輸電線路無人機(jī)巡線操控技術(shù)探索

高濤 賀姣姣

陜西省地方電力（集團(tuán)）有限公司榆林電力分公司，中國(guó)·陜西 榆林 719000

1 引言

近幾年來，在中國(guó)電力事業(yè)發(fā)展水平逐漸提高的同時(shí)，輸電線路的巡視檢查工作也面臨著越來越大的壓力與挑戰(zhàn)。但是，絕大多數(shù)的輸電線路都架設(shè)在荒無人煙的野外，其周圍的地理環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，氣候條件相對(duì)惡劣。如果單純依靠巡線人員進(jìn)行輸電線路的巡視檢查，不僅會(huì)消耗大量的人力資源和物力資源，還會(huì)存在各種各樣的安全隱患。而無人機(jī)巡線操控技術(shù)的應(yīng)用就可以解決這一問題。另外，輸電線路的巡視檢查工作涉及范圍廣泛，如果使用人工巡線方式，工作人員不僅需要完成較大的工作量，還需要具備較高的綜合能力。而無人機(jī)巡線操控技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以有效減輕工作人員的工作量，還可以高質(zhì)量、高效率地完成各項(xiàng)巡線工作任務(wù)。

2 輸電線路無人機(jī)巡線操控技術(shù)分析

近幾年來，隨著檢測(cè)領(lǐng)域?qū)τ跓o人機(jī)技術(shù)研究的不斷深入，無人機(jī)在輸電線路巡視檢查工作中的作用也被挖掘出來。同時(shí)，監(jiān)測(cè)遙感圖像獲得效率的提升，也為檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了保證。

2.1 無人機(jī)巡線系統(tǒng)的組成

無人機(jī)巡線系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。

第一，無人機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)，具有低速、低空、航行距離長(zhǎng)、航行時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。

第二，實(shí)時(shí)遙感系統(tǒng)，包含紅外全譜段、可見光全譜段以及紫外全譜段。

第三，衛(wèi)星氣象數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。

第四，陀螺穩(wěn)定平臺(tái)。

第五，信息處理系統(tǒng)等。

2.2 無人機(jī)巡線操控技術(shù)

2.2.1 多角度多光譜成像技術(shù)

多角度多光譜成像技術(shù)的應(yīng)用依賴于機(jī)載多角度多光譜成像系統(tǒng)的應(yīng)用，這一系統(tǒng)也是現(xiàn)階段唯一一種可以有效獲取熱紅外多角度圖像的設(shè)備，可以通過三維地形、線下橫縱剖面圖、物體與線路的距離圖以及正攝影像圖的查看，來完成各種距離的量測(cè)和危險(xiǎn)點(diǎn)的精確定位[1]。同時(shí)，對(duì)輸電線路走廊情況進(jìn)行有效的監(jiān)視。

2.2.2 激光振動(dòng)檢測(cè)法

與正常狀態(tài)下的中心頻率相比，已經(jīng)開裂的絕緣子的中心頻率具有明顯的差異。在拋物型反射鏡的輔助下，使超聲發(fā)射器發(fā)出的超聲波對(duì)準(zhǔn)被測(cè)絕緣子。當(dāng)被測(cè)絕緣子產(chǎn)生微小振動(dòng)之后，再使激光對(duì)準(zhǔn)這一絕緣子，就可以出現(xiàn)一段反射信號(hào)頻譜。將這一反射信號(hào)頻譜與正常狀態(tài)下的信號(hào)頻譜進(jìn)行對(duì)比，就可以明確絕緣子是否存在開裂問題。

2.2.3 電子光學(xué)檢測(cè)法

觀察架空輸電線路的絕緣子串，發(fā)現(xiàn)其絕緣子電壓分布并不均勻，且與導(dǎo)線越近的絕緣子，最大電壓越大。如若出現(xiàn)零值絕緣子，就會(huì)沿著絕緣子串電壓分布，使與導(dǎo)線最近的絕緣子電壓增大[2]。這樣一來，表面局部放電強(qiáng)度就會(huì)增大。在表面局部放電過程中，就會(huì)產(chǎn)生一種光輻射。對(duì)光輻射強(qiáng)度進(jìn)行分析，就可以準(zhǔn)確地判斷出絕緣子串所具有的絕緣性能。

2.2.4 紅外熱像儀檢測(cè)法

如果線路接頭位置出現(xiàn)異常故障，接觸電阻就會(huì)明顯增大[3]。當(dāng)有負(fù)荷電流經(jīng)過的時(shí)候，局部溫度就會(huì)明顯提高，并產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。另外，如果絕緣子串中出現(xiàn)低零值絕緣子，受到運(yùn)行電壓的影響，也會(huì)導(dǎo)致局部過熱問題的產(chǎn)生。而以上兩種情況導(dǎo)致的局部過熱問題，均會(huì)輻射出較強(qiáng)的紅外圖像。由于這些紅外圖像比周圍設(shè)備強(qiáng)，所以借助這些紅外圖像，就可以準(zhǔn)確鎖定故障位置。

2.3 無人機(jī)的飛行模式

要想保證無人機(jī)設(shè)備在輸電線路巡視檢查工作有效應(yīng)用，必須使用合理的飛行模式。目前，中國(guó)無人機(jī)的飛行模式主要包含以下幾種。

首先，固定翼無人機(jī)模式，在大范圍輸電線路巡線工作中應(yīng)用廣泛。

其次，地面中繼無人機(jī)模式，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)小范圍輸電線路巡線工作中應(yīng)用廣泛[4]。

再次，空中無人機(jī)模式，在高空范圍內(nèi)的輸電線路巡線工作中應(yīng)用廣泛。

最后，空中中繼模式，可以對(duì)整個(gè)輸電線路巡線過程中的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的記錄。

3 輸電線路巡檢中無人機(jī)巡線操控技術(shù)的應(yīng)用途徑

3.1 圖像與影像的采集

在無人機(jī)的吊艙中嵌入小型固定攝像機(jī)，就可以對(duì)絕緣子串、導(dǎo)線的實(shí)際情況進(jìn)行拍攝。然后在人為操控技術(shù)的應(yīng)用下，這些拍攝到的圖片和影像信息就可以順利地完成數(shù)字轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存。而工作人員就可以通過這些圖像信息與影像信息的分析來了解輸電線路的實(shí)際運(yùn)行情況，進(jìn)而制定有針對(duì)性的檢修方案和優(yōu)化措施（見圖1）。

圖1 無人機(jī)巡檢輸電線路現(xiàn)場(chǎng)圖

3.2 圖像與影像的觀察分析與處理

在輸電線路巡視檢查工作當(dāng)中，無人機(jī)巡線系統(tǒng)的應(yīng)用，還可以利用紅外熱像技術(shù)將相關(guān)信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛鏅z測(cè)屏幕上。工作人員對(duì)這些圖像信息以及影像信息進(jìn)行觀察、分析與處理，就可以在第一時(shí)間鎖定故障位置，并采取針對(duì)性的維護(hù)措施和修復(fù)措施，提高輸電線路故障檢修的有效性與準(zhǔn)確性。

3.3 衛(wèi)星導(dǎo)航的控制

目前，分析現(xiàn)階段的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用水平，在無人機(jī)上安裝衛(wèi)星導(dǎo)航控制系統(tǒng)具有較高的可行性[5]。這樣一來，通過衛(wèi)星導(dǎo)航控制系統(tǒng)的自動(dòng)化調(diào)整，就可以提高無人機(jī)設(shè)備與地面的匹配度，并借此對(duì)輸電線路和桿塔進(jìn)行自動(dòng)化巡線。同時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航控制系統(tǒng)就可以對(duì)故障設(shè)備或者故障線路進(jìn)行劃定，為工作人員鎖定故障位置、確定維修方案提供便利。

3.4 常態(tài)化巡檢

對(duì)于電力企業(yè)來說，“預(yù)防為主，治理為輔”是輸電線路巡視檢查方案的制定原則[6]，至于對(duì)輸電線路進(jìn)行及時(shí)的巡視檢查，才能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電線路運(yùn)行過程中存在的潛在問題和隱患。如果巡視區(qū)域的地理環(huán)境過于復(fù)雜，工作人員巡線具有較大的難度，就可以借助無人機(jī)設(shè)備來進(jìn)行巡線。將無人機(jī)巡線系統(tǒng)應(yīng)用到日常性的輸電線路巡視檢查工作當(dāng)中，并對(duì)無人機(jī)采集到的巡線信息進(jìn)行分析，就可以全方位地掌握輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)。

3.5 故障點(diǎn)的查找

無人機(jī)在輸電線路故障點(diǎn)的查找方面，也可以發(fā)揮積極的作用。

第一，如果輸電線路遭到外力破壞，且線路周圍的環(huán)境發(fā)生明顯改變，人工巡視又具有較強(qiáng)的危險(xiǎn)性，那么就可以利用無人機(jī)展開巡線。例如，在雷電天氣、暴雨天氣、泥石流天氣以及洪水災(zāi)害下，輸電線路很容易遭到破壞，并出現(xiàn)運(yùn)行故障。此時(shí)，就可以利用無人機(jī)展開巡線。

第二，無人機(jī)還可以應(yīng)用到輸電線路工作狀態(tài)的診斷性檢查當(dāng)中，通過有效巡視檢查發(fā)現(xiàn)輸電線路的故障點(diǎn)實(shí)際情況，并在明確故障原因的基礎(chǔ)上制定針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案，使輸電線路恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

4 輸電線路巡檢中無人機(jī)巡線操控技術(shù)的應(yīng)用效果

4.1 可以有效躲避沿途障礙物

在輸電線路巡視中，無人機(jī)設(shè)備的作用不可忽視。但是，由于輸電線路的架設(shè)環(huán)境具有一定的復(fù)雜性，尤其是各種障礙物的存在，可能會(huì)對(duì)無人機(jī)巡線工作的開展產(chǎn)生影響。在這種情況下，將無人機(jī)躲避手段整合成一套系統(tǒng)，并將之應(yīng)用到無人機(jī)巡線工作當(dāng)中，就可以引導(dǎo)無人機(jī)自動(dòng)躲避障礙物[7]。

在無人機(jī)躲避障礙物的系統(tǒng)當(dāng)中，紅外線感光系統(tǒng)的作用不可忽視，可以在檢測(cè)到障礙物光源的時(shí)候，自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，強(qiáng)制改變無人機(jī)的巡線路線。

4.2 可以提高輸電線路巡線效率

根據(jù)多次實(shí)踐分析與調(diào)研，發(fā)現(xiàn)將無人機(jī)設(shè)備應(yīng)用到輸電線路巡視檢查工作當(dāng)中，不僅可以提高整個(gè)輸電線路巡線工作能力和水平，還可以有效降低工作壓力，使工作人員空余出更多的時(shí)間和精力投入到其他相關(guān)工作當(dāng)中，為電力企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

5 輸電線路無人機(jī)巡線操控技術(shù)的強(qiáng)化應(yīng)用措施

5.1 加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

在輸電線路巡檢工作中，要想加強(qiáng)無人機(jī)巡線操控技術(shù)的應(yīng)用，需要將無人機(jī)巡線操控技術(shù)與先進(jìn)的計(jì)算及技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)等進(jìn)行充分的融合，提升輸電線路巡線工作的智能性。

5.2 加大技術(shù)型人才的培養(yǎng)力度

針對(duì)無人機(jī)巡線操控技術(shù)的有效應(yīng)用，關(guān)鍵在于專業(yè)人才對(duì)于無人機(jī)設(shè)備的操控能力[8]。只有技術(shù)人員對(duì)無人機(jī)進(jìn)行有效的操控，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)無人機(jī)在巡線當(dāng)中存在的各種問題，及時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)控?zé)o人機(jī)的飛行狀況和拍攝情況，才能夠使無人機(jī)順利地完成輸電線路巡線任務(wù)。所以，必須加大相關(guān)技術(shù)型人才的培養(yǎng)力度。

5.3 組建一支專業(yè)化的輸電線路巡視調(diào)度隊(duì)伍

無人機(jī)巡線操控技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電線路和相關(guān)設(shè)備的故障問題，并將其傳輸?shù)街笓]中心，還可以根據(jù)巡線結(jié)果進(jìn)行檢修人員的調(diào)配，加快故障問題的處理與解決。對(duì)此，要想充分發(fā)揮出無人機(jī)巡線操控技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，就必須組建一支專業(yè)化的輸電線路巡視調(diào)度隊(duì)伍，提高對(duì)輸電線路的維護(hù)質(zhì)量。

6 結(jié)語

綜上所述，將無人機(jī)巡線操控技術(shù)應(yīng)用到輸電線路中，在提高輸電線路巡視工作效率方面具有積極的影響。對(duì)此，我們要不斷地加強(qiáng)無人機(jī)巡線操控技術(shù)的研究，借助各種先進(jìn)技術(shù)來提高無人機(jī)巡線操控技術(shù)的應(yīng)用效果。與此同時(shí)，還要通過相關(guān)技術(shù)型人才的培養(yǎng)以及專業(yè)巡視調(diào)度隊(duì)伍的組建來強(qiáng)化無人機(jī)巡線操控技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用有效性。