旋翼無人機(jī)應(yīng)用于高壓輸電線路的巡檢

侯代榮

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司賀州供電局 廣西賀州 542899）

旋翼無人機(jī)應(yīng)用于高壓輸電線路的巡檢

侯代榮

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司賀州供電局 廣西賀州 542899）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，使得人們對電能的需求日益增長，所以開始對高壓、超高壓以及特高壓的大容量電力線路進(jìn)行大幅度的擴(kuò)建，但因為線路所覆蓋的范圍區(qū)域廣、地形復(fù)雜并且自然環(huán)境較為惡劣，工作量也不斷加大，用人工的方式來定期巡檢已經(jīng)不能達(dá)到現(xiàn)代電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行的要求。本文在此基礎(chǔ)上對旋翼無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用在輸電線路的巡檢中進(jìn)行了分析，希望能給相關(guān)部門的工作帶來一些參考。

旋翼無人機(jī)；高壓輸電線路；巡檢

1 前言

因為輸配電線路大部分是暴露在外面的，所以在惡劣的運行環(huán)境和氣象條件下，長期運行的導(dǎo)線、地線、絕緣子以及金具因為長時間的受力，導(dǎo)致出現(xiàn)斷股、生銹腐蝕以及過熱等情況。由于受到天氣、觀測角度等因素的影響，在進(jìn)行線路驗收和日常巡視的時候根本不能將桿塔頂部或者導(dǎo)地線等設(shè)施的缺陷弄清楚，不僅不能及時排除存在的隱患，反而會消耗更多的人力和資源，不能夠有效的開展其他工作。大量的巡視工作和復(fù)雜的地理環(huán)境，使得以前的人工逐基巡查的作業(yè)方法已經(jīng)不適合需求。利用無人機(jī)的遙感技術(shù)，采用多傳感器的集成方法，從而可使電力線路安全的巡檢工作達(dá)到高效以及能全自動化的展開。無人機(jī)現(xiàn)在已廣泛的應(yīng)用于生活中的各個領(lǐng)域，拿它與常規(guī)的人工巡檢方法相比，該項技術(shù)則更為安全、有效及先進(jìn)，是保障線路能安全運行的一種新型手段。

2 對旋翼無人機(jī)的研究設(shè)計和分析

2.1 旋翼無人機(jī)的技術(shù)要素

從大多數(shù)情況來看，主要用于巡檢高壓輸電線路工作的飛機(jī)是M4R和UH，即四旋翼無人機(jī)和遙控直升機(jī)。其中四旋翼無人機(jī)的組成部分主要是地面站和M4R無人機(jī)，它采用的是4個旋翼對稱分布，而氣動布局的形成主要就是這4個旋翼。四旋翼無人機(jī)不僅懸停以及起飛降落的能力都比較良好，而且它還能夠攜帶無線微型高分辨率圖像采集設(shè)備、無線圖像傳輸設(shè)備等，可以對高清晰的高壓輸電線路的特定目標(biāo)進(jìn)行采集，與此同時還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。與M4R不同的是，遙控直升機(jī)主要部分由遙控直升機(jī)本體、減振懸掛裝置、影像采集傳輸設(shè)備、地面攝像監(jiān)視與操控系統(tǒng)等組成，遙控直升機(jī)在飛行的過程中，可以對高壓輸電線路的目標(biāo)視頻圖像進(jìn)行才采集，然后通過無線圖像傳輸設(shè)備傳送到后臺，這使得工作人員能夠比較及時的對高壓輸電線路存在的故障進(jìn)行判斷。

2.2 旋翼無人機(jī)的功能概述

2.2.1 對旋翼無人機(jī)的功能分析

運用遙控直升機(jī)進(jìn)行巡檢的工作流程：首先，工作人員對UH進(jìn)行遙控飛行或者將其懸停在高壓輸電線路的上方，然后，再運用信息采集的設(shè)備實時采集和傳輸電線路的圖像信息。運用四旋翼無人機(jī)進(jìn)行巡檢的工作流程：地面站對M4R進(jìn)行引導(dǎo)，然后M4R會依據(jù)輸電線路的布設(shè)情況進(jìn)行采集和傳輸信息。具體有下面幾個步驟：①M4R在自主地懸停到特定的空間位置后，再對傳輸電路的圖像信息進(jìn)行采集；②四旋翼無人機(jī)通過對四個旋翼的航向的調(diào)節(jié)以及對云臺的減少振動，合理地調(diào)整圖像采集設(shè)備以及被檢測設(shè)備的光學(xué)角度與距離，然后實時采集和傳輸高壓輸電線路設(shè)備的圖像信息；③依據(jù)工作人員操作的各項指令進(jìn)行工作，然后沿著高壓輸電線路對其進(jìn)行飛行式的觀測，采集信息。

2.2.2 四旋翼無人機(jī)地面站的功能分析

關(guān)于四旋翼無人機(jī)地面站的基本功能：協(xié)調(diào)四旋翼無人機(jī)對通信進(jìn)行遙控、遙測，引導(dǎo)四旋翼無人機(jī)確定采集圖像信息的確切位置，對無人機(jī)所采集的高壓輸電線路信息進(jìn)行實時接收和整理分析，對無人機(jī)的飛行狀態(tài)以及云臺狀態(tài)進(jìn)行實時操作和控制。

2.3 旋翼無人機(jī)在輸電線路巡檢中的優(yōu)勢及不足

2.3.1 旋翼無人機(jī)在輸電線路巡檢中的優(yōu)勢

從輸配電線路的運行管理模式以及其平常的作業(yè)方式方面來看，以前的巡檢方式有以下問題：勞動強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，工作效率不高，直接用眼睛或者普通的儀器來巡查輸配電設(shè)備。這種傳統(tǒng)的工作方式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)在電網(wǎng)運運營維護(hù)和發(fā)展的需求。相比之下，無人機(jī)更有優(yōu)勢。自主導(dǎo)航的飛行技術(shù)和自主懸停的技術(shù)是無人機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)。無人機(jī)以下優(yōu)勢：工作效率較高、容易發(fā)現(xiàn)高空缺陷、安全性能好、場地要求不高、作業(yè)速度快、方式靈活、成本較低、能夠快速獲得輸配電線路本體及其運行環(huán)境。讓在輸配電線路的巡檢過程中遇到的困難，如勞動強(qiáng)度較大、工作環(huán)境差等得到有效解決。旋翼無人機(jī)技術(shù)的工作模式主要有飛行控制和自主懸停兩種，工作模式有手動控制模式和自動駕駛模式兩種。當(dāng)旋翼無人機(jī)處在自主懸停狀態(tài)的時候，可以通過無人機(jī)地面站的高清監(jiān)控錄像來檢查高壓輸電線路；在手動模式的狀態(tài)下，無人機(jī)可以根據(jù)事先預(yù)定好的路線來自主導(dǎo)航飛行，巡檢輸電線路。輸電線路巡檢系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 輸電線路巡檢系統(tǒng)組成

2.3.2 旋翼無人機(jī)存在的劣勢

在對輸電線路進(jìn)行巡檢的過程中，雖然旋翼無人機(jī)占有很大的優(yōu)勢，但是它也有一定的劣勢。①旋翼無人機(jī)的巡航時間不長，無人機(jī)本身的電池容量因受到其體積的影響導(dǎo)致并不大，這些在很大程度上影響著巡航的時間。②旋翼無人機(jī)的遙控范圍并不大，無人機(jī)的遙控范圍普遍是1000m。③旋翼無人機(jī)無法自動地分析圖像的缺陷。

2.4 對關(guān)鍵技術(shù)要點和創(chuàng)新點的分析

旋翼無人機(jī)對高壓輸電線路巡檢的關(guān)鍵技術(shù)要點和創(chuàng)新點主要有下面幾個：

①四旋翼無人機(jī)的特點是自主懸停和自主導(dǎo)航飛行，能夠查找高壓輸電線路跳閘后的故障點，并以此為基礎(chǔ)，建造一個完整的輸電線路全過程立體式的巡檢系統(tǒng)。

②四旋翼無人機(jī)還有一個功能就是能夠保護(hù)高壓輸電線路避免碰撞，多用來巡視和檢測高壓輸電線路。與此同時，還能夠保護(hù)在嚴(yán)重自然災(zāi)害下的高壓輸電線路，例如大風(fēng)、暴雨等，避免其受到損害。

③在對高壓輸電線路進(jìn)行巡檢時會運用到地面實時監(jiān)控技術(shù)以及圖像防抖降噪音技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的作用下，旋翼無人機(jī)配備的可見光視頻能夠及時的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

④優(yōu)化四旋翼無人機(jī)的一體化設(shè)計以及高壓輸電線路的快速檢測系統(tǒng)，可以讓流線型無人機(jī)機(jī)身的碳纖維制作工藝問題得到有效的解決，進(jìn)而對于鋰電池的型號選擇、旋翼的升力、挑選的電機(jī)型號以及空氣動力等相關(guān)問題也可以得到解決。

⑤在自主懸停和飛行控制系統(tǒng)中有自動駕駛和手動控制兩種工作模式。在自主懸停的狀態(tài)下，旋翼無人機(jī)不但能夠用無人機(jī)地面站的高清錄像檢查輸電線路，而且可以保留手動控制模式，還能夠根據(jù)預(yù)定的路線以自主導(dǎo)航的方式進(jìn)行飛行和巡檢。

3 旋翼無人機(jī)技術(shù)在高壓輸電線路巡檢中的應(yīng)用

3.1 旋翼無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

多旋翼無人機(jī)可以應(yīng)用于查找輸配電線路的故障、估測樹木和建筑物與導(dǎo)線的距離、監(jiān)控山火、查看覆冰以及驗收線路等工作。旋翼無人機(jī)可以進(jìn)行高空巡檢以及全方位的、多角度的檢查，能夠在輸電線路的巡檢過程中較快的發(fā)現(xiàn)故障點，這對減少巡檢人員的高空作業(yè)和帶電作業(yè)是非常有效地，并且可以減輕巡檢人員的工作強(qiáng)度，減少安全隱患。高壓輸電線路的塔桿在一些特殊的自然條件例如大雪、暴雨等惡劣的天氣下會有打滑的現(xiàn)象出現(xiàn)，如果巡檢人員在這個時候登桿進(jìn)行巡檢，很有可能會發(fā)生安全事故。所以，用旋翼無人機(jī)替代人工巡檢高壓輸電線路，不僅可以提高巡檢時的安全保障，而且還能促進(jìn)巡檢工作的工作效率以及巡檢質(zhì)量的提高。讓電力系統(tǒng)的運行可靠性得到提高。

3.2 無人機(jī)應(yīng)用于可見光巡查飛行

無人機(jī)的可見光巡查飛行適用于日常巡查、查找故障、驗收線路等工作。無人機(jī)應(yīng)用于可見光巡查飛行有三個步驟：①要先編好的桿塔GPS坐標(biāo)點，無人機(jī)自動飛行巡檢會以它為目標(biāo)，巡檢內(nèi)容主要有：引流線（是否斷股）、電線桿塔（有沒有鳥巢、塔的材質(zhì)是否變形）、絕緣子（有沒有閃落的痕跡、是否破損、有無懸掛異物）、防震錘、線夾（有沒有松或脫落）、導(dǎo)線（是否斷股、有無異物懸掛）等等。②無人機(jī)的巡檢監(jiān)控畫面要同步傳輸?shù)降孛娴墓ぷ魅藛T那。③地面工作人員依據(jù)巡檢的結(jié)果，具體情況具體分析，制定合適的解決措施。

可見光巡查有下面的優(yōu)勢：與傳統(tǒng)的地面人工巡查相比，無人機(jī)可見光巡查的工作效率更高、范圍更大；與有人駕駛飛機(jī)巡查相比，無人機(jī)巡查的安全性更高、運行成本更低、實時性更強(qiáng)。

3.3 無人機(jī)應(yīng)用于應(yīng)急、搶修飛行

對于輸電設(shè)備所面臨的嚴(yán)重自然災(zāi)害，無人機(jī)可快速做出應(yīng)急反應(yīng)。①它非常適用于自然災(zāi)害的預(yù)警巡查飛行和事故應(yīng)急飛行。②通過大范圍的飛行快速巡查，可以第一時間掌握事故隱患點。③通過航拍信息掌握輸配電設(shè)備的受災(zāi)程度，使地面工作站可以根據(jù)實時航拍所得的監(jiān)控數(shù)據(jù)對現(xiàn)場情況進(jìn)行了解，然后搶修隊伍可立即開展搶修工作。其應(yīng)急搶修優(yōu)勢在于提高了搶修隊伍處理應(yīng)急事件的工作效率，快速準(zhǔn)確的為輸配電設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場評估以及為搶修復(fù)電贏得了寶貴、充足的時間。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代社會的發(fā)展過程中電力起著很重要的作用，能保障國民經(jīng)濟(jì)可以健康穩(wěn)定的發(fā)展。跟載人直升機(jī)對輸電線路巡檢相比，旋翼無人機(jī)對輸電線路巡檢則有著速度快、風(fēng)險低、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)以及操作較為簡單等顯著的優(yōu)勢，在未來將會在很大程度上來代替載人飛機(jī)去做一些高難度及高危險的工作，在此基礎(chǔ)上則會使輸電線路巡檢的效率以及科技含量得到極大地提高，降低了巡檢人員的工作難度，具有很大的發(fā)展空間。所以，電力企業(yè)要對無人機(jī)的應(yīng)用加大研究力度，保障電力線路能正常運行。

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[3]張侃.多旋翼無人機(jī)在輸電線路巡檢中的運用及發(fā)展[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2013（54）：72～73.

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TM755

A

1004-7344（2016）14-0086-02

2016-3-16

侯代榮（1984-），男，漢族，湖北公安人，工程師，本科，從事輸配電線路運行管理與維護(hù)檢修工作。