架空輸電線路上無(wú)人機(jī)的有效運(yùn)用

摘?要：電力系統(tǒng)運(yùn)行中，架空輸電線路運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性和供電可靠性。因此，電力系統(tǒng)調(diào)度員需要開(kāi)展有效的線路巡檢，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)架空輸電線路定期和不定期巡查檢視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決線路運(yùn)行中存在的問(wèn)題及隱患，為線路維護(hù)提供可靠依據(jù)，從而確保線路運(yùn)行安全。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，其在架空輸電線路上的運(yùn)用具有巨大優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)分析架空輸電線路上無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用概述，針對(duì)架空輸電線路巡檢過(guò)程中，無(wú)人機(jī)巡檢的有效運(yùn)用進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);架空輸電線路;有效運(yùn)用

架空輸電線路是滿足電力遠(yuǎn)距離輸送的基礎(chǔ)，在電力運(yùn)行系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，保障架空輸電線路安全穩(wěn)定，是提高系統(tǒng)供電安全可靠的前提。架空輸電線路具有分布廣、所處地形復(fù)雜、自然條件惡劣等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的巡檢方式往往難以全面準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)隱患問(wèn)題、查找故障，從而造成較大損失，難以滿足社會(huì)日益增長(zhǎng)的電力需求。因此，探索無(wú)人機(jī)在架空輸電線路上的有效應(yīng)用，是滿足現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)展需求，提高架空輸電線路運(yùn)維效率的重要途徑。

一、無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用概述

（一）無(wú)人機(jī)技術(shù)及其核心組成

無(wú)人機(jī)是指不需要由駕駛員在機(jī)艙內(nèi)操作完成駕駛的一種飛機(jī)，其主要借助遙控技術(shù)或自動(dòng)駕駛技術(shù)來(lái)完成相關(guān)任務(wù)的飛行載具。與載人飛機(jī)相比，無(wú)人機(jī)的操作更為便捷、體積小、自重輕、應(yīng)用成本更低。早期無(wú)人機(jī)技術(shù)主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，但隨著其技術(shù)快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

目前，無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)企業(yè)中的應(yīng)用主要是固定翼、多旋翼、無(wú)人直升機(jī)三種類型。固定翼無(wú)人機(jī)飛行速度較快，具有較遠(yuǎn)的續(xù)航里程，能夠搭載可見(jiàn)光傳感器，在輸電線路路徑巡視觀測(cè)工作中的應(yīng)用較多。多旋翼無(wú)人機(jī)的飛行模式較為靈活機(jī)動(dòng)，能夠隨時(shí)懸停，從而完成短距離觀測(cè)、攝影，但外部環(huán)境對(duì)其影響較大，續(xù)航里程相對(duì)較短。

無(wú)人機(jī)核心部分組成包括無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)鏈。其中，無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)是其核心系統(tǒng)，與載人飛機(jī)中的駕駛員地位相當(dāng)。無(wú)人機(jī)完成啟動(dòng)、升空、飛行等各項(xiàng)操作，都需要依靠飛控系統(tǒng)的控制。無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)中，包括微型計(jì)算機(jī)、傳感器、伺服系統(tǒng)等，飛機(jī)在半空的懸停、緊急控制等，都由這些系統(tǒng)裝置控制完成。

無(wú)人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)相當(dāng)是飛行員的雙目，在導(dǎo)航系統(tǒng)中預(yù)設(shè)好飛行路線后，無(wú)人機(jī)會(huì)根據(jù)設(shè)定好的路線飛行作業(yè);同時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)也會(huì)向地面操作人員傳輸無(wú)人機(jī)位置信息，從而使地面人員準(zhǔn)確獲取無(wú)人機(jī)坐標(biāo)位置。

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈可以分成上行數(shù)據(jù)鏈與下行數(shù)據(jù)鏈。前者完成操作人員對(duì)無(wú)人機(jī)的遙控，后者完成將向地面?zhèn)鬏敓o(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)及進(jìn)行無(wú)人機(jī)遙測(cè)。無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)沁B接無(wú)人機(jī)與地面的有效鏈接，從而完成數(shù)據(jù)的相互傳輸、控制等任務(wù)。

（二）無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)

1.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是將無(wú)人機(jī)技術(shù)與遙感器探測(cè)技術(shù)、GPS定位技術(shù)等有機(jī)結(jié)合的一種技術(shù)，運(yùn)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，能夠高效、自動(dòng)、精確地獲取空間遙感信息，包括地理、環(huán)境以及資源等;同時(shí)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具有可回收利用優(yōu)勢(shì)，成本低、風(fēng)險(xiǎn)低，在各領(lǐng)域的應(yīng)用范圍十分廣泛。在架空輸電線路應(yīng)用中，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的高分辨率、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)線路問(wèn)題隱患的有效勘測(cè)，提高輸電線路巡檢效率。

2.無(wú)人機(jī)測(cè)繪攝影技術(shù)

相較于衛(wèi)星測(cè)繪和大飛機(jī)測(cè)繪所獲得的測(cè)繪影像來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)測(cè)繪攝影可以借助無(wú)人機(jī)體積小、自重輕的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)搭載長(zhǎng)焦距、高分辨率的攝影設(shè)備，實(shí)現(xiàn)低空飛行拍攝，能夠有效縮小拍攝范圍，并且提高測(cè)繪影像的精度，尤其是在地形復(fù)雜地區(qū)的架空輸電線路航拍測(cè)繪分區(qū)復(fù)雜問(wèn)題中應(yīng)用，同時(shí)還可以保證相鄰航測(cè)區(qū)重疊度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，從而提高無(wú)人機(jī)測(cè)繪效率，提升架空輸電線路工程勘測(cè)效率，優(yōu)化架空輸電線路。

3.無(wú)人機(jī)超聲波距技術(shù)

無(wú)人機(jī)搭載超聲波儀器進(jìn)行架空輸電線路的巡檢技術(shù)，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)人工測(cè)量的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在高空對(duì)整個(gè)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，并且快速測(cè)出需要測(cè)量的距離信息。例如，無(wú)人機(jī)超聲波距技術(shù)在解決架空輸電線路樹(shù)障問(wèn)題中，測(cè)量帶電導(dǎo)線下方樹(shù)障測(cè)距時(shí)，通過(guò)將搭載超聲波儀器的無(wú)人機(jī)飛到與架空輸電線路保持安全距離的水平位置，然后利用其高清攝像頭，實(shí)時(shí)向地面操控人員傳輸圖像，操控人員將影像中心點(diǎn)中線設(shè)置水平并對(duì)準(zhǔn)帶電導(dǎo)線，運(yùn)用超聲波測(cè)距儀器向垂直地面發(fā)出超聲波信號(hào)，根據(jù)信號(hào)返回首次時(shí)間信息，運(yùn)用數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)向地面?zhèn)鬏?，從而獲取無(wú)人機(jī)和正下方樹(shù)障的垂直距離。

4.無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)

無(wú)人機(jī)搭載激光雷達(dá)系統(tǒng)與高清攝像機(jī)，能夠?qū)芸蛰旊娋€路中的走廊高精度激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、數(shù)碼影像數(shù)據(jù)進(jìn)行精確高效采集，并通過(guò)三維建模技術(shù)，得出線路走廊地物、地形地貌以及各項(xiàng)設(shè)備的空間距離。同時(shí)，無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)自動(dòng)提取帶電導(dǎo)線線點(diǎn)并進(jìn)行曲線整合，從而獲取連續(xù)架空線路走廊影像，可以有效解決帶電導(dǎo)線與樹(shù)障精確測(cè)量的問(wèn)題，提高輸電線路巡檢工作效率。

5.無(wú)人機(jī)紅外測(cè)溫技術(shù)

架空輸電線路的運(yùn)行環(huán)境通常較為惡劣，再加上長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行存在的設(shè)備老化問(wèn)題，容易出現(xiàn)線路破損、連接部件發(fā)熱等問(wèn)題，影響線路運(yùn)行安全。無(wú)人機(jī)紅外測(cè)溫技術(shù)能夠?qū)芸蛰旊娋€路中早期存在的缺陷隱患和絕緣性進(jìn)行有效預(yù)判，從而將以故障為導(dǎo)向的線路維修轉(zhuǎn)變?yōu)橐灶A(yù)防為導(dǎo)向的線路維護(hù)，進(jìn)而提高架空輸電線路運(yùn)行的安全穩(wěn)定，提高供電可靠性。借助紅外測(cè)溫技術(shù)，無(wú)人機(jī)通過(guò)在被測(cè)點(diǎn)附近懸停，不接觸、不取樣、不破壞被測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)對(duì)被測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，并且利用無(wú)人機(jī)能夠近距離靠近被測(cè)點(diǎn)，滿足紅外測(cè)溫儀使用距離要求，提高測(cè)溫效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電線路存在的溫度異常現(xiàn)象，從而進(jìn)行與隱患排查，降低線路故障發(fā)生率。

二、架空輸電線路巡檢中無(wú)人機(jī)應(yīng)用分析

（一）構(gòu)建無(wú)人機(jī)綜合巡檢平臺(tái)

首先，確定架空輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)的選型。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，輕型無(wú)人機(jī)在架空輸電線路中的應(yīng)用具有顯著優(yōu)勢(shì)，其體積較小、自重較輕、靈活性強(qiáng)，能夠滿足架空輸電線路所處的復(fù)雜環(huán)境或者狹小空域的巡檢工作。其次，無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，包括殼體、懸臂及云臺(tái)設(shè)計(jì)。無(wú)人機(jī)殼體設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)復(fù)雜地形及多變的天氣環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，提高機(jī)身流線型，降低飛行摩擦阻力，減少動(dòng)力消耗，延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間。無(wú)人機(jī)懸臂設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)快速折疊鎖緊機(jī)構(gòu)，解決懸臂高空震動(dòng)的情況，避免折疊卡死的問(wèn)題。無(wú)人機(jī)云臺(tái)是搭載攝影設(shè)備等任務(wù)荷載的支撐設(shè)備，通過(guò)云臺(tái)設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)備搭載，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)輕型化、模塊化設(shè)計(jì)，提高無(wú)人機(jī)靈活性。

（二）無(wú)人機(jī)巡檢搭載設(shè)備

根據(jù)架空輸電線路巡檢工作實(shí)際任務(wù)，設(shè)備無(wú)人機(jī)搭載設(shè)備，以確保巡檢任務(wù)的順利完成。

（1）高速成像模塊。無(wú)人機(jī)搭載設(shè)備中，高速成像模塊是實(shí)時(shí)記錄與傳統(tǒng)飛機(jī)高速移動(dòng)中的高清視頻，在高速成像模塊中添加電子穩(wěn)像技術(shù)、場(chǎng)景鎖定及目標(biāo)跟蹤技術(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)在惡劣天氣下獲取高清圖像的成果。在高速成像模塊中，通過(guò)增加畫(huà)中畫(huà)與字符疊加功能，能夠有效增強(qiáng)系統(tǒng)探測(cè)能力，簡(jiǎn)化視頻跟蹤與處理。

（2）紅外、紫外成像傳感模塊。無(wú)人機(jī)搭載紅外熱像儀，可以通過(guò)紅外探測(cè)器與光學(xué)成像物鏡，獲取紅外熱像圖，檢查輸電線路熱斑情況，同時(shí)將熱圖像向一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控器中傳輸，對(duì)架空輸電線路巡檢中發(fā)現(xiàn)的不正常發(fā)熱現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)，提高對(duì)故障隱患檢測(cè)的準(zhǔn)確性。無(wú)人機(jī)紫外線成像儀要求具有較高的靈敏度，能夠完成復(fù)雜地形環(huán)境下的靈活運(yùn)用，準(zhǔn)確獲取光子技術(shù)信息。同時(shí)在紫外線傳感模塊選擇中，還需要兼顧成本與開(kāi)發(fā)周期要求。

（3）三維激光掃描模塊。在架空輸電線路巡檢中，三維激光掃描模塊能夠?qū)U塔進(jìn)行全方位立體掃描，并確定其精準(zhǔn)度的經(jīng)緯度及高度位置，最終輸出全方位立體圖片，為架空輸電線路巡檢排障工作提供可靠依據(jù)。

三、架空輸電線路巡檢中無(wú)人機(jī)巡檢內(nèi)容

（一）正常巡檢

正常巡檢是為保證架空輸電線路運(yùn)行穩(wěn)定，相關(guān)工作人員需要制定線路定期巡檢計(jì)劃，并按照巡檢計(jì)劃任務(wù)搭載相應(yīng)的設(shè)備對(duì)架空輸電線路進(jìn)行多項(xiàng)目巡檢作業(yè)。例如，可見(jiàn)光巡檢是為及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電線路各個(gè)部位外部存在的可見(jiàn)異常以及問(wèn)題隱患;紅外測(cè)溫巡檢是對(duì)架空輸電線路中各個(gè)連接部位或者焊接部位異常發(fā)熱情況的檢測(cè)。

（二）故障巡檢

在架空輸電線路發(fā)生故障后，在故障原因、故障點(diǎn)位置等排查過(guò)程中，可根據(jù)保護(hù)動(dòng)作信息，劃定故障點(diǎn)的可疑區(qū)段和位置。然后，在無(wú)人機(jī)上搭載相關(guān)的故障巡檢設(shè)備，有目的地對(duì)可疑區(qū)段進(jìn)行故障排查。同時(shí)，在故障巡檢過(guò)程中，還需要根據(jù)架空輸電線路實(shí)際運(yùn)行，合理擴(kuò)大故障巡檢范圍，以加強(qiáng)對(duì)線路整體故障隱患的檢查。

（三）特殊巡檢

特殊巡檢是根據(jù)架空輸電線路運(yùn)行及其外部環(huán)境的實(shí)際情況，進(jìn)行的具有針對(duì)性的巡檢工作。主要包括以下幾個(gè)方面：第一，鳥(niǎo)害巡檢。大部分架空輸電線路架設(shè)途經(jīng)山野，并且多為高塔架設(shè)，成為鳥(niǎo)類筑巢的絕佳位置。為避免鳥(niǎo)類筑巢對(duì)線路穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，需要根據(jù)本地區(qū)鳥(niǎo)類筑巢及遷徙特征，在鳥(niǎo)類筑巢前期進(jìn)行無(wú)人機(jī)巡檢驅(qū)逐鳥(niǎo)類，在筑巢后期進(jìn)行鳥(niǎo)害巡檢，加強(qiáng)對(duì)鳥(niǎo)害區(qū)段線路運(yùn)行的掌控。

第二，外破巡檢。當(dāng)架空輸電線路通道其周邊區(qū)域內(nèi)發(fā)生市政修路、挖取土方等外破因素，可能對(duì)線路運(yùn)行造成干擾時(shí)，則需要利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行線路外破巡檢，加強(qiáng)對(duì)線路影像數(shù)據(jù)信息的掌握，有效預(yù)防外破隱患的發(fā)生。

第三，防山火巡檢。架空輸電線路通道中，可能存在較多的植被，導(dǎo)致其防山火壓力較大。根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境特點(diǎn)以及森林火險(xiǎn)等級(jí)，開(kāi)展無(wú)人機(jī)全方位山區(qū)、森林區(qū)段線路的巡檢工作，確保能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)山火隱患，避免山火可能對(duì)線路穩(wěn)定運(yùn)行的危害。

第四，災(zāi)后巡檢。架空輸電線路多在山野中架設(shè)，當(dāng)發(fā)生山體滑坡、地震等災(zāi)害后，人力往往難以第一時(shí)間到達(dá)災(zāi)區(qū)深部開(kāi)展線路檢修工作。因此，需要利用無(wú)人機(jī)搭載巡檢設(shè)備，及時(shí)獲取災(zāi)后線路現(xiàn)場(chǎng)的視頻、圖頻等，從而第一時(shí)間掌握災(zāi)后線路設(shè)備受損情況，為災(zāi)后重建奠定基礎(chǔ)。

第五，樹(shù)竹巡檢。春夏季節(jié)，受樹(shù)竹快速生長(zhǎng)的影響，架空輸電線路容易受到影響而產(chǎn)生樹(shù)竹放電跳閘故障?？衫脽o(wú)人機(jī)搭載激光雷達(dá)或測(cè)距巡檢設(shè)備，快速排查樹(shù)竹隱患，實(shí)時(shí)掌握線路運(yùn)行環(huán)境。利用激光雷達(dá)巡檢設(shè)備，能夠?qū)旊娋€路及通道環(huán)境進(jìn)行三維建模，從而提高巡檢人員環(huán)境評(píng)估和運(yùn)維決策的準(zhǔn)確性;激光測(cè)距主要測(cè)量樹(shù)障與線路之間的距離和交叉跨越距離，從而為后期線路通道治理及清障提供可靠依據(jù)。

第六，紅外巡檢。架空輸電線路運(yùn)行中，由于運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、運(yùn)行負(fù)荷壓力過(guò)大等因素而出現(xiàn)設(shè)備老化，異常發(fā)熱的現(xiàn)象，無(wú)人機(jī)搭載紅外成像儀進(jìn)行紅外巡檢，能夠有效解決線路異常發(fā)熱存在的隱患問(wèn)題，避免線路損壞導(dǎo)致事故發(fā)生。在無(wú)人機(jī)紅外巡檢中，有效解決了人工手持紅外測(cè)溫儀檢測(cè)的攜帶困難、測(cè)量難度大等問(wèn)題，尤其是對(duì)惡劣條件以及高海拔等加快輸電線路的巡檢，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量診斷，大幅提升了巡檢效率。

四、架空輸電線路巡檢中無(wú)人機(jī)巡檢安全要求

架空輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢工作的有序開(kāi)展，首要確保安全巡檢，充分考慮巡檢安全要求，保證輸電線路巡檢工作的安全可靠。

首先，巡檢工作盡可能選擇良好天氣進(jìn)行。在雷電、雨雪、大風(fēng)等惡劣天氣條件下，不具備無(wú)人機(jī)巡檢工作的外部環(huán)境，因而原則上是禁止無(wú)人機(jī)升空開(kāi)展巡檢工作的。但如遇特殊情況需要在惡劣天氣下進(jìn)行無(wú)人機(jī)巡檢，則需要根據(jù)實(shí)際情況制定完善的安全措施及緊急預(yù)案，經(jīng)相關(guān)單位批準(zhǔn)后方可進(jìn)行。其次，確保無(wú)人機(jī)巡檢空域范圍的安全性。無(wú)人機(jī)巡檢中，需要注意避開(kāi)存在火焰、爆破、無(wú)線電干擾等活動(dòng)的空域。最后，保持安全距離。無(wú)人機(jī)巡檢工作中，為有效防止導(dǎo)線外電場(chǎng)、電暈放電對(duì)無(wú)人機(jī)飛行造成干擾而導(dǎo)致其墜機(jī)的情況產(chǎn)生，無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)與輸電線路及其設(shè)備之間的距離應(yīng)當(dāng)保持在合理范圍內(nèi)，并且無(wú)人機(jī)應(yīng)避免在線路之間或者線路正上方長(zhǎng)時(shí)間飛行。

結(jié)語(yǔ)

維護(hù)架空輸電線路運(yùn)行的穩(wěn)定性，是保證供電系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠的重要前提。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，在架空輸電線路巡檢中運(yùn)用無(wú)人機(jī)，能夠有效提高巡檢效率，提升巡檢工作精準(zhǔn)性，降低巡檢難度，同時(shí)解放勞動(dòng)力，進(jìn)一步提高巡檢工作的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，無(wú)人機(jī)在架空輸電線路上具有廣闊的應(yīng)用前景，不斷加強(qiáng)無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用與探究，完善無(wú)人機(jī)架空輸電線路巡檢工作體系，對(duì)于促進(jìn)電力運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)展具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：田華貴（1994—?），男，回族，寧夏中衛(wèi)人，本科，助理工程師，研究方向：輸電線路運(yùn)行維護(hù)與檢修。