旋翼無人機應(yīng)用于高壓輸電線路的巡檢

侯代榮

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司賀州供電局 廣西賀州 542899）

旋翼無人機應(yīng)用于高壓輸電線路的巡檢

侯代榮

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司賀州供電局 廣西賀州 542899）

隨著我國社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，使得人們對電能的需求日益增長，所以開始對高壓、超高壓以及特高壓的大容量電力線路進行大幅度的擴建，但因為線路所覆蓋的范圍區(qū)域廣、地形復(fù)雜并且自然環(huán)境較為惡劣，工作量也不斷加大，用人工的方式來定期巡檢已經(jīng)不能達到現(xiàn)代電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行的要求。本文在此基礎(chǔ)上對旋翼無人機技術(shù)應(yīng)用在輸電線路的巡檢中進行了分析，希望能給相關(guān)部門的工作帶來一些參考。

旋翼無人機；高壓輸電線路；巡檢

1 前言

因為輸配電線路大部分是暴露在外面的，所以在惡劣的運行環(huán)境和氣象條件下，長期運行的導(dǎo)線、地線、絕緣子以及金具因為長時間的受力，導(dǎo)致出現(xiàn)斷股、生銹腐蝕以及過熱等情況。由于受到天氣、觀測角度等因素的影響，在進行線路驗收和日常巡視的時候根本不能將桿塔頂部或者導(dǎo)地線等設(shè)施的缺陷弄清楚，不僅不能及時排除存在的隱患，反而會消耗更多的人力和資源，不能夠有效的開展其他工作。大量的巡視工作和復(fù)雜的地理環(huán)境，使得以前的人工逐基巡查的作業(yè)方法已經(jīng)不適合需求。利用無人機的遙感技術(shù)，采用多傳感器的集成方法，從而可使電力線路安全的巡檢工作達到高效以及能全自動化的展開。無人機現(xiàn)在已廣泛的應(yīng)用于生活中的各個領(lǐng)域，拿它與常規(guī)的人工巡檢方法相比，該項技術(shù)則更為安全、有效及先進，是保障線路能安全運行的一種新型手段。

2 對旋翼無人機的研究設(shè)計和分析

2.1 旋翼無人機的技術(shù)要素

從大多數(shù)情況來看，主要用于巡檢高壓輸電線路工作的飛機是M4R和UH，即四旋翼無人機和遙控直升機。其中四旋翼無人機的組成部分主要是地面站和M4R無人機，它采用的是4個旋翼對稱分布，而氣動布局的形成主要就是這4個旋翼。四旋翼無人機不僅懸停以及起飛降落的能力都比較良好，而且它還能夠攜帶無線微型高分辨率圖像采集設(shè)備、無線圖像傳輸設(shè)備等，可以對高清晰的高壓輸電線路的特定目標進行采集，與此同時還可以進行遠程傳輸。與M4R不同的是，遙控直升機主要部分由遙控直升機本體、減振懸掛裝置、影像采集傳輸設(shè)備、地面攝像監(jiān)視與操控系統(tǒng)等組成，遙控直升機在飛行的過程中，可以對高壓輸電線路的目標視頻圖像進行才采集，然后通過無線圖像傳輸設(shè)備傳送到后臺，這使得工作人員能夠比較及時的對高壓輸電線路存在的故障進行判斷。

2.2 旋翼無人機的功能概述

2.2.1 對旋翼無人機的功能分析

運用遙控直升機進行巡檢的工作流程：首先，工作人員對UH進行遙控飛行或者將其懸停在高壓輸電線路的上方，然后，再運用信息采集的設(shè)備實時采集和傳輸電線路的圖像信息。運用四旋翼無人機進行巡檢的工作流程：地面站對M4R進行引導(dǎo)，然后M4R會依據(jù)輸電線路的布設(shè)情況進行采集和傳輸信息。具體有下面幾個步驟：①M4R在自主地懸停到特定的空間位置后，再對傳輸電路的圖像信息進行采集；②四旋翼無人機通過對四個旋翼的航向的調(diào)節(jié)以及對云臺的減少振動，合理地調(diào)整圖像采集設(shè)備以及被檢測設(shè)備的光學(xué)角度與距離，然后實時采集和傳輸高壓輸電線路設(shè)備的圖像信息；③依據(jù)工作人員操作的各項指令進行工作，然后沿著高壓輸電線路對其進行飛行式的觀測，采集信息。

2.2.2 四旋翼無人機地面站的功能分析

關(guān)于四旋翼無人機地面站的基本功能：協(xié)調(diào)四旋翼無人機對通信進行遙控、遙測，引導(dǎo)四旋翼無人機確定采集圖像信息的確切位置，對無人機所采集的高壓輸電線路信息進行實時接收和整理分析，對無人機的飛行狀態(tài)以及云臺狀態(tài)進行實時操作和控制。

2.3 旋翼無人機在輸電線路巡檢中的優(yōu)勢及不足

2.3.1 旋翼無人機在輸電線路巡檢中的優(yōu)勢

從輸配電線路的運行管理模式以及其平常的作業(yè)方式方面來看，以前的巡檢方式有以下問題：勞動強度大，工作環(huán)境差，工作效率不高，直接用眼睛或者普通的儀器來巡查輸配電設(shè)備。這種傳統(tǒng)的工作方式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)在電網(wǎng)運運營維護和發(fā)展的需求。相比之下，無人機更有優(yōu)勢。自主導(dǎo)航的飛行技術(shù)和自主懸停的技術(shù)是無人機技術(shù)的基礎(chǔ)。無人機以下優(yōu)勢：工作效率較高、容易發(fā)現(xiàn)高空缺陷、安全性能好、場地要求不高、作業(yè)速度快、方式靈活、成本較低、能夠快速獲得輸配電線路本體及其運行環(huán)境。讓在輸配電線路的巡檢過程中遇到的困難，如勞動強度較大、工作環(huán)境差等得到有效解決。旋翼無人機技術(shù)的工作模式主要有飛行控制和自主懸停兩種，工作模式有手動控制模式和自動駕駛模式兩種。當(dāng)旋翼無人機處在自主懸停狀態(tài)的時候，可以通過無人機地面站的高清監(jiān)控錄像來檢查高壓輸電線路；在手動模式的狀態(tài)下，無人機可以根據(jù)事先預(yù)定好的路線來自主導(dǎo)航飛行，巡檢輸電線路。輸電線路巡檢系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 輸電線路巡檢系統(tǒng)組成

2.3.2 旋翼無人機存在的劣勢

在對輸電線路進行巡檢的過程中，雖然旋翼無人機占有很大的優(yōu)勢，但是它也有一定的劣勢。①旋翼無人機的巡航時間不長，無人機本身的電池容量因受到其體積的影響導(dǎo)致并不大，這些在很大程度上影響著巡航的時間。②旋翼無人機的遙控范圍并不大，無人機的遙控范圍普遍是1000m。③旋翼無人機無法自動地分析圖像的缺陷。

2.4 對關(guān)鍵技術(shù)要點和創(chuàng)新點的分析

旋翼無人機對高壓輸電線路巡檢的關(guān)鍵技術(shù)要點和創(chuàng)新點主要有下面幾個：

①四旋翼無人機的特點是自主懸停和自主導(dǎo)航飛行，能夠查找高壓輸電線路跳閘后的故障點，并以此為基礎(chǔ)，建造一個完整的輸電線路全過程立體式的巡檢系統(tǒng)。

②四旋翼無人機還有一個功能就是能夠保護高壓輸電線路避免碰撞，多用來巡視和檢測高壓輸電線路。與此同時，還能夠保護在嚴重自然災(zāi)害下的高壓輸電線路，例如大風(fēng)、暴雨等，避免其受到損害。

③在對高壓輸電線路進行巡檢時會運用到地面實時監(jiān)控技術(shù)以及圖像防抖降噪音技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的作用下，旋翼無人機配備的可見光視頻能夠及時的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

④優(yōu)化四旋翼無人機的一體化設(shè)計以及高壓輸電線路的快速檢測系統(tǒng)，可以讓流線型無人機機身的碳纖維制作工藝問題得到有效的解決，進而對于鋰電池的型號選擇、旋翼的升力、挑選的電機型號以及空氣動力等相關(guān)問題也可以得到解決。

⑤在自主懸停和飛行控制系統(tǒng)中有自動駕駛和手動控制兩種工作模式。在自主懸停的狀態(tài)下，旋翼無人機不但能夠用無人機地面站的高清錄像檢查輸電線路，而且可以保留手動控制模式，還能夠根據(jù)預(yù)定的路線以自主導(dǎo)航的方式進行飛行和巡檢。

3 旋翼無人機技術(shù)在高壓輸電線路巡檢中的應(yīng)用

3.1 旋翼無人機技術(shù)的應(yīng)用

多旋翼無人機可以應(yīng)用于查找輸配電線路的故障、估測樹木和建筑物與導(dǎo)線的距離、監(jiān)控山火、查看覆冰以及驗收線路等工作。旋翼無人機可以進行高空巡檢以及全方位的、多角度的檢查，能夠在輸電線路的巡檢過程中較快的發(fā)現(xiàn)故障點，這對減少巡檢人員的高空作業(yè)和帶電作業(yè)是非常有效地，并且可以減輕巡檢人員的工作強度，減少安全隱患。高壓輸電線路的塔桿在一些特殊的自然條件例如大雪、暴雨等惡劣的天氣下會有打滑的現(xiàn)象出現(xiàn)，如果巡檢人員在這個時候登桿進行巡檢，很有可能會發(fā)生安全事故。所以，用旋翼無人機替代人工巡檢高壓輸電線路，不僅可以提高巡檢時的安全保障，而且還能促進巡檢工作的工作效率以及巡檢質(zhì)量的提高。讓電力系統(tǒng)的運行可靠性得到提高。

3.2 無人機應(yīng)用于可見光巡查飛行

無人機的可見光巡查飛行適用于日常巡查、查找故障、驗收線路等工作。無人機應(yīng)用于可見光巡查飛行有三個步驟：①要先編好的桿塔GPS坐標點，無人機自動飛行巡檢會以它為目標，巡檢內(nèi)容主要有：引流線（是否斷股）、電線桿塔（有沒有鳥巢、塔的材質(zhì)是否變形）、絕緣子（有沒有閃落的痕跡、是否破損、有無懸掛異物）、防震錘、線夾（有沒有松或脫落）、導(dǎo)線（是否斷股、有無異物懸掛）等等。②無人機的巡檢監(jiān)控畫面要同步傳輸?shù)降孛娴墓ぷ魅藛T那。③地面工作人員依據(jù)巡檢的結(jié)果，具體情況具體分析，制定合適的解決措施。

可見光巡查有下面的優(yōu)勢：與傳統(tǒng)的地面人工巡查相比，無人機可見光巡查的工作效率更高、范圍更大；與有人駕駛飛機巡查相比，無人機巡查的安全性更高、運行成本更低、實時性更強。

3.3 無人機應(yīng)用于應(yīng)急、搶修飛行

對于輸電設(shè)備所面臨的嚴重自然災(zāi)害，無人機可快速做出應(yīng)急反應(yīng)。①它非常適用于自然災(zāi)害的預(yù)警巡查飛行和事故應(yīng)急飛行。②通過大范圍的飛行快速巡查，可以第一時間掌握事故隱患點。③通過航拍信息掌握輸配電設(shè)備的受災(zāi)程度，使地面工作站可以根據(jù)實時航拍所得的監(jiān)控數(shù)據(jù)對現(xiàn)場情況進行了解，然后搶修隊伍可立即開展搶修工作。其應(yīng)急搶修優(yōu)勢在于提高了搶修隊伍處理應(yīng)急事件的工作效率，快速準確的為輸配電設(shè)備進行現(xiàn)場評估以及為搶修復(fù)電贏得了寶貴、充足的時間。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代社會的發(fā)展過程中電力起著很重要的作用，能保障國民經(jīng)濟可以健康穩(wěn)定的發(fā)展。跟載人直升機對輸電線路巡檢相比，旋翼無人機對輸電線路巡檢則有著速度快、風(fēng)險低、經(jīng)濟性強以及操作較為簡單等顯著的優(yōu)勢，在未來將會在很大程度上來代替載人飛機去做一些高難度及高危險的工作，在此基礎(chǔ)上則會使輸電線路巡檢的效率以及科技含量得到極大地提高，降低了巡檢人員的工作難度，具有很大的發(fā)展空間。所以，電力企業(yè)要對無人機的應(yīng)用加大研究力度，保障電力線路能正常運行。

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[3]張侃.多旋翼無人機在輸電線路巡檢中的運用及發(fā)展[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2013（54）：72～73.

[4]陳天添.無人機巡檢輸電線路技術(shù)的應(yīng)用分析[J].科技與創(chuàng)新，2016（4）：154～155.

TM755

A

1004-7344（2016）14-0086-02

2016-3-16

侯代榮（1984-），男，漢族，湖北公安人，工程師，本科，從事輸配電線路運行管理與維護檢修工作。