配電網(wǎng)架空線中無人機巡視應用分析

高挺超

摘 ?要：配電網(wǎng)多為野外架空形式，野外條件復雜，面臨多變的天氣狀況如降雨、雷電和刮風等，使得配電網(wǎng)線路容易出現(xiàn)斷裂、表皮焦化甚至材料表面破損以及化學反應導致銹蝕等。為避免這些問題發(fā)生，需要配備工程人員進行巡檢，但往往因為人員不足或者情況較為復雜，需要無人機協(xié)助工程人員進行巡視配電網(wǎng)架空線路。目前無人機技術發(fā)展迅速，其性能越來越穩(wěn)定，功能多樣化，加上與人工智能技術相結合，使其在配電網(wǎng)架空線中的巡視方面更占優(yōu)勢。

關鍵詞：配電網(wǎng) ?無人機 ?巡視 ?應用

中圖分類號：F426.61 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）06（c）-0046-02

1 ?無人機在配電網(wǎng)架空線的巡檢中具有重要意義

無人機作為先進的巡視手段，最大的優(yōu)勢是無人機不需要人員駕駛，只需要地面操作員進行遠程控制無人機飛行和進行作業(yè)即可，避免出現(xiàn)意外事故造成人員傷亡，故可以用來執(zhí)行危險系數(shù)大、工作強度高的巡視任務，滿足在野外巡視配電網(wǎng)架空線的要求，能夠有效避免不利影響和人員損傷，減少資源浪費，使巡檢工作更為精細且工作效率高，大大提高配電網(wǎng)架空線的巡視工作質量，杜絕更多配電網(wǎng)架空線路的安全隱患，提高電力行業(yè)與無人機的智能化和信息化水平，為我國創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益和社會效益。

2 ?無人機類型的選擇

配電網(wǎng)架空線無人機類型分為直升機和固定翼兩種。這兩種無人機各自的特點與性能有所不同，主要體現(xiàn)在飛行方式、飛行速度、續(xù)航能力、抗干擾能力、經(jīng)濟成本和機器可操控性等方面。接下來會講述這兩者的區(qū)別以及針對不同情況分析如何選用無人機。

2.1 中型無人機的特點

中型無人直升機持續(xù)工作時間為4h，可抗風能力為6級，最大荷載40～50kg之間，起降方式為垂直起降，懸停方式為定點懸停，對起降場地要求低，操作起來較為復雜，成本較高，巡航速度在40～130km/h之間[1]。

2.2 固定翼無人機的特點

固定翼無人機持續(xù)工作時間與中型無人直升機相當，可以抵抗6～8級大風，可載重量達到6～8kg之間。起降方式為地面滑跑起降方式，不能定點懸停，可以在空中盤旋，對場地要求較高，操作簡單，成本較低，巡航速度在90～150km/h之間。

2.3 無人直升機與固定翼無人機的優(yōu)缺點

無人直升機抗干擾能力較固定翼無人機弱，其搭載方式更為靈活，可以搭載更多或者更重的配電網(wǎng)巡視設備與維修設備。無人直升機對場地要求較低，可以適用于更多復雜地形，如山地、河流岸邊、堤壩、草地、田野、復雜道路等。但是對地面操作人員提出較高的要求，操作難度大，需要操作人員技術嫻熟以及反應速度快，能夠做到隨機應變，及時應對復雜情況。而固定翼無人機抗干擾能力更好，能夠抵抗更為復雜的天氣條件，操作難度較低，巡視的工作效率高，而且其在巡視過程所消耗成本較低，易于維護和保養(yǎng)機器。但是固定翼無人機存在的不足之處是需要地形條件良好，而且要在滑跑距離充足的情況才能展開工作，由于不能定點懸停，就不能對某一點處具體故障進行仔細檢測與維修。綜合考慮，在野外的情況下巡視配電網(wǎng)架空線路，選擇無人直升機更有優(yōu)勢。

選用無人機還要注意無人機的規(guī)格與參數(shù)。一般按照尺寸與體積分類可分為中型無人機、小型無人機和微型無人機。其續(xù)航能力、抗風能力、承載能力、作業(yè)范圍、抗干擾能力以及中繼設備數(shù)都與無人機的尺寸成正比。比如，中型無人機要比小型無人機和微型無人機續(xù)航時間長、抗風等級高、承載能力強、作業(yè)范圍廣、抗干擾能力強以及中繼設備數(shù)更多。小型無人機和微型無人機的機動性比較強，方便人員攜帶，作業(yè)更為靈活。

3 ?無人機在配電網(wǎng)架空線中巡視的原則

3.1 常規(guī)巡視要合理分配

在日常巡視工作中，針對現(xiàn)場地形條件合理分配無人機與人工作業(yè)量。對于山坡、河流、溝谷等復雜地形具有作業(yè)危險可能性，需要近距離探查局部故障或者巡視桿塔危險部分，則主要使用無人機進行巡視工作。在人員密集的市區(qū)，主要采取人工巡視為主、無人機巡視為輔的策略。

3.2 發(fā)生特殊情況時要及時巡視

出現(xiàn)自然災害或者非人類所能抵抗的天氣狀況，如山體滑坡、洪水、泥石流、大型冰雹、大型風雨等，若滿足無人機可使用條件，先選擇無人機進行巡查，如果條件不允許，則需要人工巡視。如交叉跨越、樹障、夜間巡視、紅外測溫等可以人工巡視為主、無人機巡視為輔[2]。

4 ?無人機巡視功能的實現(xiàn)

無人機巡視配電網(wǎng)架空線需要具備飛行控制技術，滿足配電網(wǎng)架空線路里程的要求，設定合適的遙控距離。還要具備北斗導航技術，能夠自我定位、實時跟蹤與地面控制平臺保持通信。同時保持飛行平穩(wěn)有利于無人機所搭載的高分辨率攝像頭及時抓拍與拍攝高清晰度畫面。更重要的是，無人機能夠快速識別桿塔、線路、絕緣子等架空線路相關設施，及時判斷故障，并且能夠針對危險故障發(fā)出警報通知，全程巡視過程需要錄像，以便再次檢查線路故障并且留存數(shù)據(jù)以便日后校對。

5 ?無人機巡視的應用

5.1 無人機的通信模式

無人機巡視工作要求在配電網(wǎng)架空線路斜向上方并且始終時刻保持合適的距離勻速飛行，可以避免一些電線線路帶來的電場、輻射、信號干擾等不良影響，同時為了滿足無人機的超視距線路要求，必須全面使用中繼轉發(fā)通信模式。無人機的中繼轉發(fā)通信模式主要包括地面中繼轉發(fā)通信模式和空中中繼轉發(fā)通信模式，這兩種模式的工作特點有所區(qū)別[3]。地面中繼轉發(fā)通信模式的特點是中繼設備置于桿塔上面，與其他模式相比成本比較低，但是需要考慮野外條件較為復雜的不良影響因素，而且在后期通信設備的維修與保養(yǎng)比較困難。空中中繼轉發(fā)通信模式是需要另外一架無人機搭載中繼通信設備在空中保持飛行，可用于較為復雜的地形條件，并且通信設備的維護與保養(yǎng)比較容易，但這種模式的成本比較高，應用比較少。根據(jù)實際情況，采取兩種模式有機結合的方式進行巡視。

5.2 無人機的巡視應用模式

由于野外地形條件以及天氣條件的復雜性，往往需要考慮利用不同類型的無人機與中繼轉發(fā)通信模式的科學組合方式。主要存在以下幾種，實際操作需要從其中合理選擇巡視應用模式。（1）當無人機與地面控制器距離超過監(jiān)控有效距離時，可用中型無人機與地面中繼轉發(fā)通信模式，無人巡視所獲取的數(shù)據(jù)傳輸給桿塔上的中繼設備，再由中繼設備傳輸給地面控制器，實現(xiàn)對無人機全程控制的安全可靠性要求。（2）當野外條件復雜或者中繼設備安裝困難時可以采用中型無人機與空中中繼轉發(fā)通信模式，進行巡視的無人機將數(shù)據(jù)傳輸給中繼無人機，再由中繼無人機傳輸數(shù)據(jù)給地面控制器。

6 ?結語

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)架空線路巡檢方式主要是采用人工巡視方式，巡視工作量大、效率低、條件艱苦和環(huán)境惡劣，甚至技術人員會有生命危險，尤其是山川、河流、溝谷以及自然災害影響地區(qū)會容易造成意外事故導致人員損傷?，F(xiàn)在無人機技術發(fā)展迅速，其性能越來越穩(wěn)定，功能多樣化，加上與人工智能技術相結合，使其能在配電網(wǎng)架空線中的巡視方面發(fā)揮更大作用，有效減少資源浪費以及避免人員損傷，為我國創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 王萬國，劉越，李建祥，等.基于RCNN的無人機巡檢圖像電力小部件識別研究[J].地球信息科學學報，201712（2）：430-431.

[2] 李源源，陳艷芳，劉偉東，等.大型固定翼無人機在架空輸電線路中的運營可行性研究[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2017，16（2）：84-85.

[3] 朱振洪，張岳，陳彥，等.無人機在輸變電線路巡視和應急搶險中的應用[J].電子測試，2017，23（13）：96-97.