架空输电线路通道环境的巡视技术与应用

邓元婧，汪从敏，夏开全，炯，浩

（1.中国电力科学研究院，北京100055；2.国网浙江省电力公司宁波供电公司，浙江宁波315016）

架空输电线路通道环境的巡视技术与应用

邓元婧1，汪从敏2，夏开全1，江炯2，张浩2

（1.中国电力科学研究院，北京100055；2.国网浙江省电力公司宁波供电公司，浙江宁波315016）

输电线路通道环境的巡视效率和质量直接关系电网的安全可靠运行。综述了目前3种巡视模式及其特点，分析了每种模式下所使用的主要巡视技术，并提出在直升机、无人机与人工协同巡检模式下，应结合在线监测系统开展进一步研究，以实现输电网络线路资料的数字化与可视化，从而对输电线路状态评价提供数据支撑和决策建议，推进输电线路状态巡视，提升输电线路运维管理水平。

架空输电线路；通道环境；巡视技术；状态评价

随着电网建设的快速发展，电网规模逐步扩大，输电线路覆盖面越来越广，且大多运行在郊区旷野，常常受到恶劣天气、地理条件、运行工况变化等影响，难免出现危及电网安全可靠运行的故障。对输电线路进行巡视可以及时发现威胁线路安全的异常情况，以便排除险情和进行有针对性的状态检修。提高输电线路巡视质量，可以增强电网抗击严重自然灾害和外力破坏的能力，降低因抢修或重建受损电网所需的二次投资，为电网运行带来长期的经济效益。通道环境巡视是输电线路巡视的主要内容之一，据2014年3月《国网线路运行分析月报》的数据显示，在66 kV及以上线路中，仅异物短路及施工碰线就占总跳闸次数的17.1%。现阶段，巡视人员不足与巡视工作量与日俱增的矛盾日益凸显，必须通过巡视模式与新技术的创新与融合，来提高巡视效率和质量，提升输电线路运维管理水平。

1 通道环境巡视模式分类

DL/T 741-2010《架空输电线路运行规程》（简称《运规》）规定，通道环境巡视是对线路通道、周边环境、沿线交跨、施工作业等进行检查，以便及时发现和掌握线路通道环境的动态变化。线路通道环境巡视对象包括：建（构）筑物、树木（竹林）、施工作业、采动影响区、火灾、交叉跨越、防洪、排水、基础保护设施、道路桥梁、污染源、自然灾害等。

通道环境巡视按巡视周期可分为定期巡视和状态巡视，其中定期巡视又分为正常巡视、故障巡视和特殊巡视。定期巡视是指运行维护单位根据线路设备与通道环境特点划分区段，结合巡视经验确定巡视周期，并可根据线路区段和时间段变化对巡视周期进行必要的调整。状态巡视是指结合线路历史经验及实际情况，进行状态评价后确定巡视周期，并可对巡视周期进行动态调整。

通道环境巡视按照使用技术手段可分为3种模式，其特点对比见表1。

表1 巡视模式特点对比

1.1 地面人工巡视

线路巡视特别是通道环境巡视，多为步行巡视或乘车巡视，以线路巡视人员目测观察为主，对线路路径通道环境中的各类隐患或危险点进行定点检查。这种传统的输电线路巡视方法受人员素质、天气状况及其他不确定因素的影响较大，无法完全掌握线路运行的真实情况。

以宁波地区为例，地面人工巡视目前仍是输电线路巡视的主要手段之一。该方式在线路通道巡视中使用较多，就巡视质量而言，主要优点是对基础防护、螺栓紧固、塔材被盗等方面的巡视较准确。另外，地面人员的主要工作是完成周期性维护和检查项目，但采用该巡视方式时效率较低，尤其是对山区线路而言。以宁波电网象衣2R85线、象亭2R86线为例，因线路地处山区，地形复杂，巡视难度较大，每次巡线需出动较多的人力物力，且耗时较长，完成整条线路的巡视工作平均约需4日，出动约8人次，效率很低，而且还难以发现隐蔽的缺陷。因此山区线路的巡视周期一般为3个月。

1.2 地面人工巡视辅以带电检测与在线监测

在地面人工巡视的基础上，可采用先进的检测手段如手持终端设备对线路进行检测，获得准确、详细的数据，以便为开展状态评价提供科学依据，在交通不便和线路特殊区段还可采用输电线路在线监测装置辅助巡视[1-2]。2008年南方罕见冰灾之后，电力系统在全国范围内加大了对输电线路在线监测系统的开发研制和推广应用。输电线路在线监测是通过安装在线路上的传感、摄像设备提供线路状态信息，判断输电线路的异常情况，可实现电网集中实时监控。为了减少巡视人员登杆（塔）检查，提高线路巡视效率，保障巡视人员安全，国内于20世纪90年代开始研究智能机器人巡线，可以人工设定巡视路径，并通过搭载的检测系统将检测数据传回后台[3]。

采用地面人工巡视结合带电检测的方式，相对于仅有地面人工巡视的效率有了较大的提高，靠仪器检测能发现肉眼不易发现的缺陷。以红外测温为例，能有效发现发热点，不足的是巡视人员在地面手持红外探测仪器，红外检测质量不高，对塔头部分的金具、销钉、放电间隙和绝缘子、导地线等设备的缺陷仍不易发现[4]。

地面人工巡视与在线监测相结合的方式，在宁波电网防冰雪灾害中起到了重要作用。2013年2月9日，宁波供电公司输电监测中心值班人员通过天宁5475线98号塔上的覆冰监测装置，发现导线及铁塔上有覆冰。值班人员将情况向线路运维单位领导汇报后，线路运维单位立即通知管辖班组组织特巡小组赶往覆冰现场，及时了解现场情况。覆冰监测的有效使用有助于及时准确判断局部区域的覆冰状况，使供电公司在组织人员巡视线路时能更有针对性，对于防范线路雨雪冰冻灾害有很大帮助，同时也大大提高了线路巡视效率。同时，在线监测系统的视频监测设备还能有效发现输电线路通道中的其他施工作业等，以便及时采取措施，防止外力破坏。

1.3 直升机、无人机和人工协同巡检

为进一步提高输电线路的运行维护管理水平和巡检效率，减少巡检人员劳动强度，国家电网公司于2013年推进直升机、无人机和人工协同巡检模式试点，进行三维立体式巡视，主要应用在220 kV及以上线路，特别是500 kV线路华北电网早在2003年就开始直升机巡线首条线路，同时还推出了无人机巡检作业模式[3]。截至目前，通航公司已积累了许多直升机巡线的实际经验。

直升机和无人机巡检多采用远红外热成像仪器和可见光摄像机等先进设备，对线路进行多角度的俯视、侧视检测[3][5]。直升机、无人机巡检输电线路不受地理地形限制，能够发现人工巡视时难以发现的隐蔽性线路故障，并可通过配置的系统进行计算机数据分析。

目前开展直升机、无人机和人工协同巡检方式的试点单位主要有国家电网冀北、辽宁、浙江、湖北和四川电力公司。基于以往直升机、无人机与人工巡视效果的研究分析可以得出，在巡视效果方面，主要从隐蔽性缺陷的发现能力上考虑，直升机与无人机利用机载陀螺稳定的红外成像仪，在发现隐蔽性缺陷时有较大优势，而人工巡视利用手持红外成像仪，由于巡视位置所限，难以全面发现问题；在发现缺陷的位置方面，由于巡视位置与观测角度的差异，人工巡视发现的基面破坏及塔材丢失等问题较多，直升机、无人机巡视发现的导地线、金具、绝缘子问题较多。在平原地区，这2类缺陷问题的数量基本相当，所以适宜采用人工巡视为主、直升机和无人机巡视为辅，而在山区地形中，导地线、金具、绝缘子问题较多也更为严重，同时考虑交通不便带来的影响，对输电线路开展直升机和无人机巡视，巡视效果更好[4][6]。对特高压线路以及重点线路开展直升机、无人机和人工协同工作，将提高电网输电线路安全运行水平和运维管理水平。

直升机巡视可以利用红外成像仪对线路上的导线接续管、耐张管、跳线线夹、导地线线夹、金具、绝缘子等进行红外测试，准确度比地面测试更高。在航巡中运用望远镜、照相机、机载可见光镜头等，可以检查和记录杆塔基础、导地线金具、绝缘子等部件的运行状态，以及线路走廊内的树木生长、地理环境、交叉跨越等情况。对塔上金具连接、绝缘子状况和放电间隙是否合格等高空检测项目，比地面检测检查更准确，可以取代登塔检查。宁波电网的直升机巡线于2011年开始分区段开展，每年巡检1次，500 kV山地线路优先巡视。曾在某次直升机巡线中，通过红外热成像仪发现500 kV海浦5480线6号塔左地线挂点金具发热，发热点温度为51.8℃，而正常情况下对应点温度应为13.7℃，高了38.1℃，当时周围环境温度为13℃，湿度为60%。通过高清可见光摄像机还发现了500 kV胜岩5802线0012号塔下导线小号侧2号子导线U型挂环与延长杆连接螺栓螺母缺失情况。发现这些缺陷后，运维单位立即组织人员消缺并及时消除了隐患。这些缺陷都是因山区线路所处地点、位置、角度、距离限制等原因，人工巡视不易发现的，但采用直升机巡线则取得了良好的效果。但采用直升机巡线也有一些缺点，如检查铁塔螺栓紧固情况比地面检查质量差，且成本较高。

2 通道环境巡视技术

进行通道环境人工巡视，除了基于巡视人员经验的目测以及使用望远镜等辅助设备之外，现大多携带手持检测设备，如激光测距仪，用来测量弧垂、树线距离等数值，红外检测仪用于发现金具局部发热情况，紫外检测仪用于检测电气设备发生局部放电或电晕[1]。目前正在使用的智能机器人巡线，以智能机器人为载体，承载可见光摄像机、红外热成像仪及其它检测仪器，按照设定路线操作的机器人自主移动与巡检，可以将机器视觉系统与GPS系统的信息相融合，具有障碍物检测识别与定位、自主越障、巡检图像和数据自动存储与远程无线传输、无线监控与遥控、后台巡检作业管理与分析诊断等功能[3][6]。

对于交通不便或特殊路段的通道环境巡视，根据《运规》可采用输电线路在线监测系统辅助监控。用于通道环境巡视的主要装置有微气象监测装置、视频图像装置和防报警装置，完成通道环境信息的采集，通过以上装置和在线监测系统，将其中的数据以每20 min获取1次的频度通过无线系统或光缆传回设备状态评价中心，布置在设备状态评价中心的在线监测系统专家软件可以利用模型与现场运行结果来判断输电线路通道情况，并及时预警。其中图像视频装置传回的大多是静止图像，通过图像可以对导线覆冰、不良地质、通道树木生长情况、线路周围施工情况及塔材被盗等线路通道情况进行分析判断，并及时告知巡检人员注意并采取适当措施。

开展直升机、无人机与人工协同巡检，空中和地面巡视相配合，沿线路实行立体式巡视，主要利用直升机和无人机上安装的红外热成像仪、GPS定位仪、高分辨率数码相机和可见光摄像机等，检测导线和地线损伤断股、导线接头温差、绝缘子自爆等线路缺陷[5]。宁波供电公司与宁波市测绘设计研究院于2011年开展输电线路三维可视化与危险点监测研究，该项目采用直升机搭载三维激光雷达，对由宁波供电公司管辖的宁海境内的胜苍5801线、胜岩5802线、宁浦5479线、海浦5480线等4条500 kV输电线路进行电力线路巡线航测，发现可能危险点百余处，通过整理给出危险点类别与确切坐标，并提供相关纵断面与正射影像图，利用航测技术对线路通道内部导线下方的树木及构筑物距离进行精确测量，以指导运维人员安排有针对性的巡视，提高输电线路运维智能化水平，结合人工巡视，利用其易于发现地面问题以及巡检费用不高的特点，发挥不同方式的优点，提高巡检质量和效率，实现经济效益和社会效益提升。

3 通道环境巡视技术应用前景

采用直升机、无人机与人工协同巡检，利用直升机搭载的激光雷达测量系统的快速性、非接触性、穿透性、全天候、高精度、高效等优势，通过飞机航巡，便可获得输电线路高精度三维数据信息[6-7]，依靠全数字、智能化数据处理流程，并结合输电线路在线监测系统，实现对输电线路资料的数字化与可视化。利用三维可视化数字化输电网络、输电线路线路走廊重建、空间距离分析以及自动对植被和房屋等进行安全距离的检测等功能，可以支持运行巡视人员进行全方位可视化的电力线路走廊观察。

通过线路规划设计的静态数据与巡视监测动态数据相结合、在线监测数据与巡视数据同输入、空中与地面巡视数据互补充，可以提供线路通道全过程、无盲区的三维立体数据信息来源，从而使实现真实场景与实时监测于一体的可视化电网成为可能。通过建立适用于多源数据的信息通道和专业数据库，将“大数据”理念引入输电线路，深入数据融合并挖掘数据价值，为开展输电线路状态评价提供坚实的数据支撑。建立云计算平台，布置输电线路模型与专家评价系统，实现电网安全的智能化预警、防治与应急处理，并提出运维策略建议。

4 结语

本文综述了当前输电线路巡视的3种模式和特点，以及输电线路通道环境巡视所采用的技术。展望了通道环境巡视应用前景：采用直升机、无人机与人工协同巡检模式，并结合输电线路在线监测系统，实现对输电网络线路资料的数字化与可视化；运用大数据理念，深入数据融合并挖掘数据价值，通过云计算平台，为开展输电线路状态评价提供坚实的数据支撑和决策建议，从而推进输电线路状态巡视，有利于加强线路通道环境的管理，提升输电线路运维管理水平。

[1]王贤华，李建云.架空输电线路巡线作业机器人的研制[J].机电信息，2013（3）∶146-148.

[2]邵允临，曹晋恩，尚大伟.直升机巡检华北电网超高压输电线[J].中国电力，2003，36（7）∶35-38.

[3]舒印彪，胡毅.特高压交流输电线路的运行维护与带电作业[J].高电压技术，2008，33（6）∶1-5.

[4]谢志武.高压输电线路在线监测技术研究[J].中国电力教育，2013（4）∶180-181.

[5]于德明，沈建，汪俊，等.直升机与人工巡视效果对比分析[J].中国电力，2008，41（11）∶25-28.

[6]尹磊，鲁贵文.机载激光雷达在线路设计中的应用[J].科技创新导报，2013（17）∶65-66.

[7]程国开，汪从敏.关于输电线路状态巡视体系建设的讨论[J].浙江电力，2013（9）∶11-13.

（本文编辑：龚皓）

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

邓元婧（1980-），女，陕西西安人，助理工程师，主要从事电网输电线路状态检修与设备全寿命周期管理的研究工作。