配電網(wǎng)架空線(xiàn)中無(wú)人機(jī)巡線(xiàn)應(yīng)用分析

吳張敏 蔡凝露

摘要：以往進(jìn)行的配電網(wǎng)高架線(xiàn)人工巡檢工作量大、條件艱苦，尤其是山區(qū)與江河區(qū)域的高架線(xiàn)巡檢工作困難重重，而且巡檢工作面臨著各種危險(xiǎn)。目前廣泛應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行配電網(wǎng)高架線(xiàn)巡檢，不但減輕了相關(guān)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且降低了配電網(wǎng)高架線(xiàn)維護(hù)運(yùn)行成本。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);架空線(xiàn);無(wú)人機(jī)巡線(xiàn);應(yīng)用

引言

電力能源隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展需求越來(lái)越旺盛，社會(huì)的發(fā)展也離不開(kāi)電力資源的支持，國(guó)家電網(wǎng)為了滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)對(duì)電力越來(lái)越高的需求，就需要在電力線(xiàn)路和高電壓、大容量方向上繼續(xù)擴(kuò)建。通常電力的產(chǎn)生，運(yùn)送，分流和應(yīng)用這些過(guò)程都是具有待續(xù)性的，同時(shí)具有瞬時(shí)性和連續(xù)性的特點(diǎn)。整個(gè)體系非常復(fù)雜，其中每一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問(wèn)題患都會(huì)間接或直接的影響用戶(hù)的電力供應(yīng)和系統(tǒng)的供電安全，造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失并威脅生命財(cái)產(chǎn)安全。故障的事故位置難于第一時(shí)間確定，排查時(shí)間的加長(zhǎng)都會(huì)影響故障本身的維護(hù)，時(shí)間越長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)損失就越大，用電也就越不安全。無(wú)人機(jī)巡線(xiàn)技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用也是保障供配電系統(tǒng)的可靠性，經(jīng)濟(jì)性的重要步驟，也提出了這些應(yīng)用的更高要求。

一、無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)是一種先進(jìn)的無(wú)人駕駛自行飛行器。電力無(wú)人機(jī)配網(wǎng)巡線(xiàn)系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的集成系統(tǒng)，他集成了航空、電力，通信、地理信息系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)在內(nèi)，涉及飛行器控制技術(shù)、機(jī)載遙測(cè)遙感技術(shù)、現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)、數(shù)據(jù)鏈通訊技術(shù)、機(jī)體穩(wěn)定控制技術(shù)、快速對(duì)焦攝像技術(shù)以及故障診斷等多個(gè)高精尖技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)代的電力無(wú)人機(jī)具備爬升高、距離遠(yuǎn)、速度快和自動(dòng)作業(yè)的功能，可以穿越很多復(fù)雜的障礙物對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行迅速的巡線(xiàn)，可以對(duì)架空線(xiàn)的金具等各種器件進(jìn)行全光譜的快速攝像和故障監(jiān)測(cè)。

隨著電子技術(shù)和無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)制造水平的逐步提高，機(jī)載設(shè)備的性能和功能將會(huì)越來(lái)越豐富和成熟，智能化程度會(huì)越來(lái)越高。無(wú)人機(jī)對(duì)配電網(wǎng)巡視是一種高效、智能的電力巡線(xiàn)模式。由于無(wú)人機(jī)飛行控控制操作過(guò)程簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性高、續(xù)航能力長(zhǎng)、速度快等特點(diǎn)，由此可以預(yù)見(jiàn)，無(wú)人機(jī)在開(kāi)展電力安全巡視工作時(shí)發(fā)揮的作用也將越來(lái)越大。

二、配網(wǎng)架空線(xiàn)路中無(wú)人機(jī)巡檢主要技術(shù)

利用無(wú)人機(jī)實(shí)施配網(wǎng)架空線(xiàn)路巡檢時(shí)，必須掌握下面的關(guān)鍵技術(shù)：

（一）掌握飛行控制技術(shù)

通常來(lái)說(shuō)，配網(wǎng)架設(shè)線(xiàn)路較長(zhǎng)，甚至達(dá)到100km，和交通主干道距離也在30km，對(duì)此其遙控距離也要遵循此標(biāo)準(zhǔn)，而且無(wú)人機(jī)也要安裝GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)地理定位、線(xiàn)路動(dòng)態(tài)控制等，以此來(lái)達(dá)到無(wú)人機(jī)線(xiàn)路巡檢的高度自動(dòng)化、智能化。

（二）必須掌握機(jī)體穩(wěn)定技術(shù)

實(shí)際的無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程中嚴(yán)禁抖動(dòng)、不穩(wěn)定等問(wèn)題，對(duì)此應(yīng)配設(shè)具備攝像功能的云臺(tái)，配設(shè)可視化紅外攝像設(shè)備，從而達(dá)到攝像的自動(dòng)好娿控制，達(dá)到對(duì)桿塔、飛行等圖像的高清晰度拍攝。

（三）高端的影像技術(shù)

要掌握桿塔的動(dòng)態(tài)識(shí)別技術(shù)，能夠及時(shí)地清晰成像，掌握高端的測(cè)繪控制攝像包括技術(shù)，確保能夠高效地形成清晰、完善、高質(zhì)量的桿塔、絕緣子以及附近環(huán)境等的圖像，而且還要配設(shè)線(xiàn)路的故障判斷與識(shí)別等技術(shù)。

三、配電網(wǎng)架空線(xiàn)中無(wú)人機(jī)巡線(xiàn)的應(yīng)用分析

（一）無(wú)人機(jī)飛行模式

無(wú)人機(jī)在飛行中為了避免因?yàn)閻毫犹鞖夂推渌h(huán)境下出現(xiàn)的垂直降落對(duì)配電高架線(xiàn)的損壞，無(wú)人機(jī)的飛行航線(xiàn)需要和高架線(xiàn)之間保持合適距離。

在考慮各種影響因素的前提下，無(wú)人機(jī)在巡檢過(guò)程中在高架線(xiàn)斜上方飛行最佳。為了提高線(xiàn)路巡檢的效率，當(dāng)光學(xué)吊艙系統(tǒng)具備良好掃描視角時(shí)，無(wú)人機(jī)巡檢可以單向飛行作業(yè)，也就是沿著高架線(xiàn)方向巡檢1次即可。如果線(xiàn)路電壓等級(jí)較高的情況下，無(wú)人機(jī)吊艙系統(tǒng)因?yàn)槭艿骄嚯x和飛行視角的影響，單向巡檢無(wú)法滿(mǎn)足質(zhì)量要求，需要沿高架線(xiàn)兩側(cè)進(jìn)行往返巡檢作業(yè)。

（二）無(wú)人機(jī)中繼通信

為克服地形阻擋、多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落和配網(wǎng)強(qiáng)電磁干擾等因素對(duì)無(wú)人機(jī)通訊鏈路的限制，研制了電力巡檢無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路中繼系統(tǒng)，為無(wú)人機(jī)電力巡檢長(zhǎng)距離、超視距飛行以及實(shí)時(shí)圖傳提供穩(wěn)定信號(hào)通道支

持，保證無(wú)人機(jī)在巡檢作業(yè)低空飛行時(shí)通信正常。通訊鏈路采用無(wú)線(xiàn)通信組網(wǎng)方式，圖像遙測(cè)及遙控采用COFDM數(shù)字通信技術(shù)，使其具有較強(qiáng)的繞射能力和抗多路徑干擾能力。無(wú)人機(jī)地空中繼鏈路通信分為2種工作模式，即中繼模式和無(wú)中繼模式。中繼模式下地面站與目標(biāo)機(jī)通過(guò)中繼機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，無(wú)中繼模式下地面站與目標(biāo)機(jī)直接數(shù)據(jù)通信。2種模式可自動(dòng)切換，以提高通訊質(zhì)量。

（三）無(wú)人機(jī)線(xiàn)路巡檢應(yīng)用模式

將無(wú)人機(jī)運(yùn)用于配網(wǎng)架空線(xiàn)巡檢，最關(guān)鍵是要合理地搭配與組合各類(lèi)型號(hào)無(wú)人機(jī)、中繼模式與設(shè)備等，只要優(yōu)化的組合才能確保適應(yīng)復(fù)雜地形和地理?xiàng)l件的巡檢。

（1）中型無(wú)人機(jī)組合地面中繼模式。此組合一般是在無(wú)人機(jī)不能和車(chē)載設(shè)備直接連接條件下，也就是當(dāng)無(wú)人機(jī)與地面測(cè)控車(chē)的距離超出了視線(xiàn)范圍，或者雙方中間存在障礙物的情況。無(wú)人機(jī)所得到的圖像、遙測(cè)信號(hào)等借助無(wú)線(xiàn)鏈路來(lái)對(duì)應(yīng)傳遞至桿塔中的中繼設(shè)備，再對(duì)應(yīng)把信號(hào)傳輸?shù)降孛鏈y(cè)控車(chē)的終端設(shè)備，此時(shí)，測(cè)控車(chē)能夠傳出命令和信號(hào)，憑借塔架的中繼裝置向無(wú)人機(jī)傳遞信號(hào)，以此來(lái)操縱無(wú)人機(jī)的巡檢作業(yè)。

（2）中型無(wú)人機(jī)組合空中中繼模式。中型無(wú)人機(jī)組合空中中繼模式能夠有效地彌補(bǔ)地面中繼模式實(shí)際運(yùn)行中的弊端和弱點(diǎn)，將中繼飛機(jī)配置于數(shù)據(jù)鏈路。其中無(wú)人機(jī)能夠收到圖像，和遙測(cè)信號(hào)，并將它們傳輸至中繼飛機(jī)，再對(duì)應(yīng)向地面測(cè)控車(chē)傳遞這些信號(hào)，地面車(chē)載終端也將傳輸命令，經(jīng)中繼飛機(jī)直達(dá)無(wú)人機(jī)終端，以此來(lái)達(dá)到無(wú)人機(jī)巡檢的高效控制。

（3）中型無(wú)人機(jī)加固定翼機(jī)中繼模式

在這種模式下中繼飛機(jī)選擇的是固定翼飛機(jī)，固定翼飛機(jī)具有續(xù)航時(shí)間久、抗風(fēng)能力良好、運(yùn)行成本低、飛行以及控制簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，可以提高中級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程的靈活性。

（4）小型無(wú)人機(jī)組合微型無(wú)人機(jī)模式。此類(lèi)組合方式一般用在線(xiàn)路巡查任務(wù)機(jī)距車(chē)載設(shè)備更近，同時(shí)，中間無(wú)任何阻攔性障礙物的情況，無(wú)人機(jī)一般憑借無(wú)線(xiàn)鏈路來(lái)達(dá)到和車(chē)載設(shè)備之間的通訊，二者之間能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)、信息的傳輸，無(wú)人機(jī)和吊艙所得到的兩組視頻信號(hào)、遙測(cè)數(shù)據(jù)信息等會(huì)經(jīng)歷一個(gè)處理過(guò)程，也就是要經(jīng)受無(wú)人機(jī)的壓縮、調(diào)制，在此基礎(chǔ)上再傳輸至車(chē)載終端，此時(shí)地面測(cè)控車(chē)的車(chē)載終端也將對(duì)應(yīng)傳出信息、數(shù)據(jù)以及指令信號(hào)，使其抵達(dá)無(wú)人機(jī)終端，從而達(dá)到對(duì)無(wú)人機(jī)的操作、控制。

（5）固定翼機(jī)模式

這種模式選擇固定翼機(jī)具有防災(zāi)減災(zāi)和應(yīng)急巡檢的優(yōu)勢(shì)，利用固定翼機(jī)可以實(shí)現(xiàn)距離較遠(yuǎn)、范圍較大的快速線(xiàn)路巡視。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，作為電網(wǎng)的重要組成部分，配電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。配網(wǎng)的巡檢的方式和巡檢方案對(duì)于提高電網(wǎng)的供電可靠性，減少供電損耗，提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都有著重大意義。隨著電網(wǎng)的發(fā)展和巡檢方式的與時(shí)俱進(jìn)，新技術(shù)應(yīng)用在電網(wǎng)檢修方面也越來(lái)越多。為了適應(yīng)新的發(fā)展趨勢(shì)，要建立新的電力巡檢方式和設(shè)計(jì)更適合的電網(wǎng)巡檢模型，形成更綜合、有效、直觀(guān)的巡檢方案，進(jìn)而推出綜合性的，面向用戶(hù)級(jí)別的巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用。

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