試論無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢的關(guān)鍵技術(shù)

肖毓勇

摘要：我國(guó)地域遼闊，不同地方的地形地貌、水文信息、氣候環(huán)境及地質(zhì)構(gòu)造等存在很大的差異。由于輸電線路長(zhǎng)期曝露在室外，受到風(fēng)雪雷電等自然災(zāi)害的影響，輸電線路的桿塔可能出現(xiàn)下沉、電氣設(shè)備絕緣體破裂及輸電線路斷開等問題，導(dǎo)致電力故障，造成大范圍停電事故。因此，為了確保輸電線路安全有序運(yùn)行，需要定期或者不定期對(duì)線路進(jìn)行巡視，防止線路出現(xiàn)故障問題。由于輸電線路運(yùn)行范圍廣、運(yùn)行環(huán)境負(fù)責(zé)，不利于電力線路巡檢工作的開展。將無(wú)人機(jī)應(yīng)用在電力線路安全巡檢過程中，利用無(wú)人機(jī)的體積小、不容易受到地形環(huán)境影響、操作方便等特點(diǎn)，可以提高電力線路巡檢的工作效率，降低巡檢人員的工作強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);電力線路;安全巡檢;關(guān)鍵技術(shù)

1無(wú)人機(jī)技術(shù)與電力巡檢概述

1.1發(fā)展背景

從2016年到2020年，中國(guó)的基礎(chǔ)電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展迅速。到2021年年底，中國(guó)輸電線路總長(zhǎng)度將超過160萬(wàn)公里。根據(jù)相關(guān)專家的估計(jì)，該數(shù)據(jù)將繼續(xù)增長(zhǎng)。在這種情況下，對(duì)電網(wǎng)線路的檢查不可避免地變得煩瑣。而如今，現(xiàn)有的檢查方法已經(jīng)有些不合適，因此必須使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行電氣檢查。從目前的角度來(lái)看，中國(guó)的一些省份已經(jīng)開始運(yùn)用無(wú)人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，其硬件設(shè)備和支持系統(tǒng)也在不斷完善，并且專注于無(wú)人機(jī)檢測(cè)的新模型正在逐步形成。由于發(fā)展周期短，加上其他原因，無(wú)人機(jī)功率檢查組仍然面臨人力和設(shè)備短缺的問題，總體應(yīng)用效果受到限制，難以真正提供功率檢查支持服務(wù)。進(jìn)入21世紀(jì)，知識(shí)經(jīng)濟(jì)開始興起，信息技術(shù)革命越來(lái)越受到關(guān)注，智能化和集成化技術(shù)變革已經(jīng)到來(lái)，無(wú)人機(jī)技術(shù)最具代表性。新技術(shù)的出現(xiàn)，極大地改變了許多行業(yè)的生產(chǎn)方法。無(wú)人機(jī)、電力巡檢以及信息管理技術(shù)的結(jié)合，可以從根本上促進(jìn)電力行業(yè)檢查工作的進(jìn)步與發(fā)展，信息技術(shù)的添加與集成提供了極大的技術(shù)支持。機(jī)械檢查功能將更加強(qiáng)大，使其成為電力巡檢當(dāng)中必不可少的部分。

1.2構(gòu)成

（1）無(wú)人機(jī)。為了符合工業(yè)控制相關(guān)要求，無(wú)人機(jī)要求擁有的特點(diǎn)主要包含：首先，無(wú)人機(jī)需要保持飛行過程的穩(wěn)定性，就要適應(yīng)各種類型的工況，因此它的外形設(shè)計(jì)應(yīng)具有科學(xué)性;其次，它的載荷能力要有所保障，這樣才可以搭載采集系統(tǒng)以及其他的一些任務(wù)設(shè)備;再次，能夠完成一些特定任務(wù)，類似于電力巡檢、清障以及架線任務(wù)等;最后，需要擁有遠(yuǎn)程無(wú)線圖傳等功能。（2）控制站（GCS）。這屬于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)里面不可或缺的部分，它能給操控人員提供人機(jī)接口以及適合的工作環(huán)境等。通常情況下，它負(fù)責(zé)的工作是航線規(guī)劃、起飛與降落、任務(wù)執(zhí)行與管理、信息采集以及緊急情況處理等。（3）通信系統(tǒng)。這在無(wú)人機(jī)以及控制站之間起到重要的連接作用，能夠讓無(wú)人機(jī)同控制站完成各類信息與圖像的有效傳輸。（4）設(shè)備保障系統(tǒng)。它一般是給無(wú)人機(jī)的正常工作帶來(lái)有效的技術(shù)支持，為無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)提供重要的安全保障，使無(wú)人機(jī)在進(jìn)行野外作業(yè)的時(shí)候，能夠在電力、油類等相關(guān)方面需求上得到滿足，從而最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)。

2無(wú)人機(jī)技術(shù)在電力巡檢信息化管理中的應(yīng)用

2.1無(wú)人機(jī)技術(shù)

無(wú)人機(jī)通常與控制站、通信設(shè)備和設(shè)備支持系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用，已在許多行業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用。具體來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)和支持技術(shù)可以從4個(gè)方面進(jìn)行理解。UAV的形狀設(shè)計(jì)必須遵守流體力學(xué)的相關(guān)原理，以便在更復(fù)雜的條件下穩(wěn)定飛行，并且需要信息收集設(shè)備和其他設(shè)備來(lái)執(zhí)行工作，因此需要一定的承載能力。從電源線檢查到電線清潔，應(yīng)該具有多種功能。為了成功完成電力線路巡檢工作，需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸照片和定位功能?？刂普荆℅CS）作為無(wú)人機(jī)技術(shù)的核心內(nèi)容，可以為無(wú)人機(jī)駕駛員提供操作信息和條件，并通常執(zhí)行諸如路線規(guī)劃、執(zhí)行任務(wù)控制、數(shù)據(jù)收集完成、通信系統(tǒng)等任務(wù)。無(wú)人機(jī)與控制站之間的連接對(duì)于傳達(dá)信息是必需的，以便成功執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，通信系統(tǒng)是一種設(shè)備支持系統(tǒng)，可以在兩個(gè)方向上傳輸由無(wú)人機(jī)收集的控制信息和數(shù)據(jù)[1]。顧名思義，這是一個(gè)提供后勤支持的系統(tǒng)，例如無(wú)人機(jī)的電能和燃料能通過支持系統(tǒng)提供。（1）無(wú)人機(jī)。為了滿足工業(yè)控制要求，無(wú)人機(jī)必須具有以下特征：首先，外形設(shè)計(jì)必須合理，以確保無(wú)人機(jī)能夠在空中穩(wěn)定飛行并適應(yīng)各種工作條件。其次，必須有足夠的負(fù)載能力來(lái)保證。它可以配備信息收集系統(tǒng)和各種工作設(shè)備。第三，它可以完成某些任務(wù)，例如電力線檢查、障礙物清除工作、布線工作、自主檢查等。最后，還有遠(yuǎn)程無(wú)線圖像傳輸和定位功能。（2）控制站（GCS）?？刂普臼菬o(wú)人機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，為無(wú)人機(jī)操作員提供了人機(jī)界面和工作環(huán)境。它主要負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃、起飛和著陸、任務(wù)執(zhí)行和管理、信息收集、控制計(jì)算和應(yīng)急處理。（3）通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)充當(dāng)連接無(wú)人機(jī)和控制站的橋梁，實(shí)現(xiàn)了兩者之間的控制信息、工作量信息、無(wú)人機(jī)狀態(tài)信息、圖像和視頻的傳輸。（4）設(shè)備支持系統(tǒng)。它主要為無(wú)人機(jī)的正常運(yùn)行提供必要的技術(shù)支持和安全保障，滿足無(wú)人機(jī)野外作業(yè)所需的動(dòng)力和機(jī)油需求，并實(shí)現(xiàn)了傳輸作業(yè)的要求。

2.2多旋翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)

多旋翼無(wú)人機(jī)電力檢查系統(tǒng)是一種基于無(wú)人機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的圖像采集系統(tǒng)，具有多種功能，可以適應(yīng)復(fù)雜的工作條件，可以監(jiān)測(cè)電力線和電線接地的實(shí)際運(yùn)行情況。快速準(zhǔn)確地檢查線路狀況、防雷和接地裝置[2]。另外，可以根據(jù)通信系統(tǒng)的操作將檢查結(jié)果及時(shí)發(fā)送給技術(shù)人員，方便技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和信息管理。多旋翼無(wú)人機(jī)功率檢查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，可以大致分為：多旋翼無(wú)人機(jī)的6個(gè)部分。多旋翼無(wú)人機(jī)有幾種類型，市場(chǎng)上最常用的一種是A700四旋翼無(wú)人機(jī)。它的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)主要為機(jī)身是完全密封的，即使在雨天也可以正常運(yùn)行。此外，飛行控制系統(tǒng)具有很高的質(zhì)量，并且具有出色的控制性能。由于其高度的便利性和出色的容錯(cuò)性，飛行狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定且無(wú)事故。它還具有顯著的承載能力和耐用性，出色的數(shù)據(jù)傳輸能力，因此在功率測(cè)試中可以發(fā)揮不錯(cuò)的作用。四旋翼無(wú)人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)可分為3個(gè)部分：電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力和速度控制系統(tǒng)。電機(jī)是無(wú)刷電機(jī)，電源是鋰聚合物電池。整體表現(xiàn)非常穩(wěn)定。速度控制系統(tǒng)基于控制信號(hào)。調(diào)整電動(dòng)機(jī)速度以達(dá)到速度調(diào)整目標(biāo)。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，如果動(dòng)力系統(tǒng)是一塊肌肉，那么導(dǎo)航系統(tǒng)將是眼睛，它可以為無(wú)人機(jī)操作員提供跟蹤并促進(jìn)對(duì)無(wú)人機(jī)的全面控制。GPS可以說(shuō)是無(wú)人機(jī)檢查系統(tǒng)中最重要的部分，可以提供無(wú)人機(jī)定位服務(wù)，以確保無(wú)人機(jī)檢查的安全性和穩(wěn)定性。無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)可以直接執(zhí)行GPS全球定位。無(wú)人機(jī)操作員可以預(yù)先計(jì)劃無(wú)人機(jī)檢查路線和距離，并使用PTZ跟蹤系統(tǒng)確定無(wú)人機(jī)檢查位置和情況。還可以直接調(diào)整PTZ的角度，從而達(dá)到拍攝特殊位置（例如鐵塔和電線）的目標(biāo)。無(wú)人機(jī)電力檢查系統(tǒng)的信息收集主要是薄膜和返回極、電線、接地裝置等。因此，該信息收集系統(tǒng)主要裝有熱紅外成像系統(tǒng)和可見光收集設(shè)備，可以在短時(shí)間內(nèi)完成從電源線收集信息的任務(wù)。為了確保采集的準(zhǔn)確性和有效性，通常會(huì)選擇固定焦點(diǎn)相機(jī)和變焦相機(jī)的組合，并且兩個(gè)相機(jī)一起工作以完成諸如拍照和錄像的任務(wù)。熱紅外成像系統(tǒng)的功能是收集電氣設(shè)備和電線表面的溫度。在夜間檢查期間，借助溫差查找難以發(fā)現(xiàn)的區(qū)域和相對(duì)隱蔽的故障點(diǎn)，從而從根本上改善無(wú)人機(jī)的性能，并提高檢查系統(tǒng)的有效性。由無(wú)人飛行器信息收集系統(tǒng)收集的各種數(shù)據(jù)和信息，將會(huì)通過信息傳輸系統(tǒng)傳輸回地面，并在其真正發(fā)揮作用之前立即進(jìn)行分析[4]。當(dāng)然，也可以根據(jù)用戶的需求直接傳輸?shù)诫娋W(wǎng)配電中心，實(shí)現(xiàn)面向信息的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。無(wú)人電力檢查系統(tǒng)必須具有實(shí)時(shí)控制功能，才能可靠、平穩(wěn)地完成線路巡檢過程，而控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。該控制系統(tǒng)可以管理主要由無(wú)人機(jī)收集的各種照片、視頻和視頻數(shù)據(jù)的分類信息，這很有用處。因?yàn)樗梢詼?zhǔn)確地存儲(chǔ)按地址和收集者所收集到的數(shù)據(jù)，便于技術(shù)人員立即定位故障。

2.3電力巡檢作業(yè)流程

中國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)電力線的快速發(fā)展和檢查工作提出了越來(lái)越多的要求和挑戰(zhàn)。過去的功率測(cè)試策略現(xiàn)在顯然已經(jīng)不再先進(jìn)，因此使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡檢作業(yè)至關(guān)重要。無(wú)人機(jī)可以在中低海拔高度靈活移動(dòng)和飛行。配備專用設(shè)備時(shí)，它還可以具有定位、拍攝、成像和傳輸?shù)裙δ?。操作方便，速度快。最重要的是，可以獲得信息技術(shù)的支持。這樣可以有效地完成了復(fù)雜地形中的電力線檢查任務(wù)，大大降低了檢查人員的難度。

3結(jié)語(yǔ)

總體上看，無(wú)人機(jī)技術(shù)在電力巡檢中的應(yīng)用研究，為電力巡檢的信息管理、實(shí)時(shí)信息的收集和傳輸、檢查結(jié)果的智能管理以及任務(wù)評(píng)估方面提供了新的解決方案，帶來(lái)了有效的技術(shù)支持。通過在電力巡檢工作中連續(xù)運(yùn)行無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)，并將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)，使得無(wú)人機(jī)線路巡檢成為一種更安全、更高效的巡檢工作方法。實(shí)現(xiàn)電力巡檢自動(dòng)化和信息管理，加快電網(wǎng)智能巡檢的速度。

參考文獻(xiàn)

[1]邵瑰瑋，劉壯，付晶，等.架空輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)研究進(jìn)展[J].高電壓技術(shù)，2020（1）：14-22.

[2]劉智勇，趙曉丹，祁宏昌，等.新時(shí)代無(wú)人機(jī)電力巡檢技術(shù)展望[J].南方能源建設(shè)，2019（4）：1-5.