四旋翼無人機(jī)平臺下的特高壓輸電線路快速檢測分析

蔡瑋辰　孫闊騰　夏立杰

摘 要：在實(shí)施全國電力資源互聯(lián)互通戰(zhàn)略背景下，為了優(yōu)化配置能源，南方電網(wǎng)創(chuàng)建了一大批大容量、遠(yuǎn)距離、超特高壓的輸電線路。對于高壓輸電線路的消缺維修與日常巡檢，分析了四旋翼無人機(jī)平臺的快速檢測應(yīng)用，提高線路巡檢的質(zhì)量與運(yùn)維效果。

關(guān)鍵詞：四旋翼無人機(jī);特高壓;輸電線路

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的過程中，無人機(jī)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)、軍事與農(nóng)業(yè)等方面，在產(chǎn)品發(fā)展和制度優(yōu)化過程中，不斷出現(xiàn)全新的應(yīng)用。目前，人們生活水平在不斷提高，電力對于供電質(zhì)量的要求也越來越嚴(yán)格。在輸電線路檢測與巡視中使用無人機(jī)，能夠在短時(shí)間內(nèi)尋找輸電線路中的隱患與缺陷[1]。在災(zāi)害條件與復(fù)雜地形中，得到高質(zhì)量現(xiàn)場資料信息，使工作人員工作強(qiáng)度與危險(xiǎn)性降低，提高輸電線路的巡檢效率，以此實(shí)現(xiàn)輸電線路穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。

1 四旋翼無人機(jī)平臺的配置

下圖為四旋翼無人機(jī)平臺的構(gòu)成，本文設(shè)計(jì)使用X4多旋翼傘式折疊機(jī)架，中心盤直徑為270*250mm，軸距為830mm，碳管直徑為25mm，電機(jī)臂長度為230mm。在展開電機(jī)臂之后，戴上反7°角。

四旋翼無人機(jī)平臺的構(gòu)成圖

動(dòng)力系統(tǒng)通過電子調(diào)速器、螺旋槳、無刷電機(jī)和電源構(gòu)成，使用大級別盤式無刷電機(jī)，螺旋槳使用多旋翼專用8*5.5寸平紋純碳正反漿，電機(jī)調(diào)速器使用樂天多旋翼用電調(diào)XRotor-50A，使用達(dá)普6S16000mAh15C鋰電池組作為電源[2]。

飛行控制系統(tǒng)能夠?qū)λ男頍o人機(jī)在巡檢過程中平穩(wěn)的飛行進(jìn)行保證，對地面站遙控遙測進(jìn)行快速的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作和高精度懸停等動(dòng)作。通過避障傳感器、飛控板、導(dǎo)航單元與防碰撞預(yù)警構(gòu)成。

機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)通過云臺控制器、三軸云臺和高倍變焦高清相機(jī)構(gòu)成，在三軸云臺安裝紅外成像儀與高清相機(jī)，通過5.8G無線圖傳感模塊到地面站平板顯示器中實(shí)時(shí)的發(fā)送。

地面站系統(tǒng)包括地面站影像實(shí)時(shí)顯示、手持遙控器與地面站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。手持遙控器使用WET09SII 2.4G 9通道遙控器和接收機(jī)構(gòu)成，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件在筆記本電腦中運(yùn)行，使用CUAV 2DR 433無線數(shù)傳收發(fā)模塊。利用433數(shù)傳模塊地面端使會(huì)使地面站中的航點(diǎn)、指令等信息傳送到機(jī)載端中。地面站實(shí)時(shí)影像顯示系統(tǒng)通過圖傳發(fā)射模塊、地面接收模塊構(gòu)成，圖傳模塊指的是機(jī)載端影像到地面站顯示器單向傳輸載體[3]。

2 特高壓輸電線路檢測中的四旋翼無人機(jī)平臺使用

2.1 定點(diǎn)巡檢

四旋翼無人機(jī)的活動(dòng)較為靈活，穩(wěn)定性比較高，應(yīng)用到輸電線路高空設(shè)備巡檢中具有良好效果，能夠精準(zhǔn)、及時(shí)的發(fā)現(xiàn)金具、絕緣子等設(shè)備中的問題，從而得到清楚圖像與視頻，便于技術(shù)人員的分析。在輸電線路巡視中使用，能夠?qū)υO(shè)備中的問題定點(diǎn)檢查，對設(shè)備損壞問題分析與判斷。另外，方便尋找故障點(diǎn)，不需要人工登塔檢查。能夠在線路大型檢修作業(yè)前使用，提前實(shí)現(xiàn)設(shè)備情況的詳細(xì)、全面的掌握，從而有效制定檢修方案。

和檢查部位相互結(jié)合，對安全飛行制度落實(shí)，與拍攝的角度與部位要求結(jié)合，選擇相應(yīng)工作模式。在檢查絕緣子、金具過程中，控制5m/s的飛行速度和桿塔保持30m的距離。緩慢的接近目標(biāo)，懸停之后通過照相機(jī)、攝像機(jī)進(jìn)行檢查和拍攝。在導(dǎo)地線檢查過程中，使用相同的檢查方式，和目標(biāo)高度距離保持10m，云臺角度和導(dǎo)線相互對應(yīng)，緩慢飛行進(jìn)行拍攝和檢查。在夏天等高用電負(fù)荷中，利用四旋翼無人機(jī)進(jìn)行交流、直流輸電線路巡檢，對導(dǎo)地線、絕緣子和桿塔等巡視檢查進(jìn)行重視，保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性[4]。

2.2 短距離巡檢

在短距離檢測過程中，四旋翼無人機(jī)也具有良好的效果。通過設(shè)計(jì)的四旋翼無人機(jī)平臺對輸電線路通道、局部進(jìn)行拍攝，還能夠拍攝高山、河流、泥石流、洪水等巡視人員難以到達(dá)的區(qū)域，順利的開展高危險(xiǎn)性作業(yè)任務(wù)。在短距離巡檢過程中，設(shè)計(jì)的四旋翼無人機(jī)平臺能夠選擇自主導(dǎo)航與人工控制等方式，方便人工模式檢查無人機(jī)沿途的通道。在遙控飛行區(qū)域中布置地面控制站，假如使用車載地面控制站，還能夠提高巡航距離。自主導(dǎo)航模式要實(shí)現(xiàn)航線信息的設(shè)置，通過無人機(jī)半自主與全自主的進(jìn)行飛行，實(shí)現(xiàn)檢查任務(wù)的執(zhí)行。在線路通道與桿塔等檢查過程中使用人工控制的方式，對航巡危險(xiǎn)避讓點(diǎn)信息記錄，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航模式的設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

通過飛行安全角度分析，四旋翼無人機(jī)使用線路側(cè)面飛行，并且和導(dǎo)線保持10m的距離，在有特殊需求的時(shí)候，控制距離為5m。為了使拍攝效果得到提高，四旋翼無人機(jī)要順著線路斜上方的飛行，控制飛行速度為每秒5m[5]。

3 結(jié)語

目前，全世界科技都在不斷的發(fā)展，多種高科技產(chǎn)品不斷應(yīng)用到電力行業(yè)。四旋翼無人機(jī)為全新高新科技設(shè)備，在特高壓輸電線路檢測過程中使用四旋翼無人機(jī)，能夠使輸電線路巡視工作效率得到提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]聶廣華.全自主雙發(fā)油動(dòng)四旋翼無人機(jī)著陸軌跡跟蹤方法分析[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2019（2）.

[2]任磊，楊震，李振新，等.無人機(jī)在特高壓輸電線路巡檢應(yīng)用中的成本經(jīng)濟(jì)效益[J].今日財(cái)富，2017（12）：107.

[3]梁靜，石巖，周新宇.基于自適應(yīng)反演滑模的四旋翼無人機(jī)抗風(fēng)研究[J].信息通信，2019（2）.

[4]王寬田，黨選舉，鄭飛宇，等.基于卡爾曼濾波四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2017（8）：103-104.

[5]劉興發(fā)，干喆淵，李妮，等.特高壓輸電線路對鄰近對空情報(bào)雷達(dá)站影響分析與實(shí)驗(yàn)研究[J].高電壓技術(shù)，2018，44（10）.

作者簡介：蔡瑋辰（1993-），男，仫佬族，廣西壯族自治區(qū)宜州人，本科，助理工程師，研究方向：超高壓輸電線路運(yùn)維、無人機(jī)運(yùn)維。