淺談微型無人機在輸電線路上的應(yīng)用

蘇泉興

摘 要： 輸電線路在分布范圍上較大且分布距離較長，其中大部分線路正處于山區(qū)地帶與復雜走廊地帶，無可避免的雷電閃絡(luò)現(xiàn)象時有發(fā)生。為此，我局在輸電線路輸配電方面應(yīng)用到了微型無人機技術(shù)，它能夠有效降低輸電線路運維人員工作量和工作強度，同時避免過多工作中安全事故的發(fā)生。本文簡要探析了肇慶局所管轄的35kV及以上輸電線路多旋翼無人機相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢，并對它的多項技術(shù)功能進行探究。

關(guān)鍵詞： 微型多旋翼無人機；輸電線路；無人機精巡；技術(shù)應(yīng)用

微型無人機目前被許多專業(yè)化領(lǐng)域所應(yīng)用，整個無人機系統(tǒng)中就涵蓋了計算機總系統(tǒng)、通信、傳感、地理信息以及定位導航等等高科技技術(shù)分支系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)高空、遠距離且快速的勘察作業(yè)，目前在供電企業(yè)輸電線路輸配電日常任務(wù)中應(yīng)用最為廣泛。整體來看，它具有操作過程簡單穩(wěn)定、智能電力巡線模式健全、運行狀態(tài)穩(wěn)定、經(jīng)濟性能高、速度快和續(xù)航能力強等特點。它已經(jīng)在當前電力線路安全巡視作應(yīng)用過程中發(fā)揮了越來越大的作用。

一、肇慶局供電企業(yè)及無人機基本情況闡述

（一）肇慶局供電企業(yè)基本情況及問題的提出

廣東省肇慶市肇慶局供電企業(yè)主要管轄35kV及以上輸電線路，總長度達到3335.5km，擁有基礎(chǔ)塔8389座，所涉及地域面積達到1.5萬km2，這其中80%以上為處于山地與高山峻嶺上的高地桿塔。近年來，隨著全國輸電線路長度的大幅度增加（2014年增長超過13.28%）?？紤]到肇慶地理環(huán)境相當復雜，且與輸電線路相關(guān)的野外作業(yè)在難度與工作量方面都相對偏大。而在當前肇慶局的現(xiàn)有人力資源配置狀況下，也是其作業(yè)效率難以提高的主要原因。所以希望為供電局輸電線路應(yīng)用引入無人機設(shè)備與相關(guān)技術(shù)，解決傳統(tǒng)中所存在的諸多工作技術(shù)問題。

（二）肇慶局無人機基本情況

目前肇慶局引入微型無人機技術(shù)進行輸電線路相關(guān)工作作業(yè)，目前局內(nèi)擁有作業(yè)無人機262架，其中主網(wǎng)138架，同時擁有一支擁有124人的培訓主、配網(wǎng)熟練飛手隊伍，主網(wǎng)飛手64名，基本達到平均每個班組擁有3名飛手和3架作業(yè)機。從肇慶局當前的無人機實用化工作內(nèi)容來看，它基本覆蓋了輸電各項現(xiàn)場業(yè)務(wù)，這其中就涵蓋了輸電線路日常巡視、故障巡視與精細化巡視，另外還包括了主網(wǎng)線路工程驗收與水、火災災情監(jiān)控、搶修現(xiàn)場勘察、搶險救災支援等等。

（三）微型無人機精巡技術(shù)及應(yīng)用狀況

當前肇慶局所采用的是微型無人機精巡技術(shù)，它是指通過無人技能來拍攝桿塔上設(shè)備相關(guān)細節(jié)，并檢查到各個部件的完好狀況。為此，局內(nèi)也針對線路運行規(guī)程進行了相關(guān)各項技術(shù)內(nèi)容檢查，希望通過無人機對局內(nèi)所屬線路進行全面排查巡檢，在16個班組中至少每組配備兩名飛手來進行精細化巡視。例如局內(nèi)從2016年4月～11月就完成了對6820基桿塔的巡視任務(wù)，無人機飛行架次達到6623次，飛行總時長達到97266分鐘，飛行里程8187.57公里，同時發(fā)現(xiàn)缺陷5077個。隨后還為所巡視所有桿塔及線路總結(jié)了相關(guān)巡視報告。另外在無人機通道巡視方面，肇慶局也針對輸電線路樹障與外力破壞重點區(qū)域進行了有效監(jiān)控與巡查，大幅度提高了“特殊區(qū)段”的風險管控能力[1]。

二、肇慶局微型無人機在輸電線路上的應(yīng)用問題解決

肇慶局微型無人機在輸電線路方面引入并應(yīng)用了微型無人機技術(shù)，為了解決傳統(tǒng)工作管理中所存在的應(yīng)用問題，本文也從以下多方面來提出技術(shù)性問題解決方案，提高局內(nèi)輸電線路供配電質(zhì)量水平。

（一）施工勘察工作應(yīng)用問題的技術(shù)解決對策

微型無人機能夠有效提高針對輸電線路的施工勘察工作質(zhì)量，解決已存在應(yīng)用問題，這主要是微型無人機擁有飛控系統(tǒng)和圖像收集處理系統(tǒng)。

首先說飛控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的基本構(gòu)成相對復雜，它擁有最基本的機載飛控模塊、GPS定位模塊、電源模塊、通信模塊以及空速模塊，另外還配備了地面站軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)可以為微型無人機設(shè)置專業(yè)化的飛行航線，并精確定位和控制無人機的飛行速度與飛行高度，保證無人控制下完成無人機的起飛、降落、盤旋等相關(guān)飛行作業(yè)。其次，微型無人機還包含了擁有電子地圖功能的地面站軟件，可以隨時進行任務(wù)設(shè)定與航線任務(wù)更改，它也擁有半自主式遙控控制模式，可以實現(xiàn)對飛行數(shù)據(jù)與離線回放功能有效記錄與發(fā)揮。再配合GPS精度檢測、自動駕駛儀溫度檢測與無人機多旋翼自動返航、盤旋技術(shù)實施，也在一定程度上降低了輸電線路野外工作的實際難度與工作量。

其次是圖像收集與處理技術(shù)，肇慶局微型無人機在機動性方面相當靈活，且擁有較高的便攜優(yōu)勢。它在無人機上搭載了微單相機設(shè)備，即使在陰雨陰云天氣也能獲取高質(zhì)量光學影像，且能夠在低空獲取高分辨率影像，同時滿足無人機的長距離航行技術(shù)要求。在某些復雜環(huán)境的復雜航線背景下，肇慶局會為微型無人機加入空速管技術(shù)模式，這樣能夠解決傳統(tǒng)中無人機野外作業(yè)困難的問題，實現(xiàn)對無人機速度的更精確控制，也保證它能夠在航行過程中滿足中等距拍照要求，使所獲得的圖片重合率都達到45%以上。再一點，該企業(yè)的微型無人機系統(tǒng)也融入了POS信息，可以將所有收集到的圖片進行合理分析處理，第一時間發(fā)現(xiàn)線路以外的外部隱患問題。可采用系統(tǒng)中的計算機軟件對圖片進行相應(yīng)拼接與整理，最后得到一條完整的輸電線路圖像，利于日后輸電線路的維護與管理。

（二）輸電線路故障查找檢測工作應(yīng)用問題的技術(shù)解決對策

肇慶局輸電線路故障的查找檢測工作應(yīng)用問題也有相應(yīng)技術(shù)解決對策，局內(nèi)輸電所也通過無人機針對35kV及以上線路進行了故障查找工作，微型無人機的工作累計飛行架次已經(jīng)超過320架次，巡視桿塔352基，并發(fā)現(xiàn)故障點245個，故障查找機巡完成率超過90.2%。

首先是機載檢測技術(shù)，它基于專用光電吊艙配合高精度陀螺穩(wěn)定平臺來輔助成像傳感器瞄準線，能夠在機載高振動環(huán)境下實現(xiàn)高精度且穩(wěn)定的視頻跟蹤行為。該技術(shù)是希望通過自動跟蹤地面目標瞄準來完成對輸電線路以及桿塔等等設(shè)備的有效搜索與觀察，并完成相應(yīng)拍攝任務(wù)。在機載檢測技術(shù)中含有三維激光掃描設(shè)備，它能夠檢測輸電線路的相間距離，包括導線與建筑物、與地面植被包括交跨線間距離，滿足所有三維測量要求。endprint

其次是地面站檢測技術(shù)，它擁有基于圖像識別的激光掃描技術(shù)，可以配合相關(guān)數(shù)據(jù)點來處理大量的云數(shù)據(jù)問題，并擁有信息數(shù)據(jù)的地面回傳功能，相比于傳統(tǒng)輸電線路地面站檢測可實施距離更長，檢測精確度也更高。就目前來看，它可以通過建模匹配來獲得線路走廊三維圖像，并圍繞線路走廊精確測量問題來清晰化輸電線路相間距離測量、交跨線間距離測量、導線與建筑物距離測量、以及導線與地面植被間距離測量。

（三）輸電線路其它工作應(yīng)用問題的技術(shù)解決對策

除上述兩點之外，肇慶局微型無人機在輸電線路應(yīng)用技術(shù)問題解決方面還做到以下一點：即防止外力破壞工作，局內(nèi)輸電班組會定期利用無人機沿輸電線路進行自主飛行，并開展線行外力破壞檢查工作。2016年6月，就有超高施工車輛違章而造成110kV端頂線跳閘。所以利用微型無人機來進行現(xiàn)場違章事實取證，防止出現(xiàn)外力破壞是有必要的[2]。

再有就是圍繞多旋翼無人機所展開的人工協(xié)同巡檢模式。該模式下會設(shè)置人工巡檢與多旋翼無人機巡檢的桿塔瓶口界限，通過不同視角來發(fā)現(xiàn)設(shè)備不同位置缺陷。一般來說如果采用人工地面巡檢很難發(fā)現(xiàn)某些諸如絕緣子缺陷、輸電線路導線缺陷以及金具缺陷等等，但如果采用多旋翼無人機就能夠發(fā)現(xiàn)在桿塔瓶口位置的各類缺陷，它所采用的是俯視或平時視角，主要針對塔頭金具、絕緣子、導地線等等設(shè)備展開巡查工作，并且通過與地面巡查互補視角來發(fā)現(xiàn)不同角度的不同設(shè)備缺陷。

從技術(shù)角度來看，多旋翼無人機還適用于個別具體區(qū)段的單基塔定點快速故障排查工作，它可以懸停在輸電線路周圍對線路中的導地線、絕緣子、金具等等進行局部檢測，這極大程度降低了人工巡檢強度與時間，特別是在山區(qū)、跨河區(qū)域等地形復雜或惡劣環(huán)境中可順利展開線路巡檢工作，且功能優(yōu)勢相當明顯。

三、結(jié)果與分析

肇慶局通過引入并用用微型無人機技術(shù)，在輸電線路應(yīng)用方面獲得較大效益收獲，從技術(shù)角度來講，相比于傳統(tǒng)人力巡線，多旋翼微型無人機的技術(shù)優(yōu)越性更大。它首先減少了輸電線路相關(guān)工作的人身安全事故發(fā)生幾率，因為采用無人巡視，人工登桿次數(shù)都大大減少，避免了由登桿所造成的安全意外。

從應(yīng)用微型無人機的結(jié)果來看，它也為輸電線路相關(guān)巡線工作節(jié)省了大量時間成本與電量損失。傳統(tǒng)巡線兩人一組，巡線速度能達到4km/h，而無人機巡線速度可以達到80km/h，飛行前及相片分析處理花費1h，相比于傳統(tǒng)巡線在時間成本方面節(jié)省許多[3]。

在電量損失控制方面，以110kV為例，它的網(wǎng)區(qū)平均負荷為5萬kW，110kV輸電線路的平均巡線時間為2.8h，那么就可以計算它的售電量增加為：

110kV增加售電量=5萬kWx2.8h=14萬kW·h

結(jié)束語：

肇慶局引入微型無人機系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)輸電線路巡線工作中人力資源不足、作業(yè)效率不高等問題，為局內(nèi)輸電線路巡線技術(shù)提高、成本節(jié)約與電量損失控制提供更優(yōu)方案。在未來，還應(yīng)該積極推廣基于微型無人機之于輸電線路的智能管理分析系統(tǒng)技術(shù)，為桿塔觀察圖像匹配自動模塊，實現(xiàn)缺陷自動識別，另外為多旋翼無人機巡線系統(tǒng)建立更好的保障機制，強化巡檢功能與系統(tǒng)安防性能，為微型無人機在電力行業(yè)領(lǐng)域的未來發(fā)展鋪墊更多技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 鄭武略，張富春，焦炯等.多旋翼無人機在輸電線路巡檢中的應(yīng)用[J].中國電業(yè)（技術(shù)版），2016（4）：70-73.

[2] 鄧志遠.無人機在高壓輸電線路巡視中的應(yīng)用研究[D].華北電力大學（北京），2015.12-15.

[3] 丁建.無人機電力巡檢作業(yè)危險點及其防控措施分析[C].//輸電線路運行維護新技術(shù)交流會暨中國電機工程學會輸電線路專業(yè)委員會運行學組2015年學術(shù)年會論文集.2015：78-82.endprint