Применение
беспилотных
летательных
аппаратов
для
контроля
состояния
трасс
воздушных
линий
электропередачи
32
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3 (18),
сентябрь
2020
Алена
ТАРАСЕНКО
,
генеральный
директор
ООО
«
Авиационные
роботы
»
Наталья
ХАРИТОНОВА
,
начальник
отдела
НИОКР
и
инноваций
Управления
цифрового
развития
и
инноваций
Департамента
циф
-
ровой
трансформации
ПАО
«
МРСК
Северо
-
Запада
»
Э
лектросетевой
комплекс
России
представлен
сложной
разветвленный
сетью
из
более
чем
полумиллиона
подстанций
35
кВ
и
выше
и
линий
электропередачи
об
-
щей
протяженностью
более
2,3
млн
км
.
При
этом
для
значительной
части
элек
-
тросетевой
инфраструктуры
в
силу
исторических
особенностей
промышленного
и
регионального
развития
страны
в
XX
веке
,
а
также
социальных
и
экономических
процес
-
сов
XXI
века
,
справедливо
утверждение
,
что
большая
часть
электрических
сетей
находит
-
ся
либо
на
труднодоступных
и
удаленных
территориях
,
либо
на
территориях
,
невыгодных
для
сельскохозяйственного
и
промышленного
развития
.
Наряду
со
строительством
но
-
вых
электрических
сетей
под
запросы
потребителей
,
значительная
часть
электросетевой
инфраструктуры
остается
незагруженной
,
но
требующей
регулярного
и
полноценного
обслуживания
[1].
На
фоне
роста
социального
запроса
к
надежности
электроснабжения
и
с
учетом
регуляторных
требований
к
качеству
услуг
по
передаче
электроэнергии
сете
-
вые
компании
ищут
механизмы
повышения
эффективности
своей
деятельности
,
зачастую
испытывая
крайнюю
ограниченность
в
ресурсах
.
Анализ
данных
годовых
отчетов
сетевых
компаний
[2]
за
2018
и
2019
годы
показал
,
что
несмотря
на
регулярное
исполнение
сетевыми
компаниями
производственных
программ
по
расчистке
и
расширению
просек
воздушных
линий
электропередачи
(
ВЛ
),
причинами
значительной
доли
технологических
нарушений
продолжают
оставаться
падения
дере
-
вьев
(
веток
)
из
-
за
воздействия
атмосферных
явлений
.
Необходимо
отметить
,
что
аварийность
,
связанная
с
залесенностью
просек
ВЛ
или
падениями
деревьев
из
-
за
пределов
охранных
зон
ВЛ
в
периоды
неблагоприятных
по
-
годных
явлений
,
актуальна
и
для
зарубежных
электросетевых
компаний
.
Имеется
стойкая
корреляция
между
средней
скоростью
ветра
,
определяемой
по
шкале
Бофорта
и
ростом
количества
отключений
в
электрических
сетях
(
рисунок
1) [1].
Рис
. 1.
Влияние
ветра
на
аварийность
ВЛ
,
связанную
с
падением
деревьев
Количество
отключений
по
причине
падения
деревьев
или
перекрытия
проводов
ветками
деревьев
Скорость
ветра
по
шкале
Бофорта
,
м
/c
Аварийные
отключения
,
вызванные
воздействием
растительности
Прогноз
аварийных
отключений
6,7
11,1
15,6
20,1
24,5
29,0
33,5
Диагностика
и
мониторинг
33
Ввиду
необходимости
минимизации
количества
отклю
-
чений
сетевые
компании
тратят
значительные
средства
на
приведение
просек
ВЛ
к
нормативному
состоянию
.
Данные
мероприятия
в
совокупности
с
необходимым
ремонтом
ВЛ
могут
повлиять
на
снижение
показателей
аварийности
по
некоторым
оценкам
на
65% [4]
от
текущего
уровня
,
при
этом
значительно
повысить
эффективность
планирования
работ
по
расчистке
и
расширению
просек
ВЛ
возможно
путем
при
-
менения
беспилотных
летательных
аппаратов
(
БПЛА
).
Нормативные
документы
,
действующие
в
электро
-
энергетике
,
определяют
периодичность
,
с
которой
должны
проводиться
измерения
расстояний
от
проводов
до
близ
-
лежащих
деревьев
и
измерения
ширины
просеки
— 1
раз
в
3
года
[5].
Данные
измерения
также
могут
выполняться
при
сопутствующих
плановых
и
внеплановых
осмотрах
ВЛ
.
На
основе
оценки
выявленных
на
просеках
ВЛ
нарушений
в
ча
-
сти
несоответствия
их
параметров
ПУЭ
[6],
РД
34.20.504-
94 [7]
и
проектной
документации
составляются
ежегодные
планы
работ
по
расширению
и
расчистке
.
При
наличии
объективных
данных
по
исходному
состоянию
древесно
-
кустарниковой
растительности
в
границах
просеки
,
данных
о
результатах
реализации
мероприятий
по
приведению
просеки
в
нормативное
состояние
,
а
также
на
основе
опыта
эксплуатации
ВЛ
и
данных
региональных
таксационных
нор
-
мативов
(
скорости
прироста
древесно
-
кустарниковой
расти
-
тельности
),
возможно
многолетнее
планирование
работ
по
расчистке
и
расширению
.
В
современных
реалиях
с
увеличением
загрузки
произ
-
водственного
персонала
,
обусловленной
как
ростом
коли
-
чества
условных
единиц
,
так
и
необходимостью
реализации
все
большего
объема
работы
по
обслуживанию
электросе
-
тевого
оборудования
,
уделять
должное
внимание
контролю
состояния
просек
ВЛ
становится
все
труднее
,
а
труднодо
-
ступность
и
удаленность
протяженных
линейных
объектов
требует
все
большего
времени
и
операционных
затрат
на
проведение
осмотров
.
Опыт
применения
сетевыми
компа
-
ниями
БПЛА
для
оценки
объемов
вырубки
древесно
-
кустар
-
никовой
растительности
в
границах
охранных
зон
ВЛ
под
-
твердил
возможность
полноценного
применения
данной
технологии
,
в
том
числе
при
подготовке
проектно
-
сметной
документации
на
работы
по
расширению
.
По
мере
постепенного
внедрения
БПЛА
для
реализа
-
ции
задач
мониторинга
состояния
ВЛ
сетевые
компании
часто
задаются
вопросом
определения
объема
работы
,
который
может
быть
выполнен
в
рамках
одного
облета
,
а
также
вопросом
выбора
технологии
получения
данных
(
применение
ортофотопланов
,
спутниковых
снимков
или
лазерного
сканирования
).
На
начальном
этапе
развития
технологий
дистанцион
-
ного
зондирования
земли
ряд
задач
по
мониторингу
ВЛ
мог
быть
выполнен
только
с
помощью
лазерного
скани
-
рования
,
стоимость
таких
работ
была
значительна
ввиду
необходимости
применения
дорогостоящей
диагности
-
ческой
аппаратуры
и
вертолета
в
качестве
ее
носите
-
ля
.
Особенности
технологии
накладывали
ограничения
на
ее
масштабирование
и
делали
такую
работу
целе
-
сообразной
только
для
труднодоступных
линий
.
Развитие
специализированной
диагностической
техники
позволило
использовать
в
качестве
ее
носителя
БПЛА
и
выполнять
задачи
мониторинга
ВЛ
,
снизив
их
стоимость
,
при
прием
-
лемом
уровне
точности
,
а
текущий
уровень
развития
тех
-
нологий
дистанционного
зондирования
земли
позволяет
применять
для
мониторинга
ВЛ
фотографии
с
космиче
-
ских
спутников
.
При
сопоставлении
стоимости
,
объема
и
точности
данных
,
оперативности
их
получения
,
в
текущей
момент
времени
наиболее
оптимальной
технологией
для
монито
-
ринга
ВЛ
представляется
использование
ортофотопла
-
нов
и
данных
,
получаемых
с
полезной
нагрузки
БПЛА
.
(
рисунки
2
и
3).
Кроме
того
,
применение
беспилотных
летательных
аппаратов
позволяет
решать
вопросы
контроля
состоя
-
ния
воздушных
линий
в
комплексе
,
включая
состояние
ее
отдельных
элементов
.
Данные
,
получаемые
по
результатам
обработки
мате
-
риалов
съемки
с
БПЛА
,
могут
предоставляться
в
форматах
,
Рис
. 2.
Пример
ортофотоплана
Рис
. 3.
Пример
представления
параметров
ВЛ
по
результатам
облета
БПЛА
Табл
. 2.
Перечень
дефектов
,
определяемых
с
помощью
технологии
дистанционного
зондирования
Элемент
Дефект
БПЛА
Лазерное
сканиро
-
вание
Спутниковый
мониторинг
НТД
Опора
Недопустимый
выход
из
створа
(
поперек
оси
линии
)
да
да
визуально
РД
34.20.504-94,
таблица
4.4
п
. 2
Отклонение
опоры
вдоль
оси
линии
от
проектного
пикета
да
да
нет
РД
34.20.504-94,
таблица
4.4
п
. 3
Расположение
опоры
менее
4
м
от
кромки
проезжей
части
да
да
*
—
Наличие
под
опорой
деревьев
и
кустарников
ближе
4
м
да
да
*
—
Пролет
Нарушение
габарита
до
поверхности
земли
,
сооружений
,
дорог
,
рек
да
да
нет
РД
34.20.504-94,
приложение
9
п
. 2
Нарушение
расстояния
между
проводом
и
тросом
да
да
нет
ПУЭ
-7,
таблица
2.5.16
Наличие
сооружений
в
охранной
зоне
да
да
да
—
Наличие
под
проводами
деревьев
и
кустарников
меньше
4
м
да
да
только
наличие
растительности
—
Наличие
под
проводами
деревьев
и
кустарников
выше
4
м
да
да
только
наличие
растительности
—
Ширина
просеки
ВЛ
не
соответствует
нормативной
да
да
*
ПУЭ
-7,
таблица
2.5.21
*
В
стадии
разработки
и
опытно
-
промышленной
эксплуатации
.
Табл
. 1.
Перечень
параметров
ВЛ
,
доступных
для
определения
с
помощью
технологии
дистанционного
зондирования
Параметр
ВЛ
Точность
БПЛА
Лазерное
сканиро
вание
Спутниковый
мониторинг
Координаты
центров
опор
0,05
м
0,05
м
4
м
Длина
пролета
0,05
м
0,05
м
Стрела
провеса
провода
каждой
фазы
0,25
м
0,05
м
не
определяется
Габариты
провода
каждой
фазы
0,25
м
0,05
м
не
определяются
Высота
подвеса
провода
каждой
фазы
0,25
м
0,05
м
не
определяется
Расстояние
между
фазами
(
в
том
числе
для
линий
в
двухцепном
исполнении
) 0,25
м
0,05
м
не
определяется
Расстояние
между
проводом
и
пересекаемым
объектом
(
сооружение
,
дорога
,
река
)
для
каждой
фазы
0,25
м
0,05
м
не
определяется
Наличие
грозотроса
да
не
опре
деляется
Площади
,
занятые
кустарниковой
и
дре
весной
растительностью
в
разбивке
по
высотам
от
1
м
до
6
м
и
более
,
с
дискретностью
1
м
Не
более
10%
от
общей
фактической
площади
зон
Отдельно
стоящие
деревья
в
границах
охранной
зоны
да
нет
*
Средняя
стоимость
обследования
за
километр
ВЛ
4500
руб
.
20 000
руб
.
*
*
Стоимость
зависит
от
наличия
снимков
территории
,
по
которой
проходит
ВЛ
в
архиве
спутникового
оператора
и
их
формата
.
При
наличии
архивных
снимков
стоимость
услуги
по
предоставлению
обработанного
материала
сопоставима
и
может
быть
ниже
стоимости
материалов
обследования
,
полученных
с
применением
БПЛА
.
34
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3 (18),
сентябрь
2020
Диагностика
и
мониторинг
Табл
. 3.
Используемое
оборудование
,
параметры
и
задачи
Тип
нагрузки
Параметры
Применение
Видеокамера
гиростабилизированная
платформа
,
разрешение
720×576
пикс
.
либо
HD (1920×1280)
с
60/20/10-
кратным
оптическим
увеличением
•
плановый
мониторинг
ВЛ
•
оперативная
локализация
дефектов
Фотоаппарат
гиростабилизированная
платформа
,
разрешение
24
Мп
./42
Мп
.,
центральный
затвор
и
полноразмерная
матрица
•
плановый
мониторинг
ВЛ
•
оперативная
локализация
дефектов
•
подготовка
ортофотопланов
для
анали
-
за
параметров
и
дефектов
ВЛ
Тепловизор
гиростабилизированная
платформа
,
разрешение
640×512
пикс
.
(60
мм
),
режим
изотермы
,
встроенные
цифровые
фильтры
и
плав
-
ное
8-
кратное
цифровое
увеличение
•
локализация
дефектов
соединительных
шлейфов
фаз
ВЛ
Ультрафиолетовая
камера
разрешение
2048×2048
пикс
.,
размер
пикселя
11×11
мкм
,
КМОП
матрица
обратной
засветки
,
фотоприемник
RT-2400UV
•
локализация
дефектов
изоляции
ВЛ
Лидар
класс
лазера
1,
расстояние
измерения
3–920
м
,
максимальная
скорость
сканирования
500 000
измерений
в
секунду
,
максималь
-
ная
линейная
скорость
сканирования
200
линий
в
секунду
,
сектор
сканирования
330
град
.
•
плановый
мониторинг
ВЛ
•
оперативная
локализация
дефектов
ВЛ
35
удобных
для
их
передачи
в
автоматизированные
системы
управления
производственными
активами
без
дополнитель
-
ных
преобразований
,
что
в
значительной
степени
влияет
на
их
качество
,
достоверность
и
скорость
внесения
в
корпора
-
тивные
информационные
системы
предприятия
.
Контроли
-
руемые
параметры
ВЛ
и
дефекты
,
анализ
которых
возможен
путем
применения
технологий
дистанционного
зондирова
-
ния
земли
,
представлены
в
таб
лицах
1
и
2.
Для
работ
по
контролю
просек
ВЛ
применяются
БПЛА
самолетного
типа
,
оснащенные
фотофиксирующим
и
спе
-
циализированным
диагностическим
оборудованием
(
таб
-
лица
3).
Технология
выполнения
работ
по
созданию
ортофото
-
плана
и
анализу
параметров
и
дефектов
ВЛ
представляет
собой
следующую
последовательность
действий
.
Фото
-
снимки
обрабатываются
в
специализированном
программ
-
ном
обеспечении
.
Фотограмметрическая
обработка
вклю
-
чает
в
себя
выравнивание
снимков
,
построение
плотного
облака
точек
,
матрицы
высот
и
ортофотоплана
.
Ортофото
-
план
представляет
собой
фотоснимки
на
точной
геодезиче
-
ской
основе
,
объединенные
в
фотоплан
местности
.
Далее
проводится
векторизация
ортофотопланов
,
определение
точных
координат
центров
опор
,
проводов
,
площадей
,
за
-
нятых
кустарниковой
и
древесной
растительностью
,
анализ
параметров
и
дефектов
ВЛ
.
Часть
данной
работы
делается
при
помощи
программной
обработки
,
а
часть
—
вручную
.
При
планировании
работ
по
контролю
трасс
просек
ВЛ
следует
учитывать
погодные
ограничения
применения
лю
-
бой
летательной
техники
.
К
ним
относятся
снижение
грани
-
цы
облаков
ниже
300
метров
,
наличие
тумана
,
сильного
,
по
-
рывистого
,
непостоянного
по
направлению
ветра
скоростью
выше
15
м
/c,
снежного
покрова
более
10
см
,
опасные
метео
-
явления
(
град
,
гроза
,
снегопад
).
Также
немаловажен
факт
законодательных
особен
-
ностей
организации
работы
по
аэрофотосъемке
.
Для
легального
и
полноценного
использования
материалов
в
обязательном
порядке
проводятся
согласования
поле
-
тов
с
контролирующими
и
надзорными
органами
:
Глав
-
ным
оперативным
управлением
Генерального
штаба
вооруженных
сил
РФ
,
штабом
военного
округа
,
терри
-
ториальным
управлением
ФСБ
РФ
,
районным
подраз
-
делением
пограничной
службы
(
при
необходимости
),
местными
органами
исполнительной
власти
и
Госу
-
дарственной
корпорацией
по
организации
воздушного
движения
в
РФ
.
Экспертиза
материалов
(
контрольный
просмотр
аэрофотоматериалов
)
должны
проводиться
в
штабе
военного
округа
с
целью
установления
грифа
ма
-
териалов
до
их
обработки
и
передачи
в
электросетевую
компанию
.
Эффекты
,
которые
могут
достигаться
применением
БПЛА
при
контроле
состояния
трасс
ВЛ
,
зависят
от
объемов
используемых
технологий
,
протяженности
трасс
линий
,
ко
-
личества
определяемых
параметров
,
периодичности
про
-
ведения
облетов
.
Экономические
эффекты
определяются
совокупными
затратами
на
расширение
,
расчистку
и
обходы
ВЛ
в
соотношении
с
затратами
на
облет
.
По
опыту
примене
-
ния
БПЛА
в
электросетевом
комплексе
можно
утверждать
,
что
данная
технология
позволяет
обеспечить
необходимый
уровень
качества
планирования
и
контроля
работ
по
под
-
держанию
ВЛ
и
просек
в
нормативном
состоянии
и
окупае
-
мость
применения
технологии
.
Эффект
применением
БПЛА
при
контроле
состоя
-
ния
трасс
ВЛ
может
быть
усилен
их
использованием
для
комплексного
обследования
ВЛ
в
рамках
периодических
осмотров
и
при
проектно
-
изыскательских
работах
.
Для
этого
используются
квадрокопетры
промышленного
ис
-
36
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3 (18),
сентябрь
2020
Рис
. 4.
Дефекты
,
обнаруженные
с
помощью
БПЛА
:
а
)
отклонение
поддерживающей
подвески
более
100
мм
;
б
)
расплетение
проволок
грозотроса
;
в
)
недопустимое
загнивание
;
г
)
не
затянут
поддерживающий
зажим
а
)
б
)
полнения
,
с
полезной
нагрузкой
в
виде
фотоаппарата
и
тепловизора
.
Комплексное
обследование
ВЛ
БПЛА
позволяет
получить
объективную
информацию
о
состо
-
янии
ее
элементов
:
опор
,
изоляции
,
арматуры
,
проводов
и
грозотроса
.
Возможность
получения
снимков
опоры
с
разных
ракурсов
(
рисунок
4),
с
высоким
разрешением
,
а
также
снимков
элементов
опор
и
пролетов
в
инфракрас
-
ном
диапазоне
позволяют
с
высокой
степенью
вероятно
-
сти
идентифицировать
более
90%
возможных
дефектов
ВЛ
и
определить
техническое
состояние
линий
.
Процесс
обработки
снимков
в
настоящий
момент
выполняет
-
ся
преимущественно
в
ручном
режиме
,
а
программное
обеспечение
,
позволяющее
проводить
автоматическую
идентификацию
дефектов
,
еще
находится
в
разработке
в
различной
степени
готовности
.
Производительность
БПЛА
при
проведении
комплексного
обследования
с
под
-
готовкой
отчетных
материалов
,
в
том
числе
в
формате
,
пригодном
для
использования
в
СУПА
,
достаточно
вели
-
ка
(
до
50
опор
в
день
).
ЛИТЕРАТУРА
1.
Глава
«
Россетей
»:
привлечь
частные
средства
в
отрасль
—
это
одна
из
за
-
дач
. URL: https://www.rosseti.ru/press/
news/index.php?ELEMENT_ID=34077.
2.
Годовые
отчеты
.
ПАО
«
Россети
». URL:
http://www.rosseti.ru/investors/info/year/.
3. Effect of Wind in the Utility Forest. URL:
https://www.tdworld.com/vegetation-
management/article/21120419/effect-of-
wind-in-the-utility-forest.
4. DTE Energy's Critical Infrastructure Work
to Improve Reliability. URL: https: //www.
tdworld.com/vegetation-management/
article/21125656/dte-energys-critical-
infrastructure-work-to-improve-reliability.
5.
Приказ
Минэнерго
РФ
от
19
июня
2003
г
.
№
229 «
Об
утверждении
Правил
техни
-
ческой
эксплуатации
электрических
станций
и
сетей
Российской
Федера
-
ции
» (
с
изменениями
и
дополнения
-
ми
),
п
. 5.7.16. URL: https://base.garant.
ru/186039/.
6.
Правила
устройства
электроуста
-
новок
(
ПУЭ
).
Издание
7. URL: http://
www.consultant.ru/document/cons_doc_
LAW_98464.
7.
РД
34.20.504-94.
Типовая
инструкция
по
эксплуатации
воздушных
линий
элек
-
тропередачи
напряжением
35–800
кВ
.
URL: https://www.ti-ees.ru/
fi
leadmin/f/acti-
vity/laws/rd_34_20_504-94.pdf.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Применение
БПЛА
для
контроля
состояния
трасс
ВЛ
явля
-
ется
перспективной
и
развивающейся
технологией
,
позволя
-
ющей
сетевой
компании
в
значительной
степени
повысить
качество
и
эффективность
планирования
работ
.
Данные
,
получаемые
по
результатам
облетов
,
могут
быть
представ
-
лены
в
форматах
,
пригодных
для
использования
в
автома
-
тизированных
системах
управления
производственными
активами
.
Использование
технологий
дистанционного
зон
-
дирования
земли
при
мониторинге
состояния
ВЛ
позволяет
пересмотреть
подходы
к
их
техническому
обслуживанию
,
а
при
адекватной
организации
бизнес
-
процесса
оказать
существенный
эффект
на
повышение
надежности
и
на
сни
-
жение
как
операционных
,
так
и
капитальных
затрат
сетевой
компании
.
Повышение
качества
планирования
и
качества
приемки
работ
дают
значительный
эффект
,
позволяющий
окупить
затраты
,
связанные
с
применением
БПЛА
для
мо
-
ниторинга
состояния
ВЛ
,
а
также
сделать
очередной
шаг
на
пути
цифровизации
электросетевого
комплекса
.
в
)
г
)
Диагностика
и
мониторинг
Оригинал статьи: Применение беспилотных летательных аппаратов для контроля состояния трасс воздушных линий электропередачи
Электросетевой комплекс России представлен сложной разветвленный сетью из более чем полумиллиона подстанций 35 кВ и выше и линий электропередачи общей протяженностью более 2,3 млн км. При этом для значительной части электросетевой инфраструктуры в силу исторических особенностей промышленного и регионального развития страны в XX веке, а также социальных и экономических процессов XXI века, справедливо утверждение, что большая часть электрических сетей находится либо на труднодоступных и удаленных территориях, либо на территориях, невыгодных для сельскохозяйственного и промышленного развития. Наряду со строительством новых электрических сетей под запросы потребителей, значительная часть электросетевой инфраструктуры остается незагруженной, но требующей регулярного и полноценного обслуживания. На фоне роста социального запроса к надежности электроснабжения и с учетом регуляторных требований к качеству услуг по передаче электроэнергии сетевые компании ищут механизмы повышения эффективности своей деятельности, зачастую испытывая крайнюю ограниченность в ресурсах.
