鄧元婧，汪從敏，夏開全，炯，浩

（1.中國電力科學研究院，北京100055；2.國網浙江省電力公司寧波供電公司，浙江寧波315016）

架空輸電線路通道環(huán)境的巡視技術與應用

鄧元婧1，汪從敏2，夏開全1，江炯2，張浩2

（1.中國電力科學研究院，北京100055；2.國網浙江省電力公司寧波供電公司，浙江寧波315016）

輸電線路通道環(huán)境的巡視效率和質量直接關系電網的安全可靠運行。綜述了目前3種巡視模式及其特點，分析了每種模式下所使用的主要巡視技術，并提出在直升機、無人機與人工協(xié)同巡檢模式下，應結合在線監(jiān)測系統(tǒng)開展進一步研究，以實現(xiàn)輸電網絡線路資料的數(shù)字化與可視化，從而對輸電線路狀態(tài)評價提供數(shù)據支撐和決策建議，推進輸電線路狀態(tài)巡視，提升輸電線路運維管理水平。

架空輸電線路；通道環(huán)境；巡視技術；狀態(tài)評價

隨著電網建設的快速發(fā)展，電網規(guī)模逐步擴大，輸電線路覆蓋面越來越廣，且大多運行在郊區(qū)曠野，常常受到惡劣天氣、地理條件、運行工況變化等影響，難免出現(xiàn)危及電網安全可靠運行的故障。對輸電線路進行巡視可以及時發(fā)現(xiàn)威脅線路安全的異常情況，以便排除險情和進行有針對性的狀態(tài)檢修。提高輸電線路巡視質量，可以增強電網抗擊嚴重自然災害和外力破壞的能力，降低因搶修或重建受損電網所需的二次投資，為電網運行帶來長期的經濟效益。通道環(huán)境巡視是輸電線路巡視的主要內容之一，據2014年3月《國網線路運行分析月報》的數(shù)據顯示，在66 kV及以上線路中，僅異物短路及施工碰線就占總跳閘次數(shù)的17.1%。現(xiàn)階段，巡視人員不足與巡視工作量與日俱增的矛盾日益凸顯，必須通過巡視模式與新技術的創(chuàng)新與融合，來提高巡視效率和質量，提升輸電線路運維管理水平。

1 通道環(huán)境巡視模式分類

DL/T 741-2010《架空輸電線路運行規(guī)程》（簡稱《運規(guī)》）規(guī)定，通道環(huán)境巡視是對線路通道、周邊環(huán)境、沿線交跨、施工作業(yè)等進行檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)和掌握線路通道環(huán)境的動態(tài)變化。線路通道環(huán)境巡視對象包括：建（構）筑物、樹木（竹林）、施工作業(yè)、采動影響區(qū)、火災、交叉跨越、防洪、排水、基礎保護設施、道路橋梁、污染源、自然災害等。

通道環(huán)境巡視按巡視周期可分為定期巡視和狀態(tài)巡視，其中定期巡視又分為正常巡視、故障巡視和特殊巡視。定期巡視是指運行維護單位根據線路設備與通道環(huán)境特點劃分區(qū)段，結合巡視經驗確定巡視周期，并可根據線路區(qū)段和時間段變化對巡視周期進行必要的調整。狀態(tài)巡視是指結合線路歷史經驗及實際情況，進行狀態(tài)評價后確定巡視周期，并可對巡視周期進行動態(tài)調整。

通道環(huán)境巡視按照使用技術手段可分為3種模式，其特點對比見表1。

表1 巡視模式特點對比

1.1 地面人工巡視

線路巡視特別是通道環(huán)境巡視，多為步行巡視或乘車巡視，以線路巡視人員目測觀察為主，對線路路徑通道環(huán)境中的各類隱患或危險點進行定點檢查。這種傳統(tǒng)的輸電線路巡視方法受人員素質、天氣狀況及其他不確定因素的影響較大，無法完全掌握線路運行的真實情況。

以寧波地區(qū)為例，地面人工巡視目前仍是輸電線路巡視的主要手段之一。該方式在線路通道巡視中使用較多，就巡視質量而言，主要優(yōu)點是對基礎防護、螺栓緊固、塔材被盜等方面的巡視較準確。另外，地面人員的主要工作是完成周期性維護和檢查項目，但采用該巡視方式時效率較低，尤其是對山區(qū)線路而言。以寧波電網象衣2R85線、象亭2R86線為例，因線路地處山區(qū)，地形復雜，巡視難度較大，每次巡線需出動較多的人力物力，且耗時較長，完成整條線路的巡視工作平均約需4日，出動約8人次，效率很低，而且還難以發(fā)現(xiàn)隱蔽的缺陷。因此山區(qū)線路的巡視周期一般為3個月。

1.2 地面人工巡視輔以帶電檢測與在線監(jiān)測

在地面人工巡視的基礎上，可采用先進的檢測手段如手持終端設備對線路進行檢測，獲得準確、詳細的數(shù)據，以便為開展狀態(tài)評價提供科學依據，在交通不便和線路特殊區(qū)段還可采用輸電線路在線監(jiān)測裝置輔助巡視[1-2]。2008年南方罕見冰災之后，電力系統(tǒng)在全國范圍內加大了對輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)研制和推廣應用。輸電線路在線監(jiān)測是通過安裝在線路上的傳感、攝像設備提供線路狀態(tài)信息，判斷輸電線路的異常情況，可實現(xiàn)電網集中實時監(jiān)控。為了減少巡視人員登桿（塔）檢查，提高線路巡視效率，保障巡視人員安全，國內于20世紀90年代開始研究智能機器人巡線，可以人工設定巡視路徑，并通過搭載的檢測系統(tǒng)將檢測數(shù)據傳回后臺[3]。

采用地面人工巡視結合帶電檢測的方式，相對于僅有地面人工巡視的效率有了較大的提高，靠儀器檢測能發(fā)現(xiàn)肉眼不易發(fā)現(xiàn)的缺陷。以紅外測溫為例，能有效發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點，不足的是巡視人員在地面手持紅外探測儀器，紅外檢測質量不高，對塔頭部分的金具、銷釘、放電間隙和絕緣子、導地線等設備的缺陷仍不易發(fā)現(xiàn)[4]。

地面人工巡視與在線監(jiān)測相結合的方式，在寧波電網防冰雪災害中起到了重要作用。2013年2月9日，寧波供電公司輸電監(jiān)測中心值班人員通過天寧5475線98號塔上的覆冰監(jiān)測裝置，發(fā)現(xiàn)導線及鐵塔上有覆冰。值班人員將情況向線路運維單位領導匯報后，線路運維單位立即通知管轄班組組織特巡小組趕往覆冰現(xiàn)場，及時了解現(xiàn)場情況。覆冰監(jiān)測的有效使用有助于及時準確判斷局部區(qū)域的覆冰狀況，使供電公司在組織人員巡視線路時能更有針對性，對于防范線路雨雪冰凍災害有很大幫助，同時也大大提高了線路巡視效率。同時，在線監(jiān)測系統(tǒng)的視頻監(jiān)測設備還能有效發(fā)現(xiàn)輸電線路通道中的其他施工作業(yè)等，以便及時采取措施，防止外力破壞。

1.3 直升機、無人機和人工協(xié)同巡檢

為進一步提高輸電線路的運行維護管理水平和巡檢效率，減少巡檢人員勞動強度，國家電網公司于2013年推進直升機、無人機和人工協(xié)同巡檢模式試點，進行三維立體式巡視，主要應用在220 kV及以上線路，特別是500 kV線路華北電網早在2003年就開始直升機巡線首條線路，同時還推出了無人機巡檢作業(yè)模式[3]。截至目前，通航公司已積累了許多直升機巡線的實際經驗。

直升機和無人機巡檢多采用遠紅外熱成像儀器和可見光攝像機等先進設備，對線路進行多角度的俯視、側視檢測[3][5]。直升機、無人機巡檢輸電線路不受地理地形限制，能夠發(fā)現(xiàn)人工巡視時難以發(fā)現(xiàn)的隱蔽性線路故障，并可通過配置的系統(tǒng)進行計算機數(shù)據分析。

目前開展直升機、無人機和人工協(xié)同巡檢方式的試點單位主要有國家電網冀北、遼寧、浙江、湖北和四川電力公司?；谝酝鄙龣C、無人機與人工巡視效果的研究分析可以得出，在巡視效果方面，主要從隱蔽性缺陷的發(fā)現(xiàn)能力上考慮，直升機與無人機利用機載陀螺穩(wěn)定的紅外成像儀，在發(fā)現(xiàn)隱蔽性缺陷時有較大優(yōu)勢，而人工巡視利用手持紅外成像儀，由于巡視位置所限，難以全面發(fā)現(xiàn)問題；在發(fā)現(xiàn)缺陷的位置方面，由于巡視位置與觀測角度的差異，人工巡視發(fā)現(xiàn)的基面破壞及塔材丟失等問題較多，直升機、無人機巡視發(fā)現(xiàn)的導地線、金具、絕緣子問題較多。在平原地區(qū)，這2類缺陷問題的數(shù)量基本相當，所以適宜采用人工巡視為主、直升機和無人機巡視為輔，而在山區(qū)地形中，導地線、金具、絕緣子問題較多也更為嚴重，同時考慮交通不便帶來的影響，對輸電線路開展直升機和無人機巡視，巡視效果更好[4][6]。對特高壓線路以及重點線路開展直升機、無人機和人工協(xié)同工作，將提高電網輸電線路安全運行水平和運維管理水平。

直升機巡視可以利用紅外成像儀對線路上的導線接續(xù)管、耐張管、跳線線夾、導地線線夾、金具、絕緣子等進行紅外測試，準確度比地面測試更高。在航巡中運用望遠鏡、照相機、機載可見光鏡頭等，可以檢查和記錄桿塔基礎、導地線金具、絕緣子等部件的運行狀態(tài)，以及線路走廊內的樹木生長、地理環(huán)境、交叉跨越等情況。對塔上金具連接、絕緣子狀況和放電間隙是否合格等高空檢測項目，比地面檢測檢查更準確，可以取代登塔檢查。寧波電網的直升機巡線于2011年開始分區(qū)段開展，每年巡檢1次，500 kV山地線路優(yōu)先巡視。曾在某次直升機巡線中，通過紅外熱成像儀發(fā)現(xiàn)500 kV海浦5480線6號塔左地線掛點金具發(fā)熱，發(fā)熱點溫度為51.8℃，而正常情況下對應點溫度應為13.7℃，高了38.1℃，當時周圍環(huán)境溫度為13℃，濕度為60%。通過高清可見光攝像機還發(fā)現(xiàn)了500 kV勝巖5802線0012號塔下導線小號側2號子導線U型掛環(huán)與延長桿連接螺栓螺母缺失情況。發(fā)現(xiàn)這些缺陷后，運維單位立即組織人員消缺并及時消除了隱患。這些缺陷都是因山區(qū)線路所處地點、位置、角度、距離限制等原因，人工巡視不易發(fā)現(xiàn)的，但采用直升機巡線則取得了良好的效果。但采用直升機巡線也有一些缺點，如檢查鐵塔螺栓緊固情況比地面檢查質量差，且成本較高。

2 通道環(huán)境巡視技術

進行通道環(huán)境人工巡視，除了基于巡視人員經驗的目測以及使用望遠鏡等輔助設備之外，現(xiàn)大多攜帶手持檢測設備，如激光測距儀，用來測量弧垂、樹線距離等數(shù)值，紅外檢測儀用于發(fā)現(xiàn)金具局部發(fā)熱情況，紫外檢測儀用于檢測電氣設備發(fā)生局部放電或電暈[1]。目前正在使用的智能機器人巡線，以智能機器人為載體，承載可見光攝像機、紅外熱成像儀及其它檢測儀器，按照設定路線操作的機器人自主移動與巡檢，可以將機器視覺系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的信息相融合，具有障礙物檢測識別與定位、自主越障、巡檢圖像和數(shù)據自動存儲與遠程無線傳輸、無線監(jiān)控與遙控、后臺巡檢作業(yè)管理與分析診斷等功能[3][6]。

對于交通不便或特殊路段的通道環(huán)境巡視，根據《運規(guī)》可采用輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)輔助監(jiān)控。用于通道環(huán)境巡視的主要裝置有微氣象監(jiān)測裝置、視頻圖像裝置和防報警裝置，完成通道環(huán)境信息的采集，通過以上裝置和在線監(jiān)測系統(tǒng)，將其中的數(shù)據以每20 min獲取1次的頻度通過無線系統(tǒng)或光纜傳回設備狀態(tài)評價中心，布置在設備狀態(tài)評價中心的在線監(jiān)測系統(tǒng)專家軟件可以利用模型與現(xiàn)場運行結果來判斷輸電線路通道情況，并及時預警。其中圖像視頻裝置傳回的大多是靜止圖像，通過圖像可以對導線覆冰、不良地質、通道樹木生長情況、線路周圍施工情況及塔材被盜等線路通道情況進行分析判斷，并及時告知巡檢人員注意并采取適當措施。

開展直升機、無人機與人工協(xié)同巡檢，空中和地面巡視相配合，沿線路實行立體式巡視，主要利用直升機和無人機上安裝的紅外熱成像儀、GPS定位儀、高分辨率數(shù)碼相機和可見光攝像機等，檢測導線和地線損傷斷股、導線接頭溫差、絕緣子自爆等線路缺陷[5]。寧波供電公司與寧波市測繪設計研究院于2011年開展輸電線路三維可視化與危險點監(jiān)測研究，該項目采用直升機搭載三維激光雷達，對由寧波供電公司管轄的寧海境內的勝蒼5801線、勝巖5802線、寧浦5479線、海浦5480線等4條500 kV輸電線路進行電力線路巡線航測，發(fā)現(xiàn)可能危險點百余處，通過整理給出危險點類別與確切坐標，并提供相關縱斷面與正射影像圖，利用航測技術對線路通道內部導線下方的樹木及構筑物距離進行精確測量，以指導運維人員安排有針對性的巡視，提高輸電線路運維智能化水平，結合人工巡視，利用其易于發(fā)現(xiàn)地面問題以及巡檢費用不高的特點，發(fā)揮不同方式的優(yōu)點，提高巡檢質量和效率，實現(xiàn)經濟效益和社會效益提升。

3 通道環(huán)境巡視技術應用前景

采用直升機、無人機與人工協(xié)同巡檢，利用直升機搭載的激光雷達測量系統(tǒng)的快速性、非接觸性、穿透性、全天候、高精度、高效等優(yōu)勢，通過飛機航巡，便可獲得輸電線路高精度三維數(shù)據信息[6-7]，依靠全數(shù)字、智能化數(shù)據處理流程，并結合輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對輸電線路資料的數(shù)字化與可視化。利用三維可視化數(shù)字化輸電網絡、輸電線路線路走廊重建、空間距離分析以及自動對植被和房屋等進行安全距離的檢測等功能，可以支持運行巡視人員進行全方位可視化的電力線路走廊觀察。

通過線路規(guī)劃設計的靜態(tài)數(shù)據與巡視監(jiān)測動態(tài)數(shù)據相結合、在線監(jiān)測數(shù)據與巡視數(shù)據同輸入、空中與地面巡視數(shù)據互補充，可以提供線路通道全過程、無盲區(qū)的三維立體數(shù)據信息來源，從而使實現(xiàn)真實場景與實時監(jiān)測于一體的可視化電網成為可能。通過建立適用于多源數(shù)據的信息通道和專業(yè)數(shù)據庫，將“大數(shù)據”理念引入輸電線路，深入數(shù)據融合并挖掘數(shù)據價值，為開展輸電線路狀態(tài)評價提供堅實的數(shù)據支撐。建立云計算平臺，布置輸電線路模型與專家評價系統(tǒng)，實現(xiàn)電網安全的智能化預警、防治與應急處理，并提出運維策略建議。

4 結語

本文綜述了當前輸電線路巡視的3種模式和特點，以及輸電線路通道環(huán)境巡視所采用的技術。展望了通道環(huán)境巡視應用前景：采用直升機、無人機與人工協(xié)同巡檢模式，并結合輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對輸電網絡線路資料的數(shù)字化與可視化；運用大數(shù)據理念，深入數(shù)據融合并挖掘數(shù)據價值，通過云計算平臺，為開展輸電線路狀態(tài)評價提供堅實的數(shù)據支撐和決策建議，從而推進輸電線路狀態(tài)巡視，有利于加強線路通道環(huán)境的管理，提升輸電線路運維管理水平。

[1]王賢華，李建云.架空輸電線路巡線作業(yè)機器人的研制[J].機電信息，2013（3）∶146-148.

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[3]舒印彪，胡毅.特高壓交流輸電線路的運行維護與帶電作業(yè)[J].高電壓技術，2008，33（6）∶1-5.

[4]謝志武.高壓輸電線路在線監(jiān)測技術研究[J].中國電力教育，2013（4）∶180-181.

[5]于德明，沈建，汪俊，等.直升機與人工巡視效果對比分析[J].中國電力，2008，41（11）∶25-28.

[6]尹磊，魯貴文.機載激光雷達在線路設計中的應用[J].科技創(chuàng)新導報，2013（17）∶65-66.

[7]程國開，汪從敏.關于輸電線路狀態(tài)巡視體系建設的討論[J].浙江電力，2013（9）∶11-13.

（本文編輯：龔皓）

Inspection Technology for Channel Environment of Overhead Transmission Line and Its Application

DENG Yuanjing1，WANG Congmin2，XIA Kaiquan1，JIANG Jiong2，ZHANG Hao2
（1.China Electric Power Research Institute，Beijing 100055，China；2.State Grid Ningbo Power Supply Company，Ningbo Zhejiang 315016，China）

The inspection efficiency and quality of channel environment of overhead transmission line are directly related to the safe and reliable operation of power grid.This paper comprehensively expounds three present line inspection modes and their characteristics,and it analyzes main inspection technologies employed in each mode.Additionally，it suggests that further research should be conducted by combining online monitoring system under helicopter and unmanned aircraft inspection partnered with manual inspection to fulfill the digitization and visualization of the line information of power transmission networks，and thereby offers data support and decision-making suggestions for state assessment of power transmission line，promoting conditionbased inspection of power transmission line as well as improving operation and maintenance management level of power transmission line.

overhead transmission line；channel environment；inspection technology；state assessment

TM732

：B

：1007-1881（2014）08-0028-04

2014-07-03

鄧元婧（1980-），女，陜西西安人，助理工程師，主要從事電網輸電線路狀態(tài)檢修與設備全壽命周期管理的研究工作。