕迹、弹簧销、钢帽破损等；导线、地线、引流线、屏蔽线、OPGW的散股、断股、断线、放电烧伤、悬挂漂浮物、弧垂过大或过小、严重锈蚀、覆冰、舞动、风偏过大、对交叉跨越物距离不够等；线路金具：线夹断裂、裂纹、磨损、销钉脱落或严重锈蚀，均压环、屏蔽环、螺栓松动，防震锤跑位等。
（2）附属设施。防雷装置：避雷器动作异常、计数器失效、破损、变形、引线松脱等；防鸟装置：鸟刺的破损、变形、螺栓松脱等；各种监测装置：缺失、损坏、功能失效等；杆号、警告、防护、指示、相位等标识的缺失、损坏、字迹或颜色不清、严重锈蚀等；防雾防冰装置的缺失、损失等。
（3）架空线路环境通道。建筑物、树木与导线的安全距离不足等；线下有危及线路安全的施工作业等；线路附近有烟火，有易燃、易爆物堆积等；采动影响区，地面出现裂缝、坍塌等情况；线路附近有危及线路安全的漂浮物等。
2.输电线路巡视
现阶段输电线路巡视主要以正常巡视、故障巡视、特殊巡视三种常规巡视制度为主，并逐渐向状态巡视的科学巡视方法转变，同时辅助以各类杆塔监控设备。但无论是常规巡线方式还是状态巡视，均以地面巡视为基本手段，并辅以带电登杆（塔）检查等。另外，现存的巡视制度为人工巡视，也存在各种不同的局限性。
从巡视管理角度来看，常规的巡视制度并行的拟订巡视计划，对不同运行状况的线路提出了相同的巡视要求，并且安排相同的巡视密度，在输电线路飞速发展的今天已经无法保障线路的安全稳定运行，无法及时的掌握线路的运行情况。常规的巡视制度不考虑设备运行状况、地理（气候条件）、通道状况，没有重点的巡视方式，造成了部分线路或区段“过”巡视，例如新建线路与老线路安排相同的巡视周期、相同的巡视要求，浪费人力、物力资源，而对线路的危险点、特殊区域、易被外力破坏区域则巡视不足。另外，对于一些并非重要的故障发生率很低的线路进行重复的、频繁的巡视检查，造成了很多不可忽视的负面效应。一是容易引起巡视人员思想上麻痹大意，巡视质量达不到要求，巡视过程逐渐趋于形式化，很大程度上降低了巡视结果的可靠性和真实性；二是由于对正常运行线路的多次、重复的巡视，降低了巡视人员对线路某些变化的感觉和反应能力，甚至对于一些显而易见的情况“熟视无睹”。与此同时，常规的线路巡视工作多以单人作业为主，分散性大、可控性差。
从巡视人员角度来看，山西省晋中地处黄土高原东部边缘，地理坐标为东经111°23′─114°28′，北纬36°39′─38°06′，地势东高西低，山地、丘陵、平川呈阶梯状分布，大部分地区海拔在1000米以上。这一地区的东部和中部（以寿阳、左权、榆社为主）地形以山地、丘陵为主。输电线路绝大多数架设在山地和丘陵的顶部，从原则上来说，线路巡视工作必须做到每基杆塔都必须到位，于是在巡视过程中需要巡视人员爬越山涧或者绕行山脊，才能到达下一基杆塔所在的位置，而且多数处于无人区，山上的路需要巡视人员边走边找，尤其是在雨雪或者大雾天气很容易造成人身安全事故，直线档距只有百米，往往需要一个小时左右才可以到达，对人力、物力都产生了巨大的损耗。 作为近几年提出的新巡线制度的发展方向，状态巡视在探索中也暴露出相对应的不足之处，状态巡视是基于线路的不同情况及其缺陷、故障发生的概率、发展规律及对运行的不同影响而对不同的线路制定不同的巡视要求，现阶段尚处于探索试用阶段，相关具体细则还没有完善。状态巡视相关的概率数据统计、输电设备状态、故障率评估以及如何合理的安排巡视任务都没有明确的标准，在对输电设备稳定运行要求极高的现代化工业社会，容不得丝毫的差错（电流或者电压的微小变化会引起生产线产品的合格率），在不健全的巡线制度发展过程中大部分巡线任务依然以常规巡视方式为主，易发生故障的线路如何重点巡视，发生概率较低的线路如何及时掌握缺陷、隐患，都是亟待解决的问题。
二、国内小型无人机的应用发展状况
无人机是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。现阶段大体可分为无线电遥控或由自身程序控制为主两种控制方式。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收，可反覆使用多次。
现阶段绝大部分无人机应用于各国军事领域，尤其是近几年研发的新型智能无人机更被人叫做“空中士兵”，但随着社会经济的不断发展，社会各行业对于测绘、监控、搜索、搜救等特殊用途的准确、实时性要求的不断提升，无人机逐渐开始进入民用范围，据专家表示，未来的5～10年内我国民用无人机将进入快速发展期。
输电线路巡视的无人机应用正是民用无人机探索发展过程中的结晶，近年来，国内无人机在输电线路巡视工作中的应用较多，如北京电力公司、山东电力公司、山西大同超高压供电公司等，在特殊区段均开始推广应用，由于无人机具有成本相对较低，无人机伤亡风险小，生存能力强、机动性能好，使用方便等优势，因此利用无人机进行高压输电线路巡视可节约大量的人力成本，提升了供电公司的效益，同时也解放了社会劳动力。
三、小型无人机应用于输电线路巡视的意义、特点及关键技术
无人机在输电线路巡视方面的应用前景十分广阔，无人机的合理有效应用将会填补现阶段巡视制度存在的空缺，有效的优化线路巡视过程。
1.从巡视方式来看
无人机巡视代替了常规的人工巡视，由于无人机配置有航拍功能，同时如果辅以红外拍摄功能，将会极大地提高输电线路巡视的效率。
首先，无人机的输电线路巡视宜主要以自身程序控制为主，以无线电遥控为辅，即在每次巡视前，根据输电线路不同的高度、线路塔形、跨越弧垂等因素而预先设定不同的飞行轨迹，从而以最合适的巡查方位来观察线路。飞行轨迹的设定包括飞行高度、角度、与导线距离、飞行速度等多方面的要求，这些都需要在运行后不断的试验中总结归纳。无人机的飞行巡线方式宜采用往返巡视，在返回发射地点的同时进行同样的故障、隐患排查，以达到从不同角度观察输电线路，准确无漏点的反映线路情况的目的。
其次，关于无人机挂载仪器的要求。无人机巡视从目前中国的存储介质和通信网络发展来看，航拍是现阶段最有效的方式，当然，如果数年内中国的“北斗卫星”、“大地2000坐标系统”和数据通信网络的民用发展达到视频及时传送的要求时，视频传送将会使无人机巡视真正的取代人工巡视。
而无人机输电线路巡视用途的特殊性要求无人机巡视过程除了要清晰的反应杆塔、杆塔基础、线路外部环境、绝缘子瓶、接地装置等可视设备外，还需要准确的反应出线路不可视的运行状态（如断股、散股、异常放电等微小甚至是不可视隐患），这就需要同时挂载更加符合要求的设备，输电线路的隐患大多伴随着异常发热的产生，因此现阶段采用红外拍摄将会是比较有效的方式。
2.从巡视制度来看
无人机巡视的加入将会使状态巡视这一科学巡视制度更加合理。无人机巡视在状态巡视制度中将用于故障发生率较低的线路，由于无人机巡视的人力成本低，故对于故障发生率低的线路可以安排少量人员控制无人机巡视，这样在线路故障率统计仍未解决的现在，可靠的应用无人机将弥补由于统计错误而产生的线路巡视不到位。随着科技的发展，当无人机的运行成本足够低时，为了保障输电性能的可靠性，甚至可以安排无人机全线路的日常周期巡视，而不是短周期巡视。
四、 结束语
输电线路巡视向来是比较耗费人力，同时又要求细致的工作。耗费人力的过程中不可避免的会产生由于人体生理、心理的影响而导致巡视质量达不到要求的现象。同时，如何制定科学的巡视制度，有效的提高巡视率，减少线路故障，及时发现隐患也是十分迫切的任务。无人机的应用将会在很大程度上解决以上问题。