无人机+数字射线：在役输电线路耐张线夹压接质量检测技术

浏览量：233次发布时间：2025年03月07日 A+A A- A+A A-

输电线路耐张线夹承受输电线路整个耐张段的导线张力，并承受工作电流，其压接质量直接关系到输电线路的安全稳

定。耐张线夹存在压接质量缺陷易导致局部发热、导线损伤、金具或导线断裂甚至掉线。

耐张线夹压接质量的常用检测方法有X射线法（胶片、数字射线）、外形尺寸测量法、超声波探伤法等。对于输电线

路耐张线夹的定期检测，常采用数字射线法，其通过运检人员登塔出线的方式，将数字射线检测（DR）系统挂载在耐

张线夹处，通过远程操控、检测图像实时回传的方式实现质量的检测。但这种人工作业方式存在高坠风险大、辐射防

护困难、作业效率低等弊端。

近年来，无人机挂载光学相机、红外成像、激光雷达等载荷装置对导线、绝缘子、金具等输电设备进行巡检工作已成

为架空输电线路不可或缺的日常运维手段。随着数字射线检测技术的不断发展，脉冲式X射线机趋于小型化、轻量化，

且可由电池供电，具有可以远程无线操作、数字成像板和射线机可以联动控制的优势。

硬件设备的发展必然带来作业方式的变革，采用无人机挂载数字射线检测系统对在役输电线路耐张线夹压接质量进行

检测是解决人工登塔作业高坠风险难题的一种途径。

1-耐张线夹的数字射线检测技术

耐张线夹有压缩型、螺栓型、楔型、预绞式四种结构型式。

耐张线夹的工作原理是采用不同方式增大线夹和导线的摩擦力，以实现将导线张紧的功能。其中，压缩型线夹需要将

钢锚与导线内部钢芯压接、铝管和导线外层铝线压接，使线夹和导线成为整体。

从工作原理上来看，压缩型线夹在安装过程中会有较大机械变形，且缺陷相对更隐蔽，需要在安装过程、运行期间进

行内部缺陷的检测。

压缩型耐张线夹结构如图1所示，按压接位置可以分为A，B，C三个区域（部分标准按照1，2，3区域划分），其中A

区为钢锚防滑槽与铝管压接区，B区为不压区，C区为导线与铝管压接区。

图1 压缩型耐张线夹结构示意

耐张线夹压接质量射线检测工艺依据国网企标Q/GDW 11793—2017《输电线路金具压接质量X射线检测技术导则》

执行。

2-无人机挂载专用工装设计

采用无人机替代人工作业，首先要考虑无人机的承载力和续航时间，其次要通过专用挂载工装的结构设计来降低飞手

操作难度，最后尽可能适应不同塔型、不同导线的检测。

01 多旋翼无人机选择

由于DR检测系统和专用工装质量较大，整套检测装置质量可达10~15 kg，故需要选择大载重无人机。目前大载重无

人机多用于快递运输、农业植保等领域，综合考虑价格等因素，可以针对市面上的植保无人机进行改装。

国内植保无人机排名靠前的生产厂家有大疆DJ、极飞XAG、全丰航空、拓攻TopGun、极目EAVISION等。

对比分析并综合考虑设备价格、改装难易程度等，最终选择拓攻TG26型植保无人机。整机重量24.2 kg（不含电池），

最大起飞重量59.5 kg，最大轴距2034 mm，外形尺寸（机臂展开，桨叶展开） 2660 mm×2474 mm×780 mm，悬

停精度（启用RTK定位）：水平±10 cm，垂直±10 cm，满载悬停时间9 min。

02 数字射线系统选择

DR检测系统主要包括数字成像板、脉冲射线机、移动工作站、信号传输设备、电池以及其他配件等。其中脉冲射线机

是产生X射线的设备，数字成像板是接收穿过被检件的射线并将其转化为图像信号的设备，是项目中的关键设备。

在我国数字射线检测产品市场，进口厂商占据了主要高端市场，国内生产厂商主要占据中低端市场。

在工业应用领域，各厂商产品以工频射线机为主，便携式脉冲射线机以美国高登的XR系列为主，考虑射线机穿透力及

质量，选择XRS3型脉冲射线机。其最高电压270 kV，重量5.4 kg，电池供电，无线遥控。

数字成像板的功能是接收X射线信号并将其转化成数字化的图像信号，通过无线方式传输给地面的移动工作站，从而实

时显示耐张线夹内部结构。采用京东方1417型数字成像板，其有效成像尺寸为443 mm×365 mm，无线传输距离不低

于100 m，质量约3 kg。

03 工装设计

设计专用挂载工装时应遵循以下原则：

① 结构尽量简单，在减轻质量的同时还应避免其被导线、金具等勾缠住；

② 适应不同类型导线，避免垂直双分裂导线的下方导线的遮挡；

③ 通过结构设计降低挂载时的操作难度；

④ 可在地面起降，无需专用起落架；

⑤ 成像板等脆弱部位要加强防护；

⑥ 适用于不同DR检测系统，有一定通用性。

基于以上考虑，设计并加工制作了用于无人机挂载的专用装置，如图2所示。

图2 专用挂载装置设计图及其实物

① 开放式结构主体；② 数字成像板保护组件；③ 可移动挂耳；④ 防脱挂钩；⑤ 脉冲射线机挂载组件；⑥ 可移动横担；⑦ 成像板固定件；⑧ 倾斜滑块

经称量该结构质量约为5.3 kg。由于采用了倾斜照射的方式，在检测耐张塔大号侧和小号侧耐张线夹时，需要无人机飞到导线的不同侧挂载。

如检测同塔双回线路左线小号侧线夹（从小号侧面向大号侧，左侧线路）时，无人机从导线左侧靠近导线并将整套检测装置挂载在导线上。检测左线大号侧线夹时，就需要从导线右侧靠近导线，也就是说无人机需要从同塔双回线路中间穿过，安全风险较大。

为避免这种风险，专用挂载装置有两种组装方式，如图3所示，变更组装方式时仅需将上半部分拆卸下来更换一个方向即可。

图3 专用挂载装置的两种组装方式示意

该专用挂载装置和多旋翼无人机之间通过软绳连接，射线机和数字成像板都经过了加固保护，可以在地面、农田等环境下垂直起降。多旋翼无人机射线检测过程如图4所示。

04 FPV飞行技术

由于耐张线夹数字射线检测的特殊性，需要将检测装置挂载在导线或耐张线夹上，使数字成像板紧贴待检测耐张线夹。由于整套装置体积、质量都较大，如何克服天空背景下存在视觉误差、距离估算难度大等困难，在不触碰输电铁塔或导线前提下，操作翼展较大的无人机将检测装置精确挂载在导线或耐张线夹上成为制约耐张线夹无人机射线检测的难题之一。

第一人称视角（FPV）飞行技术是通过无人机搭载实时第一视角图像模块辅助控制无人机飞行的一种技术。采用第一人称视角的飞行模式，可以提供给无人机操作手更为直观的图像，更大的视场角和更强的操作性，方便无人机操作手在临近设备时进行观察和避障。

采用FPV飞行技术辅助挂载，所用的飞行眼镜及佩戴演示如图5所示。在实际检测过程中，无人机操作手首先操作多旋翼无人机，提升其高度至待检测线夹附近，然后佩戴FPV眼镜，以第一视角操作无人机将检测装置挂载在导线上。

图5 FPV所用的飞行眼镜及佩戴演示

专用挂载装置经过结构设计，当左侧挂钩紧贴耐张线夹管口处时，数字成像板刚好可以覆盖住线夹待测部位，第一视角挂载及检测过程如图6所示。

图6 第一视角挂载及检测过程

3-工程应用

01 相线线夹停电检测

经过试验验证检测可行性后，结合停电检修在多条220 kV、110 kV输电线路上进行了工程应用，共检测线夹63个，发现存在缺陷线夹15个。

某线夹停电工况下的射线检测结果（未处理）如图7所示，图中上下两根横向影像为专用挂载装置的支撑钢管结构，可以看出该线夹存在的缺陷为防滑槽漏压两槽。

图7 某相线线夹停电工况下的射线检测结果

02 地线线夹带电检测

某1000 kV线路在日常巡检中发现#211号塔地线压接式耐张线夹外表面铝合金存在开裂、剥落现象。为确定线夹内部钢锚是否存在弯曲、损伤、腐蚀减薄等缺陷，对该地线线夹进行了带电检测。由于该线夹长度较长，采取分段检测方式。地线线夹实物、检测过程及结果如图8所示。

图8 地线线夹实物、检测过程及结果

从检测结果来看，其铝衬管部分及外部线夹铝管处无明显开裂、缺失等现象，钢锚压接部分无明显变形、开裂现象，

但外部线夹铝管存在明显缺失现象，和目视检测结果一致。

4-技术对比

上述对自研的专用检测工装进行了试验验证和工程应用，取得了良好的成效。但无人机检测过程中，飞机旋翼会带来

一定的扰流振动，且工装结构设计时采用了偏心透照法，可能会影响数字射线成像质量，因此有必要对“无人机+数

字射线”作业方式和传统登高作业方式进行技术对比。

01 检测质量对比

采用上述的射线机和数字射线成像板，分别以无人机作业的倾斜透照方式和人工登塔作业的垂直透照方式对同一个耐

张线夹进行检测。

为了验证检测灵敏度，采用了铝合金13号线型像质计，即像质计线号为13-19（13号像质计丝直径为0.20 mm，19号

像质计丝直径为0.05 mm），像质计置于成像板侧。其垂直透照与倾斜透照的检测结果对比如图9所示。

图9 同一线夹垂直透照与倾斜透照检测结果对比

可以看出，该耐张线夹钢锚防滑槽存在1处漏压，为严重缺陷；管口处铝线存在松股，为一般缺陷；两种技术成像质量相差不大，均能看到完整的19号像质计。

02 检测效率对比

传统人工登高检测作业，需要两名登高人员登塔作业，两名地面辅助人员协助起吊检测设备，一名射线工作人员操作射线机进行检测作业。不同基塔的检测时间和铁塔类型、耐张线夹类型有关，一般情况下检测一座基塔平均需要1~2小时。

“无人机+数字射线”检测作业，需要两名飞手，一名射线工作人员操作射线机进行检测作业。根据工程应用经验来看，一块电池续航时间约8~10分钟，预留出约30%电量用于返航，一次飞行用于检测的时间约7分钟，可以完成三处耐张线夹检测。对于单分裂线夹，完成一座基塔的检测约需要15分钟。

人工登高与无人机作业方式对比如下：

5-局限性及发展方向

01 铁塔类型局限

上述采用的检测装置理论上适用于不同塔型、不同分裂导线的检测，但由于射线检测需要一定焦距，检测装置和无人机通过柔性连接，整套装置长度较长，在检测不同塔型的线夹时存在一定局限性。输电线路常见塔型如图10所示。

图10 输电线路常见塔型

从塔型、导线分布情况看，酒杯型、猫头型、上字型、门型等塔型比较适合无人机巡检，110 kV及以下输电线路所采用的鼓型塔和钢管杆的导线上下分布或间距过近（约为3米），无人机巡检存在困难，220 kV及以上输电线路所采用的鼓型塔和钢管杆的相间距约为5米，可以进行无人机巡检。

02 导线类型局限

常见的导线类型有单分裂、双分裂、四分裂、六分裂及以上等。单分裂及水平布置的双分裂导线比较适合无人机检测，六分裂及以上导线布置较复杂，采用无人机检测时受限较大。

垂直布置双分裂导线的检测位置示意如图11所示，对于垂直分布的双分裂导线，检测上方导线较容易实现，成像板紧贴上方耐张线夹，通过调整焦距可以避免下方导线对射线束的遮挡，如图11a所示。检测下方导线时，理论上直接将检测装置挂载到下方线夹处即可，如图11b所示，但上下导线间距一般为20~50 cm，受限于控制精度、飞手操作水平、天气状况等因素，实际操作时难度较大。