影响高压输电线路红外检测精度的因素及对策

影响高压输电线路红外检测精度的因素及对策

贾爱平

国网山西省电力公司阳泉供电公司 山西 阳泉 045000

摘要：为提高输电线路运行检测效率，提出了一种基于无人机红外技术的检测方法。通过构建一套无人机机载红外云台检测系统，实现了绝缘子温度的准确、高效在线监测。以单回路单基直线杆塔为例，介绍了无人机巡检过程中的操作流程，并提出了数据采集完成后基于数据归集和红外智能分析的后期数据处理方法。

关键词：无人机；红外检测；线路

引言

随着我国电力需求的不断增加，我国电网的规模和输送能力日益壮大。架空输电线路作为电网的重要组成部分，其建设与社会经济发展紧密关联。随着架空线路投运时间的增长，线路各元器件都出现了不同程度的老化、劣化。而线路作为架空输电线路的重要组成部件，承担着线路电压和机械应力的综合作用。受潮湿环境、酸雨酸雾、电晕放电等因素影响，绝缘子内部芯棒极易因酸蚀、电蚀而导致护套内部产生局放发热现象，此情况发生后将加速芯棒老化、劣化，发生酥朽，进而导致绝缘子运行下降，在恶劣工况下还可能发生断串、掉线事故，后果不堪设想。为此，如何采取经济有效的方法实现线路老化状态的高效可靠评估对提高线路运行的可靠性和安全性有着非常重大的意义。

１ 影响高压输电线路红外检测精度的因素

目前，对线路老化的检测主要通过憎水性检测、拉力检测和温度检测手段实现。憎水性检测是通过复合绝缘子伞裙表面憎水性强弱来判断其表面防污闪能力的，是目前广泛应用的线路老化状态分析方法。检修人员搭载云梯或攀爬杆塔对目标绝缘子进行喷水作业，通过观察水滴在绝缘子伞裙表面的分布形态，对比分级判据和标准图片，得到绝缘子表面的憎水性状态。这种人工登塔的作业模式实施成本低、操作简单，但安全性低、主观依赖性强、效率和准确性得不到保障。拉力和温度检测主要目的是验证绝缘子的运行。拉力检测是离线情况下对线路进行拉伸负荷试验，测试其破坏拉力值，进而检测其运行。这种方法是一种强制性测试法，并且需要在非带电在运情况下操作，具有很大的局限性。而温度检测是通过在线测试绝缘子芯棒局部放电发热情况来反映其运行的，传统的测温技术主要是人工手持式红外测温。然而，线路发热具有方向性和观测角度的局限性，导致手持式红外测温也尚未广泛应用。

２ 系统结构

随着无人机在民用领域应用日益广泛，无人机巡检输电线路技术已发展成一种高效、低成本、低风险的空中巡检技术，是提升输电线路运行可靠性的重要手段之一。当下，采用无人机进行线路巡检、线路架设和污秽清理等已进入推广应用阶段。多旋翼无人机是一种机动性强、稳定性高、敏捷安全、操作简便的飞行平台。针对线路温度检测，采用无人机搭载红外检测设备的方案替代原有的人工手持，可兼顾检测准确、高效、安全和灵活。本文以大疆Ｍ２１０ＲＴＫ多旋翼无人机为飞行平台，搭载热成像传感器和可见光传感器，研制出适用于无人机搭载的红外温度检测装置。该装置集成了红外测温、可见光成像、频率调节、无线遥控等功能。无人机红外检测装置可分为飞行平台、红外测温、辅助测量及无线通信。

（１）飞行平台采用大疆Ｍ２１０ＲＴＫ多旋翼无人机，内置高性能ＲＴＫ模块，采用双冗余ＩＭＵ设计和气压计，提升安全性，提供敏捷、稳定、安全的飞行性能，抗电磁干扰能力强，即使输电塔产生强大的磁场，无人机也能确定方向，并能在近距离检查输电塔时维持稳定的飞行状态。

（２）红外测温部分可通过搭载ＸＴ２红外云台测量绝缘子温度和采集红外图像。ＸＴ２云台采用ＦＬＩＲ非制冷氧化钒热成像传感器，可同时录制、传输热成像，分辨率可达６４０×５１２，灵敏度小于５０ＭＫ，采用１９ｍｍ镜头，可保证无人机在距离绝缘子１０ｍ即可取得细节丰富、清晰的红外影像。

（３）辅助部分主要是可见光传感器，可采集、录制可见光影像，巡检人员可在安全距离处通过Ｚ３０高倍率变焦相机查看绝缘子细节。

（４）无线通信部分基于数传图传系统实现整个装置的远程无线控制。其任务主要包括测量数据的实时发送和地面遥控指令的及时响应。通信模块采用ＯｃｕＳｙｎｃ２．０图传系统，信号传输距离最远可达７～８ｋｍ。遥控器可在２．４ＧＨｚ与５．８ＧＨｚ双频段间自动切换，大幅增强抗干扰能力和图传稳定性。

３ 无人机巡检流程

本文以单回路直线杆塔巡检为例，对无人机巡检的一般作业流程进行介绍。

（１）明确红外巡检任务，确定红外巡检对象，如金具、线路、瓷质绝缘子等。

（２）收集巡检线路资料，确定巡检线路名称、电压等级、杆塔类型、巡检杆塔范围等。

（３）进行现场勘察，了解巡检线路情况、地形（平原、丘陵、山地等）、地貌（林区、河流等）、气象环境、植被分布、周边障碍物、构筑物、空中管制情况、起降场。

（４）制定飞行作业计划，确定无人机红外巡检系统、作业人员要求、安全要求、气象要求、维护保养要求等。红外巡检尤其要做好现场资料记录，包括地形地貌、作业现场情况、相机参数设置、实际飞行情况（实时记录），飞行过程记录、起降场地、空中管制情况、飞行作业时间等。

（５）进行旋翼无人机红外巡检作业，根据现场作业情况调整无人机拍摄位置、拍摄角度，拍摄照片质量需满足要求。

（６）对红外影像进行数据处理和分析，对同类型设备目标点间的温差、不同类型设备间的温差进行分析对比。

（７）输出分析报告，若出现异常情况，则及时上报相关情况。

４ 后期数据处理

目前，无人机巡检作业已成为输电线路智能巡检的重要方式，然而无人机在巡检过程中拍摄的大量数据资料，其信息还存在不清晰、不规范、不全面、不一致、较混乱等问题，因此有必要对现场采集的大量离散型数据进行标准化编码和归类，建立完整、详实的数据归集分析体系。在对现场采集的数据进行标准化归集的基础上，通过红外分析软件进行数据智能分析，构建大量信息丰富的红外图谱数据库，实现部位和缺陷的标准化描述和标注，而后生成报告输出，最终为实现绝缘子的全寿命周期管理提供基础数据。近年来，随着图像识别处理技术的发展，红外数据处理的智能化水平也逐渐提高，已可做到自动识别部分目标设备并进行缺陷分析。

后期数据处理的具体流程如下。

（１）将红外数据进行归类整理，筛选出合格的红外影像照片。

（２）将红外数据进行重命名，与拍摄设备对应起来。

（３）将需要分析的数据导入照片到Ｆｌｉｒｔｔｏｏｌｓ。

（４）调整外部参数，如辐射率、反射温度、距离、相对湿度等。

（５）获得输电线路设备上的目标位置温度、设备其他位置参考温度。

（６）对同类型设备目标点间的温差、不同类型设备间的温差进行分析对比。

（７）输出分析报告，若出现异常情况，则及时上报相关情况。

５ 结语

本文从实际工程需求出发，提出了一种基于无人机红外检测技术的线路温度检测方法，实现了线路运行检测的无人机化，克服了传统人工登高作业模式的弊端，提升了线路检测的效率和安全。同时，基于数据归集和红外分析软件可建立大量标准化红外图谱，为输电线路绝缘子的故障诊断提供了基础和依据。

参考文献

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［２］甘永叶．线路运行发热及热老化机理研究［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１７．

［３］廖国虎，黄欢，罗洪，等．线路憎水性在线检测技术研究［Ｊ］．电测与仪表，２０１５（１４）：５９－６５．

［４］ＤＬ／Ｔ６６４—２００８带电设备红外诊断应用规范［Ｓ］．