無人機(jī)在高原山區(qū)線路巡檢中的應(yīng)用

高 坤 李昶君 楊金波 莫衛(wèi)權(quán) 李立新

（1.云南電網(wǎng)公司紅河供電局，云南 紅河 661199； 2.咸亨國際（杭州）航空自動(dòng)化有限公司，杭州 310000）

無人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱“無人機(jī)”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。我們常見的應(yīng)用于電力生產(chǎn)的無人機(jī)主要有：無人直升機(jī)、無人固定翼機(jī)、無人多旋翼飛行器、無人飛艇這幾類。無人直升機(jī)、無人固定翼機(jī)體積大、飛行速度快、載重量大，往往以燃油做為驅(qū)動(dòng)方式，往往用于線路的施工、測(cè)繪等。無人多旋翼飛行器飛行速度慢，載荷較小，隨時(shí)可以滯空懸停，正是基于這一特定，現(xiàn)在開展的無人機(jī)巡檢多以此機(jī)種為主。

目前，我國載人直升機(jī)對(duì)線路進(jìn)行巡檢已經(jīng)是比較成熟的項(xiàng)目，云南送變電工程公司對(duì)其代維線路就采用載人直升機(jī)巡檢，應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，但是我國利用無人機(jī)進(jìn)行線路巡檢作業(yè)尚處于一個(gè)研究試驗(yàn)階段。由于我國無人飛行器的技術(shù)研究起步晚，技術(shù)底子薄以及低空還未全面開放等原因，國內(nèi)大部分廠家的產(chǎn)品集成化程度不高，不能達(dá)到安全、穩(wěn)定、精確、高性能的飛行狀態(tài)。因此，無人機(jī)在輸電線路的巡檢方面，國內(nèi)的應(yīng)用還在應(yīng)用研究階段。

1 無人機(jī)巡檢系統(tǒng)的組成

無人機(jī)巡檢系統(tǒng)由無人機(jī)、遙控器、通信設(shè)備、機(jī)載設(shè)備、地面站五部分組成。安裝了控制軟件的地面站，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)的各種飛行狀態(tài)，地面監(jiān)控人員通過回傳的實(shí)時(shí)圖像和參數(shù)，通過操縱遙控器，對(duì)無人機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的巡檢工作。

高原山區(qū)對(duì)無人機(jī)的制約因素主要體現(xiàn)在電池續(xù)航時(shí)間和通信范圍兩個(gè)方面，無人機(jī)的載荷是一定的，要想增加續(xù)航時(shí)間就必須攜帶更大的電池或燃料，這是不可取的。無人機(jī)系統(tǒng)通信設(shè)備的有效范圍在10km 以內(nèi)，現(xiàn)已開展的無人機(jī)巡檢多是以改裝之后的特種車輛作為控制平臺(tái)，將地面站、通信設(shè)備、視頻監(jiān)控進(jìn)行集成，通過控制引導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)長距離的巡檢。

2 高原山區(qū)對(duì)無人機(jī)使用的影響

1）地形環(huán)境的影響

高原山區(qū)輸電線路的架設(shè)位置常常位于崇山峻嶺之上，交通基礎(chǔ)設(shè)施較差，運(yùn)用通信車遠(yuǎn)程引導(dǎo)控制根本無法適用，加之大山的遮蔽，無人機(jī)的通信距離受到很大影響，要想遠(yuǎn)程遙控進(jìn)行多檔導(dǎo)線的巡視，從通信的角度來說已不能滿足要求。

2）微氣象區(qū)的影響

高原地區(qū)氣象變化差異較大，一條線路經(jīng)常會(huì)跨越多霧區(qū)、峽谷風(fēng)道、地形抬升區(qū)等多種特殊區(qū)段，環(huán)境變化較大。低溫、大風(fēng)、大雨等對(duì)無人機(jī)的影響較大，若不考慮這些微地形氣象變化的影響，很可能發(fā)生墜機(jī)、線路跳閘的事故，造成不可挽回的損失，因此要實(shí)現(xiàn)無人機(jī)多區(qū)段自動(dòng)巡檢是不現(xiàn)實(shí)的。

3）氣溫的影響

高原地區(qū)溫度較其他地區(qū)要低，當(dāng)溫度低于4℃ 時(shí)，鋰電池所用的電解液會(huì)在低溫下變粘稠甚至凝結(jié)，此時(shí)，導(dǎo)電的鋰鹽在里面的活動(dòng)大大受到限制，這樣的話放電效率很低，從而會(huì)導(dǎo)致鋰電池在低溫下電量降低，充電亦是如此，所以低溫對(duì)無人機(jī)的電池效率影響較大。此時(shí)仍然按低海拔地區(qū)的飛行時(shí)間考慮，可能會(huì)發(fā)生摔機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。所以在高海拔地區(qū)要想長時(shí)間工作，變得困難。

4）其他因素

高海拔地區(qū)空氣密度稀薄，螺旋槳的推力受其周邊的空氣速度和移動(dòng)時(shí)的空氣密度所影響，需要額外的動(dòng)力來彌補(bǔ)薄空氣的不足，這就需要輸出更大的功率。

3 無人機(jī)在高原山區(qū)應(yīng)用策略

由于地形、氣象等條件的限制，在高原山區(qū)無人機(jī)的應(yīng)用應(yīng)以短距離的線路檢測(cè)探傷和紅外測(cè)溫為主。想要用無人機(jī)取代人力巡線在目前的技術(shù)條件下，還存在許多的限制。

1）無人機(jī)探傷

高原山區(qū)地形環(huán)境復(fù)雜，照搬沿海平原地區(qū)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)很不適宜，必須按照當(dāng)?shù)氐奶攸c(diǎn)開展適合本地區(qū)的無人機(jī)作業(yè)。高原山區(qū)存在許多的大檔距、大高差等人力無法巡視到位區(qū)段，這些都是我們?nèi)粘Ｑ惨暪ぷ髦械碾y點(diǎn)。對(duì)于這些區(qū)段運(yùn)行班組一般使用高倍望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行檢查，由于距離較遠(yuǎn)辨識(shí)不清，經(jīng)常發(fā)生上報(bào)缺陷分級(jí)錯(cuò)誤，檢修班組開展工作時(shí)才發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)備的檢修方案與實(shí)際不符，增加了檢修班組作業(yè)量。同時(shí)由于缺陷辨識(shí)不明，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)增大。以上情況使用無人機(jī)就可以避免發(fā)生，在運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)無法確定的缺陷后，使用無人機(jī)進(jìn)行抵近拍照，將導(dǎo)地線情況回傳到地面站，幫助運(yùn)行人員確定缺陷情況。

2）無人機(jī)紅外檢測(cè)

線路設(shè)備可以從發(fā)熱原理上分為兩大類，即電流致熱設(shè)備和電壓致熱設(shè)備。所謂電流致熱設(shè)備就是由于電流作用而引起發(fā)熱的設(shè)備，主要是因接頭處的接觸電阻大于導(dǎo)線電阻而引起的發(fā)熱，一般由電流大小決定發(fā)熱程度，受風(fēng)速、濕度影響較小。所謂電壓致熱設(shè)備就是由電壓作用引起發(fā)熱的設(shè)備，常見為瓷質(zhì)絕緣子零值、劣質(zhì)泄露電流引起的發(fā)熱，復(fù)合絕緣子棒芯電蝕引起的發(fā)熱，線路避雷器閥片失效導(dǎo)致泄露電流增大引起的發(fā)熱等。

我們現(xiàn)有的紅外設(shè)備都不可變焦，當(dāng)距離超過一定范圍（30m）時(shí)往往測(cè)量不出數(shù)據(jù)，近年來為了更好的保護(hù)環(huán)境，新建和改擴(kuò)建的輸電線路往往采用高跨，對(duì)于檔距中間的接續(xù)管、處于污穢區(qū)的導(dǎo)地線等，現(xiàn)有的紅外檢測(cè)設(shè)備根本無法進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)備的管控處于失控的狀態(tài)。通過引入無人機(jī)系統(tǒng)，依靠其攜帶的紅外檢測(cè)設(shè)備便可以對(duì)此類設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，避免事故的發(fā)生。

4 無人機(jī)應(yīng)用應(yīng)考慮的事項(xiàng)

無人機(jī)對(duì)輸電線路進(jìn)行探傷和紅外檢測(cè)時(shí)，屬于臨近帶電體作業(yè)，也應(yīng)遵守相關(guān)的安全規(guī)定，并制定相關(guān)的制度措施，保證無人機(jī)和設(shè)備的安全。

1）人員培訓(xùn)

無人機(jī)系統(tǒng)的操作包括了無人機(jī)的操作和地面站的操作兩部分，對(duì)于新設(shè)備的使用必須要經(jīng)過培訓(xùn)，持證上崗。由于各個(gè)公司購買的無人機(jī)系統(tǒng)不盡相同，無人機(jī)的操作認(rèn)證工作還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。所以無人機(jī)的認(rèn)證一般由廠家和運(yùn)行單位的技術(shù)人員共同商議組織認(rèn)證，依照線路工作的環(huán)境特點(diǎn)，從缺陷成像質(zhì)量、安全控制、飛行軌跡選擇等方面對(duì)操作人員進(jìn)行要求。運(yùn)行單位應(yīng)及時(shí)組織運(yùn)行人員組織參加認(rèn)證，保證現(xiàn)場(chǎng)工作人員持證上崗。

2）現(xiàn)場(chǎng)勘察

輸電線路經(jīng)過區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，在開展無人機(jī)工作前必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察。確定工作區(qū)段是否位于禁飛區(qū)內(nèi)、現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境對(duì)無人機(jī)的通信控制是否存在干擾、通道環(huán)境是否對(duì)飛行軌跡有影響等問題。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察的結(jié)果，明確工作開展的可行性，并制定工作方案。

3）編制方案

為了保證無人機(jī)飛行的有效性和安全性，在現(xiàn)場(chǎng)勘察完成后應(yīng)編制本次無人機(jī)巡檢的實(shí)施方案。一方面是為了保證無人機(jī)飛行的設(shè)備安全，緊急情況發(fā)生時(shí)人員能夠處置得當(dāng)，避免事故的發(fā)生。另一方面，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定安全的飛行軌跡和人員組織安排情況，保證操作人員各司其職，任務(wù)清晰明確。實(shí)施方案要經(jīng)過部門審批，保證工作開展的合理性。

4）填寫工作票

按照《安規(guī)》要求，臨近帶電線路工作應(yīng)按照工作票管理規(guī)定，持線路第二種工作票進(jìn)行作業(yè)。由于野外環(huán)境變化無常，在無人機(jī)飛行過程中因大風(fēng)或人員操作的原因，無人機(jī)誤入帶電設(shè)備區(qū)域，可能會(huì)發(fā)生線路跳閘。因此，持票作業(yè)并與調(diào)度聯(lián)系告知工作內(nèi)容是很有必要的。

5 結(jié)論

無人機(jī)在輸電線路中的應(yīng)用還處于探索階段，隨著各個(gè)單位在此領(lǐng)域投入的增加，無人機(jī)的應(yīng)用探索也將不斷開拓創(chuàng)新。每個(gè)地區(qū)只有依據(jù)本地區(qū)的實(shí)際特點(diǎn)開展無人機(jī)的運(yùn)檢工作，才能真正的將 這項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用起來，提高線路的運(yùn)檢水平?？萍嫉牧α渴菬o限的，隨著技術(shù)水平的不斷提高，也許在不遠(yuǎn)的將來，無人機(jī)在高原山區(qū)替代人力巡線將成為可能。立足現(xiàn)在，我們就是要結(jié)合實(shí)際，發(fā)揮無人機(jī)在特殊區(qū)段巡檢的優(yōu)勢(shì)，解決我們工作的盲點(diǎn)，為線路的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。