多旋翼無(wú)人機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用

邢志剛，萬(wàn)宏宇

(國(guó)網(wǎng)黑龍江尚志市電業(yè)局有限公司，哈爾濱 140000)

高壓輸電線路巡檢方式一般為人工巡檢，具有較大的工作風(fēng)險(xiǎn)。無(wú)人機(jī)被逐漸利用到了輸電線路的巡檢系統(tǒng)中，以代替人工巡檢，然而，市面上大部分無(wú)人機(jī)產(chǎn)品，其功能還達(dá)不到輸電線路巡檢要求。

1 高壓輸電線路的特殊需求

高壓輸電線路實(shí)際上就是架空輸電線路，它的電壓達(dá)到了35 kV，是連接發(fā)電廠和發(fā)電站的一個(gè)重要設(shè)備。由于高壓輸電線路需要的規(guī)模龐大、環(huán)境相對(duì)復(fù)雜、運(yùn)行的負(fù)荷較大，需要無(wú)人機(jī)，具備以下特點(diǎn)。

1.1 目標(biāo)小

在線路的巡檢過(guò)程中利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡檢，主要檢查輸電桿塔中的各種金具。無(wú)人機(jī)巡檢的金具通常體型偏小，因此目標(biāo)也較小，巡檢工作人員很難發(fā)現(xiàn)。

1.2 數(shù)量多

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，用電量在逐年遞增，這也對(duì)國(guó)家的電網(wǎng)建設(shè)提出了更高的要求，需要不斷地?cái)U(kuò)大對(duì)桿塔巡視和檢修的規(guī)模。

1.3 距離遠(yuǎn)

輸電線路是連接發(fā)電廠與變電站之間的一個(gè)重要電力設(shè)施，普遍長(zhǎng)度較長(zhǎng)。尤其是近年來(lái)特高壓交流、直流輸電的快速發(fā)展，有的單條輸電線路長(zhǎng)達(dá)幾千公里。為了降低建設(shè)的成本，會(huì)增加各個(gè)塔桿之間的距離。

1.4 風(fēng)速高

以120米的高跨河桿塔為例，如果地面的風(fēng)為5級(jí)，而風(fēng)速為10 m/s，那么塔定的地線掛點(diǎn)處的風(fēng)速為13.9 m/s，風(fēng)力為7級(jí)。

1.5 環(huán)境復(fù)雜

我國(guó)的土地資源一直比較緊張，在民事協(xié)調(diào)上的難度非常大。新建的高壓輸電線路基本都位于郊區(qū)或丘陵地帶等地形復(fù)雜的區(qū)域，輸電線路需要穿過(guò)很多的高山，這使得巡檢的過(guò)程非常困難。

1.6 電磁影響惡劣

輸電線路的特點(diǎn)為電壓高、電流大，尤其是高壓的輸電線路。輸電線路一般是裸導(dǎo)線，在它的周圍具有很強(qiáng)的電磁場(chǎng)，無(wú)人機(jī)需要具備電磁屏蔽的能力和較高的抗干擾能力。

2 多旋翼無(wú)人機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用

2.1 多旋翼無(wú)人機(jī)的巡線特點(diǎn)

很多無(wú)人機(jī)都是應(yīng)用鋰電池來(lái)作為自己的動(dòng)力電源，并開展相關(guān)的輸電線路巡檢工作。由于電池的技術(shù)限制，無(wú)人機(jī)飛行的時(shí)間還比較短，一般在空載并且氣象條件較好的情況下，利用無(wú)人機(jī)巡檢電路可以飛行半個(gè)小時(shí)左右。但當(dāng)天氣等因素產(chǎn)生影響時(shí)，利用無(wú)人機(jī)巡檢輸電線路只能飛行二十分鐘左右。為了提高輸電線路巡檢工作的效率，可以在巡檢開始之前制定合理的飛行路徑和相關(guān)的拍攝部位。

2.2 多旋翼無(wú)人機(jī)的巡線作業(yè)流程

2.2.1 準(zhǔn)備階段

在多旋翼無(wú)人機(jī)巡視作業(yè)之前，工作人員應(yīng)先做好資料的收集工作，對(duì)巡視區(qū)域的大致情況進(jìn)行細(xì)致的了解，并了解機(jī)場(chǎng)、軍事禁飛區(qū)等地方的設(shè)施情況，獲取相應(yīng)巡視輸電線路桿塔的坐標(biāo)和它的高度。同時(shí)，還需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的安全管控措施進(jìn)行充分的準(zhǔn)備，編制相應(yīng)的飛行安全管控方案和應(yīng)急方案。

2.2.2 實(shí)施階段

在準(zhǔn)備工作完成后，才可以進(jìn)入實(shí)施階段。在實(shí)施階段中，各個(gè)部分的技術(shù)人員應(yīng)做好自己的本職工作，并且嚴(yán)格按照相關(guān)的作業(yè)規(guī)范開展工作，從而保證人安全和設(shè)備的安全。飛控手與程控手之間應(yīng)相互保持溝通，保證無(wú)人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中的穩(wěn)定安全。

2.3 巡線數(shù)據(jù)處理方法

對(duì)于現(xiàn)在的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，采集到的圖像信息需要經(jīng)過(guò)人工分析。工作人員根據(jù)無(wú)人機(jī)拍攝的圖片進(jìn)行分析，找出桿塔所存在的安全隱患。這樣的方式會(huì)受到很多干擾因素的影響，例如大霧天以及陰天等因素，對(duì)無(wú)人機(jī)拍攝的畫面都具有一定的影響。目前，浙江的電力公司在線路巡檢時(shí)利用無(wú)人機(jī)搭載SAR雷達(dá)進(jìn)行巡視，可以解決在大霧環(huán)境下的導(dǎo)線斷線巡視。

要加強(qiáng)無(wú)人機(jī)的巡檢效率，就需要盡快應(yīng)用無(wú)人機(jī)圖像處理的系統(tǒng)程序。這種程序可以對(duì)圖像進(jìn)行降噪，避免圖像模糊，使無(wú)人機(jī)拍攝的圖片更加清楚。

3 輸電用的多旋翼無(wú)人機(jī)未來(lái)發(fā)展方向

3.1 續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)

為了延長(zhǎng)無(wú)人機(jī)電池的續(xù)航時(shí)間，相關(guān)的技術(shù)人員可以探索新型的高能量密度的電池材料，從而在原有的電池基礎(chǔ)上提高電池的容量。無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行效率也要提高，降低無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在能量上的損耗，延長(zhǎng)電量使用的時(shí)間。技術(shù)人員可以對(duì)無(wú)人機(jī)開發(fā)光伏系統(tǒng)，使太陽(yáng)能源源不斷地為無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力，增加無(wú)人機(jī)使用的時(shí)間。

3.2 抗電磁干擾能力更強(qiáng)

由于輸電線路的周圍具有較強(qiáng)的電磁干擾，而在巡視輸電線路時(shí)無(wú)人機(jī)需要近距離拍攝，因此需要無(wú)人機(jī)具備較高的抗電磁干擾能力，使無(wú)人機(jī)能夠不受干擾繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

3.3 地形適應(yīng)力更好

輸電線路建設(shè)的地線通常在丘陵、山地等地形復(fù)雜的地區(qū)，沒有合適的升降無(wú)人機(jī)的區(qū)域，限制了無(wú)人機(jī)的使用。技術(shù)人員可以開發(fā)一種較為簡(jiǎn)單的、適合攜帶的無(wú)人機(jī)升降平臺(tái)，為無(wú)人機(jī)的升降帶來(lái)一定的便利，從而適應(yīng)各種地形。

3.4 控制距離更遠(yuǎn)

市面上的無(wú)人機(jī)可以控制的距離大約在2000ITI，與我國(guó)的輸電線路距離作比較，差不多為3-4個(gè)輸電線路桿塔。隨著用電量的不斷增加，輸電線路的規(guī)模也越來(lái)越大，使巡檢的工作量不斷增加，需要不斷提高無(wú)人機(jī)的控制距離。技術(shù)人員可以對(duì)地面站的信號(hào)收發(fā)能力進(jìn)行提升，使無(wú)人機(jī)的控制范圍得到擴(kuò)大。

3.5 抗風(fēng)性能更高

我國(guó)輸電線路桿塔的高度和跨度都在不斷地增加，市面上很多多旋翼無(wú)人機(jī)作業(yè)的風(fēng)速還無(wú)法達(dá)到巡檢的要求，超過(guò)了無(wú)人機(jī)的承受范圍。因此，需要對(duì)無(wú)人機(jī)的風(fēng)控系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使無(wú)人機(jī)能夠適應(yīng)高強(qiáng)度大風(fēng)中工作，這對(duì)無(wú)人機(jī)的發(fā)展具有非常重要的作用。

3.6 質(zhì)量更輕

隨著我國(guó)輸電線路規(guī)模的不斷擴(kuò)大，線路巡檢的作業(yè)量也不斷地增加。由于很多的輸電線路桿塔所在的地形比較復(fù)雜，多在山地、丘陵等地帶，一些質(zhì)量比較大的無(wú)人機(jī)就成了巡檢輸電線路的負(fù)擔(dān)，對(duì)巡檢的效率和質(zhì)量有著不利的影響。為了增強(qiáng)無(wú)人機(jī)在輸電線路巡檢中的功用，需要對(duì)無(wú)人機(jī)的質(zhì)量進(jìn)行降低。

3.7 拍照的性能更優(yōu)

無(wú)人機(jī)巡檢輸電桿塔上的各種金具大多具有較小的體型、不易發(fā)現(xiàn)等特點(diǎn)。由于輸電線路周圍的電磁干擾較強(qiáng)，無(wú)人機(jī)工作時(shí)無(wú)法靠得太近，這就需要無(wú)人機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)一定要具備更加優(yōu)秀的拍照技能和變焦的能力，使得拍出的圖片非常清晰，提高巡檢的效率和質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

為了使無(wú)人機(jī)滿足巡檢輸電線路的要求，需要無(wú)人機(jī)具有更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間、更強(qiáng)的抗電磁干擾能力、更好的地形適應(yīng)能力、更遠(yuǎn)的控制距離、更輕的質(zhì)量、更佳的拍照性能，以此提高輸電線路巡檢效率和質(zhì)量。