基于物聯(lián)網(wǎng)的無人機(jī)輸電線路巡檢系統(tǒng)

張靖 田艷艷 崔冰嬙

摘要：隨著輸配電技術(shù)的迅速發(fā)展，輸配電基建的日益普及，越來越多的高壓輸電線路故障問題也變得更加棘手，如絕緣子擊穿、電路老化、雷擊穿和垃圾纏繞等等，由于輸電線路輸送距離長(zhǎng)、塔架高并可能穿越大量自然條件復(fù)雜多變的深山大河，甚至是無人區(qū)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，目前常見是大量采用人工地面觀察或登桿（塔）排查等傳統(tǒng)手段檢查輸電線路運(yùn)行狀態(tài)，這不僅受自然條件制約，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，人身安全存在隱患，成本高，巡檢效率低，

巡檢質(zhì)量難以保證以適應(yīng)當(dāng)前大電網(wǎng)安全生產(chǎn)的要求。 關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);無人機(jī);輸電線路

1 常見的無人機(jī)輸電線路基礎(chǔ)巡線技術(shù)

在近些年，檢測(cè)領(lǐng)域逐漸對(duì)無人機(jī)技術(shù)加以應(yīng)用，這使得監(jiān)測(cè)遙感圖像更容易被獲得，同時(shí)促進(jìn)了檢測(cè)技術(shù)快速發(fā)展。當(dāng)前在輸電線路巡檢過程中，昀常用到的基礎(chǔ)技術(shù)包括：

1.1 多角度多光譜成像

AMTIS（機(jī)載多角度多光譜成像系統(tǒng)）的硬件功能可以有效得到自可見光至熱紅外共 3個(gè)波段的 9個(gè)角度相應(yīng)圖像，其屬于當(dāng)今唯一能夠得到多角度熱紅外圖像的主要設(shè)施。經(jīng)由拼接和采集圖像，對(duì)線路走廊三維地形、線路和物體距離圖、線下橫縱剖面圖以及正射影像圖等進(jìn)行查看，從而定位地理，對(duì)走廊實(shí)際狀況加以監(jiān)視，并且精準(zhǔn)定位危險(xiǎn)點(diǎn)以及各距離的量測(cè)。

1.2 激光振動(dòng)

通過觀察振動(dòng)頻譜，正常情況的中心頻率和已開裂絕緣子是不同的。例如借助拋物型的反射鏡把超聲發(fā)生器發(fā)出的超聲波對(duì)準(zhǔn)所檢測(cè)的絕緣子，引發(fā)微小的振動(dòng)，隨后利用激光在此對(duì)準(zhǔn)所檢測(cè)的絕緣子，繼而按照反射信號(hào)頻譜對(duì)絕緣子是否開裂加以判定。

1.3 電子光學(xué)

因?yàn)樵诩芸蛰旊娋€路的相應(yīng)絕緣子串當(dāng)中，所有的絕緣子電壓并沒有均刀分布，其中與道線距離昀接近的絕緣子擁有昀大電壓。在零值絕緣子出現(xiàn)的時(shí)候，其將會(huì)沿著絕緣子串對(duì)應(yīng)電壓重新進(jìn)行分布，而此時(shí)與導(dǎo)線距離昀近的絕緣子相應(yīng)電壓會(huì)提升，從而使表面局部放電整體強(qiáng)度有所增加。此時(shí)結(jié)合其放電生成的光輻射自身強(qiáng)度，便能夠得到絕緣子串自身的絕緣性能。

1.4 紅外熱像儀

一旦線路接頭出現(xiàn)故障，便會(huì)增加接觸電阻，而在流過負(fù)荷電流的時(shí)候，將會(huì)使局部溫度上升，出現(xiàn)過熱的問題。此外，在絕緣子串一旦有低零值絕緣子出現(xiàn)，加之電壓運(yùn)行，同樣會(huì)引發(fā)過熱問題。上述故障點(diǎn)因?yàn)榫植堪l(fā)生過熱問題，將輻射出強(qiáng)于周邊設(shè)備的對(duì)應(yīng)紅外圖像，便可判斷出故障點(diǎn)。

2 無人機(jī)在輸電線路巡線方面的主要應(yīng)用途徑

從設(shè)計(jì)角度來看，無人機(jī)機(jī)身較小，能夠靈活運(yùn)動(dòng)，在應(yīng)用于輸電線路巡線工作后，能夠使輸電線路整體巡線質(zhì)量及其管理工作的水準(zhǔn)得以有效提升，從而使經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益實(shí)現(xiàn)昀大化。與此同時(shí)，將其應(yīng)用于查找輸電線路的故障點(diǎn)工作中，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)由無人機(jī)巡檢輸電線路工作狀況，如此便可有效預(yù)防發(fā)生故障，并且能準(zhǔn)確、及時(shí)地查找到故障點(diǎn)實(shí)際位置。

2.1 采集圖片與影像

將小型固定攝像機(jī)設(shè)置于無人機(jī)的吊艙當(dāng)中，能夠拍攝絕緣子串以及導(dǎo)線，此過程僅需要人為操控?zé)o人機(jī)，其便可以將相應(yīng)影像信息拍攝下來，隨后經(jīng)由數(shù)字轉(zhuǎn)化被有效保存，隨后工作人員便可以分析、判別線路實(shí)際狀況，進(jìn)而制定對(duì)應(yīng)方案。

2.2 采集與傳輸數(shù)據(jù)

在無人機(jī)巡視輸電線路的過程中，借助紅外熱像技術(shù)把信號(hào)傳送至地面的檢測(cè)屏幕上，便于技術(shù)人員可以對(duì)實(shí)時(shí)圖像以及影像信息進(jìn)行觀察、分析以及處理，隨后便可利用這部分信息對(duì)輸電線路所產(chǎn)生故障的部位進(jìn)行確定，而地面的工作人員就能夠針對(duì)性地展開維護(hù)、修復(fù)，這能夠使人為工作有效性以及精確性得到全面提升。

2.3 控制衛(wèi)星導(dǎo)航

當(dāng)前也能夠?qū)⑿l(wèi)星導(dǎo)航控制系統(tǒng)設(shè)置到無人機(jī)上，經(jīng)由自動(dòng)調(diào)整地面匹配，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)桿塔以及線路展開自動(dòng)巡線，借助衛(wèi)星來及時(shí)劃定發(fā)生故障的設(shè)備以及線路，使技術(shù)隊(duì)伍的搜索更加方便。

2.4 應(yīng)用于常態(tài)化巡檢

若想確保電力管理工作得以被有效落實(shí)，電力部門必須合理制定檢查輸電線路的方案，重在預(yù)防，輔以治理。所以，應(yīng)該及時(shí)巡視輸電線路，從而及時(shí)預(yù)警潛在問題或者在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)已發(fā)生問題。如果巡線區(qū)域有著復(fù)雜的地理環(huán)境，使得認(rèn)為巡線難以進(jìn)行下去，就應(yīng)當(dāng)即使采用無人機(jī)巡線的方式，并且確保此類巡線實(shí)現(xiàn)常態(tài)化，隨后綜合分析巡視信息，并且對(duì)輸電線路工作狀況進(jìn)行全面掌握。

應(yīng)用于故障點(diǎn)查找

外力破壞

此類檢查通常為線路周邊發(fā)生巨大環(huán)境變化時(shí)，或者當(dāng)線路被外力所影響時(shí)所展開的。例如在雷電、暴雨、泥石流以及洪水發(fā)生時(shí)，各種外力便會(huì)影響輸電線路，繼而引發(fā)故障或者問題。此時(shí)，倘若存在較大的危險(xiǎn)性，或者人工不方便進(jìn)行巡視時(shí)，應(yīng)該隨時(shí)展開巡視。

2.5.2 診斷性檢查輸電線路

借助無人機(jī)對(duì)輸電線路工作狀況進(jìn)行檢查的時(shí)候，應(yīng)該合理預(yù)測(cè)輸電線路是否正常，并且結(jié)合輸電線路季節(jié)性的工作特征以及環(huán)境改變狀況等展開有效巡線工作。倘若發(fā)現(xiàn)存在問題，則應(yīng)及時(shí)巡檢各大故障點(diǎn)，將其準(zhǔn)確位置查找出來。結(jié)合故障點(diǎn)實(shí)際狀況，查找故障發(fā)生原因，同時(shí)對(duì)故障點(diǎn)設(shè)施被破壞程度加以確定，進(jìn)而采用相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案，及時(shí)搶修或者替換故障設(shè)備，以便使線路恢復(fù)運(yùn)行。

3 確保無人機(jī)在輸電線路巡線方面得以順利應(yīng)用的保障措施

3.1 和有關(guān)先進(jìn)技術(shù)全面結(jié)合

在日常輸電線路的巡線過程中應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)，除了要對(duì)傳統(tǒng)的人為巡線模式進(jìn)行替代，還應(yīng)該在科技水平持續(xù)提升的過程中和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、數(shù)字化以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效結(jié)合，可以使智能輸電線路的巡線得以實(shí)現(xiàn)，從而推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)健康、快速發(fā)展。

3.2 大力培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)的人才

對(duì)于無人機(jī)輸電系統(tǒng)的巡線工作而言，其核心便在于確保擁有無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用的相應(yīng)人才，這主要是因?yàn)槠涑藨?yīng)該使無人機(jī)操控得以被有效實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還應(yīng)有效預(yù)判無人機(jī)巡視階段發(fā)生的各類問題，以便遠(yuǎn)程調(diào)整無人機(jī)的拍攝以及飛行狀況，保證其穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 打造專業(yè)電力巡視與調(diào)度團(tuán)隊(duì)

將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于輸電線路的巡線工作中，能夠及時(shí)巡查、檢測(cè)問題設(shè)備、線路，隨后向指揮中心傳送數(shù)據(jù)，并且按照無人機(jī)的巡線結(jié)果來調(diào)配人員，使之及時(shí)排除故障、解決問題。所以，這就需要有關(guān)部門必須打造出一支專業(yè)的電力巡視與調(diào)度團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

3.4 保證無人機(jī)自動(dòng)跟蹤和穩(wěn)定攝像

無人機(jī)在巡線時(shí)，需要確保自動(dòng)跟蹤線路桿塔、準(zhǔn)確控制其 GPS導(dǎo)航以及地理匹配等關(guān)鍵功能，以便使其在巡線過程中能夠按照轉(zhuǎn)角、線路走向以及海拔高度等實(shí)行自動(dòng)跟蹤以及貼身巡線。保持無人機(jī)穩(wěn)定飛行，所裝載攝像云臺(tái)應(yīng)該具備良好的穩(wěn)定能力，并且配備紅外、可見的攝像裝置，確保穩(wěn)定攝像，且拍攝圖像具備較高的分辨率。

4 結(jié)論

總之，在科技水平持續(xù)提升的新時(shí)期，先進(jìn)的無人機(jī)技術(shù)能夠在很大程度上代表我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步?？傮w來看，無人機(jī)擁有較小的體型，運(yùn)用起來便捷、靈活，其實(shí)用價(jià)值極大。因此，電力企業(yè)越來越多地借助無人機(jī)技術(shù)巡視輸電線路，其能夠精準(zhǔn)查找到故障點(diǎn)，不會(huì)受到較大應(yīng)用限制和影響。

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