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摘要：本文从已在输电线路巡检中成熟应用最广的多旋翼无人机入手，收集整理我国目前使用无人机在输电线路运检、带电作业、带电检测中应用情况，对未来无人机带电作业和带电检测技术的发展方向进行展望，以供全国广大带电作业工作者共同探讨，能够促进我国带电作业技术的发展。

关键词：“多旋翼”；“无人机平台”；“输电线路”；“带电作业”；“带电检测”

引言

近年来架空输电线路架设规模日益扩大，特别是特高压交直流电网迅猛发展，由于其覆盖区域广、穿越区域地形复杂并且自然环境恶劣。为了解决传统的人工巡视和检测中存在难以发现杆塔上部的设备缺陷，无人机技术在输电线路巡检中得到了推广应用。借助无人机，通过航拍、遥感、信息处理技术等应用，电力企业不仅能够发现杆塔异物、绝缘子破损等缺陷，还能能够发现开口销与螺栓螺帽缺失、闪络故障点等人工巡检难以发现的缺陷，已可与直升机和人工巡检方式协同配合，成为线路运检技术发展的重点方向之一。

本文从已在输电线路巡检中成熟应用最广的多旋翼无人机入手，收集整理我国目前使用无人机在输电线路运检、带电作业、带电检测中应用情况，对未来无人机带电作业、带电检测技术的发展方向进行展望，以供全国广大带电作业工作者共同探讨，能够促进我国带电作业技术的发展。

1多旋翼无人机

目前，输电线路无人机巡检系统通常包括三个部分：无人机分系统、任务载荷分系统和综合保障分系统。其中无人机分系统包括无人机平台、通讯系统和地面站系统。任务载荷分系统包括任务设备和地面显控单元。综合保障分系统一般包括供电设备、动力供给、专用工具、备品备件和车辆等。

多旋翼无人机巡检系统分为多旋翼无人机本体、能源与动力系统、巡检任务设备系统、遥控遥测系统。旋翼一般为非共轴对称布局（如两、四、六、八旋翼多种）。采用锂电池驱动。搭载的巡检任务载荷主要是可见光和红外成像设备。可见光设备应使用曝光时间较短的照相模式，具备遥控变焦和自动对焦功能，能在相应机型要求的作业距离出检测销钉级缺陷，红外设备需具备热图数据。主要用于通视范围内，步行难以到达的1～2基杆塔的精细巡检和故障查找，作业时一般在距设备10m左右处进行悬停，在飞行高度40m时，其遥控遥测及视频全向实时传输距离应不小于2km。

图1  无人机拍摄的金具缺陷 图2无人机拍摄的红外缺陷

2多旋翼无人机在输电线路运检中的应用现状

无人机出现于19世纪初，最早用于军事侦察和作战。20世纪90年代，逐步开始在农业、测绘、城市监控等方面应用。采用无人机对架空输电线路的运行状况进行巡视和检测，是近年兴起的一项新技术。2008年起，中国电科院等多家单位开始探索架空输电线路无人机巡检技术，开展了无人机避障、抗无线电干扰等技术研究和应用。国网辽宁、吉林、浙江、福建、山东电力、南网广东电力以及国内各高校等单位都在积极开展基于巡检图像的缺陷智能识别技术研究。2012年下半年开始，国家电网公司着手试点规范架空输电线路无人机巡检应用，计划2015年形成无人机规范化应用体系，全面推广小型无人机巡检，并与直升机和人工协同巡检。目前多旋翼无人机在输电线路运检中取得一些成效：

2.1无人机巡检系统初见成效

针对不同线路通道和不同地形明确了无人机巡检的任务界面，多旋翼无人机适用于发现铁塔瓶口以上缺陷，可开展特高压通道密集区巡检，对故障点查找作用大；固定翼无人机的巡检效率高，对跨区线路通道巡检作用明显。2014年完成无人机巡检杆塔4500余基、线路通道巡检3400多公里，发现缺陷1100余项，在保障线路安全运行方面发挥了重要作用。

2.2建立了较为完备的管理制度和技术标准体系

国网组织编制完成了无人机企业标准，各省（市）公司结合实际，编制了无人机管理规范和技术细则，覆盖无人机巡检的各领域，巡检制度标准体系不断完善。国网山东电力牵头编制完成了《架空输电线路无人机巡检技术》专著，为各单位输电线路无人机运维技术人员和操作人员提供了技术支撑。

2.3完善了无人机培训体系

国网公司从培训资质、基地、师资、教材及能力等方面，建立了完善的无人机培训体系，培养了一批专业化、年轻化的无人机队伍。

2.4无人机在输电工作中应用范围不断扩大

主要包括以下几个方面：

（1）旋翼无人机与人工协同巡线。利用旋翼无人机可以悬停在空中某一固定点的特殊优势，主要巡视杆塔平视及俯视角度部分、超出人的目力（使用望远镜之后）的线路和杆塔，如宽阔江面上的大跨越导线、山区的高跨杆塔等，可实现近距离拍摄和录像。

（2）故障巡视。在线路发生故障后，利用无人机巡视受气候、地形等影响较小的特点，结合故障数据，对疑似故障点进行快速勘察、迅速查明故障原因，做好后续措施，特别适用于山区、沼泽等人工难以到达地区的输电线路和放电点位于导地线上，人工巡视难以发现的故障。

（3）诊断性巡视。部分输电线路位于山顶、悬崖、谷底等人难以到达的地方，或者导、地线断股等情况，依靠无人机进行观测可以有效解决人员安全问题并全面掌握地形地貌，为下一步采取有效措施提供依据。

（4）施工检修前的现场勘察。在线路施工前，设计的线路路径要经过多次勘察才能正式施工，一些检修作业为了保证安全也必须进行现场勘察。无人机拍摄高空俯视的视角广阔，更加方便快捷。

（5）运行情况监测。根据季节的变化，特别是台风、汛期、地质灾害多发区域、山火易发区域进行快速的扫描监测，及时发现台风等对整个区域输电线路的影响，发现灾害的危害程度和山火着火点。

3多旋翼无人机在输电线路带电作业的应用项目

通过互联网查阅，发现随着多旋翼无人机在输电巡检中的广泛应用，国内已有部分单位开始关注多旋翼无人机在输电线路带电作业的应用，并做出了一些简单的项目应用实践，归纳总结主要有以下四类：

3.1无人机带电抛掷绝缘绳

借鉴无人机在输电线路施工中展放牵引绳等辅助架线的功能，相关单位在带电作业中实施了带电抛掷绝缘绳。2014年6月20日，国网甘肃检修公司利用“多旋翼无人机投注绝缘牵引绳”导引绝缘软梯进入750kV输电线路强电场，开创了高海拔地区、超高压输电线路引入无人机技术的先河。2015年6月20日，大连电力首次使用无人机，六旋翼飞行器控制绝缘绳索进行带电作业，把绝缘绳挂在需要作业的位置。

3.2无人机带电处理线路飘挂物等作业

在旋翼无人机云台上携带无线控制的喷火装置、直流熔断装置、抓取装置等之后，就可以通过无人机到达塑料布、风筝等悬挂异物附近，通过喷火、高温熔断、摘取等方式将异物清除，极大地提高了带电清除导线异物，特别是带电清除地线异物的工作效率。这种作业方式在南网广东电力、国网湖北电力、国网河南电力、国网山西电力等单位都有应用。

3.3无人机带电现场勘察和缺陷判断

利用无人机搭载相机、红外成像仪等设备在带电作业开始前和结束后，开展线路金具的缺陷、判断导线的损伤程度，根据飞行器携带的相机反馈实时视频或图片，判断线路现状，为带电检修的方案的制定提供依据。2014年10月20日，国网山东检修公司采用无人机+带电作业的检修模式，作业前对500千伏长龙线105号塔中导线引流板发热采用无人机开展现场勘察，拍摄红外图片。作业后，进行拍摄确认缺陷消除情况。

3.4无人机带电验电

由于特高压输电线路杆塔空气间隙尺寸大，绝缘子串长10m以上，受绝缘操作杆现有加工能力和操作性所限，500kV等超高压线路原有的绝缘操作杆顶部加装验电器直接验电的方法已不实用。随着无人机飞控技术和载荷的不断增加，可将验电器通过绝缘绳固定在多旋翼无人机上，作业人员在地面即能通过验电器接触导线快速、准确判断线路是否停电。

4.多旋翼无人机在输电线路带电作业的应用展望

无人机本质上来讲只是一个运输工具，其工作任务的完成依赖于其携带的任务吊舱和配套技术。输电线路带电作业是保证输电线路安全运行的重要检修技术，如何能把二者结合，不断开发新的配套技术对于增加无人机的工作类型，提高无人机使用和带电作业的工作效率有着重要意义。

4.1 多旋翼无人机带电检测绝缘子

传统的绝缘子串检测需要电力职工手持长达数米的绝缘杆，通过火花叉方式检测劣质绝缘子。随着电压等级的不断提高，对于特高压线路和大跨越线路，绝缘子串长达十几米甚至二十余米，火花叉方法必然遇到绝缘子片数多、距离杆塔远、劳动强度大等问题，而且电晕的声音可能淹没远方的火花放电声音，从而导致漏检。国内部分单位研制的绝缘子串检测机器人可以自动沿绝缘子串往复运行，通过外观检查、电阻测量和电场测量等多种方式，综合评价绝缘子的运行状态，发现潜在问题，对于提高带电作业自动化水平、保障电网安全具有重要的意义。但是在几十米高的杆塔上安装绝缘子串检测机器人是比较繁琐的，在无人机技术不断发展应用情况下，结合绝缘子检测研究的先进成果，开展基于无人机的便捷的绝缘子检零技术研究十分必要。

4.2多旋翼无人机与输电线路机器人融合

目前，电力智能化巡检技术进入高速发展期，同时，各类高性能传感器的出现，输电巡检机器人得到快速发展，以山东电力国网公司电力机器人技术重点实验室为代表研发的机器人携带视频装置、红外探测元件、清障或除冰装置可以近距离的接触导地线实施带电作业，进行检测和消缺工作，其连接方式稳定，可携带一定载荷的巡检设备，具有无可替代的优越性。但机器人本身不具备登塔翻越金具和绝缘子的功能，登上导线成了这类机器人在平常输电线路巡检中最大的瓶颈。为此，北京国网富达科技公司提出了无人机+巡线机器人的电力巡检两栖无人机的概念，为机器人和无人机两种高技术产品结合提供了全新的思路。它采用八旋翼线上机器人的总体结构，在巡检和上、下线、跨越塔杆等障碍时采用飞行模式；线上作业时采用线上机器人模式。系统更换安装不同操作模块可实现不同的维护功能：配备无线视觉系统，可以用于日常的线路和走廊的巡检作业。巡视作业方式：可实现巡线机器人的功能，并提高无人机作业的水平。完成高精度巡视、变焦镜头拍摄周围塔及线、清理障碍物作业、导线全景视频、磁通探伤、激光测外形等工作。

5结论

无人机带电作业技术是我国输电线路运行检修技术的发展方向之一，通过使用多旋翼无人机已经开展带电清除异物、带电悬挂绝缘绳、带电作业安全监护、带电作业缺陷勘察等项目应用，可以看出其具有风险低、经济型强、速度快、操作相对简单等明显优势，未来将会在很大程度上代替作业人员去完成部分高风险、难度、高危险性的工作任务。因此，研究多旋翼无人机输电带电作业技术，可极大地提高输电线路巡检效率和科技含量，减轻了作业人员工作强度，提高带电作业的安全性和工作效率，具有广阔的应用前景。随着国内无人机带电作业技术日渐成熟，以及人员队伍的不断培养，必将成为输电线路维护的一种广泛应用的技术手段。

参考文献：

[1]《架空输电线路无人机巡检技术》，中国电力出版社

[2]付晶、邵瑰玮、蔡焕青等，输电线路无人机巡检系统现状（J），中国电机工程学会输电专业委员会运行学组2015年学术年会论文集，2015.7

[3]侯王宾、高翔、王凯等，无人机及其在输电工作中的应用（J），中国电机工程学会输电专业委员会运行学组2015年学术年会论文集，2015.7

[4]秦源汛、何红太、刘振宇等，电力巡检空-线两栖无人机的设计及应用研究（J），中国电机工程学会输电专业委员会运行学组2015年学术年会论文集，2015.7

[5]羊英琦，浅谈输电线路巡视中无人机的作用（J），电力科技，2014.8

[6]张侃，多旋翼无人机在输电线路巡检中的运用及发展（J），现场工业经济和信息化，2013.8