旋翼無人機應用于高壓輸電線路的巡檢

張文瀚 張帥 楊國峰

摘 要：隨著電網的不斷擴大，以多旋翼無人機為載體的地面監測設備所支持的輸電線路巡檢系統正在逐步替代傳統的輸電線路巡檢方法，在新形勢下的運行維護中，傳統的手工檢查方法已經無法勝任，因此以多旋翼無人機為載體的高壓輸電線路巡檢方法受到了越來越多的關注。與此同時，處于發展初期階段的多旋翼無人機還無法滿足如今復雜的輸電線路巡檢要求。對輸電線路巡檢的特殊要求做出了分析，對當前輸電線路巡檢無人機中所存在的問題展開探討。

關鍵詞：旋翼無人機；高壓；輸電線路；巡檢；分析

1導言

輸電線路需要對接入端口進行定期巡視，主要依靠人工方式的高壓輸電線路巡檢，有著工作強度大、工作效率底下的缺點并對人身安全有著一定的威脅。隨著旋翼無人機技術的發展，已逐漸開始利用多旋翼無人機來進行輸電線路巡檢系統的設置。無人機大多數屬于通用產品，其性能與輸電線路巡檢的特殊要求還存在著一定的距離，本文主要從高壓輸電線路特殊需求，旋翼無人機在輸電線路中應用的弊端及其未來的發展方向進行展開，為后期旋翼無人機在高壓輸電線路中巡檢的應用提供一定的技術指導。

2高壓輸電線路的特殊需求

2.1目標小

輸電塔中的眾多金具就是輸電線路無人機檢測的對象，其中包括延長環、掛板釘等。與輸電鐵塔相比，這些金具大多尺寸小，從幾厘米到十厘米各種長度不等。

2.2數量多

隨著社會用電量的增加，電網建設進程也越來越快，鐵塔數量需要進行檢修的也越來越多，對于需要檢修鐵塔的工作量也逐漸增大。

2.3距離遠

作為發電廠與變電所、變電站和變電站之間連接的重要電力設施，隨著特高壓交直流輸電的發展，輸電線路長度非常長，單條輸電線路的長度就已經達到幾千公里，為降低工程造價，塔架間設置的距離較大，220kV及以上線路跨度大多超過300m。

2.4環境復雜

高壓輸電線路所處的環境都十分復雜。大多數高壓輸電線路都被建立在郊區、丘陵等地區，尤其是在我國北方，輸電線路在山區中穿梭，給電力輸送以及線路的檢查帶來很大麻煩。

2.5電磁影響惡劣

高壓輸電線路的特點是高電壓、高電流，輸電線路作為裸線，其周圍有較強的電磁場存在，輸電線路的電磁屏蔽和抗干擾能力強。因此，這對無人機也提出了更高的要求。

3在輸電線路巡檢中多旋翼無人機的應用局限

目前，多旋翼無人機大多有兩種類型。第一種是進行航空攝影的輕型化無人機。第二種是用于完成特定的任務，如噴灑農藥和對輸電線路進行巡視等的大型化無人機。

3.1續航能力不足

一般多旋翼無人機在目前的市場上一般采用電池供電的方式，續航能力較低，一般只可以維持在30min以內，對輸電線路大規模巡檢的要求不能滿足。

3.2無人機在使用過程中其自身的重量與拍攝所要求質量之間的矛盾比較明顯

由于電磁環境的影響，用于輸電線路巡檢的無人機與帶電導體需要保持至少10m的距離，這就對無人機搭載的相機或鏡頭是否具有變焦功能提出了要求，只有這樣才可以在巡檢中檢測到輸電線路上缺少的銷子、螺栓等。輕質量、小型的無人機鏡頭不可能實現變焦功能，而攜帶變焦相機的大型無人機，又存在著體型大、質量重的缺點，使正常巡視無法順利完成，所以輸電線路在巡檢中的應用直接被無人機重量與要求拍攝的質量所限制。

3.3功能比較簡單

由于目前多旋翼無人機的功能主要是拍照攝影，用在輸電線路上只可以進行日常的輸電線路巡視，對于像帶電除異物等檢修作用遠遠無法完成。目前，關于旋翼無人機的各種文獻還都停留在實驗的層面，距離大規模應用還有很長的路要走。

4輸電用多旋翼無人機的未來發展方向

在未來，輸電線路巡檢中多旋翼無人機的應用將得到廣泛發展，但無人機在當前市場上的適應性遠遠不能滿足要求。因此，為了適應輸電線路巡檢的特點，未來多旋翼無人機的傳輸應具有以下特點。

4.1續航時間更長

由于輸電規模越來越大，利用多旋翼無人機進行巡檢的任務也會越來越多，只增加無人機的數量來滿足工作量的快速增加來滿足生產的要求是不可取的，只可以增強多旋翼無人機的續航能力，由于無人機的工作特點，對于無人機中電池的重量也要控制在一定程度內。因此，我們要做的是積極探索新的具有更高能量的電池，保證提高電池容量的同時，不改變電池體積。然后，提高無人機系統的運行效率，將無人機系統的能量損失減少，使無人機系統的續航時間延長。最后，使無人機光伏系統得到一定的開發，采用太陽能充電為無人機提供可持續的動力，提高無人機的續航能力。

4.2抗電磁干擾能力更強

由于多旋翼無人機主要工作在輸電線路周圍，其電磁干擾特別強，無人機在近距離工作時，鏈路丟失、控制滯后等問題通常會出現，如此將會嚴重影響無人機的正常工作。該問題將會極大地制約無人機在輸電線路巡檢中的應用。如何提高無人機的電磁干擾阻力，降低甚至阻斷無人機輸電線路的電磁干擾，保證無人機在輸電線路附近的正常工作，將是推動輸電線路巡檢工作發展的一個重要環節，也是無人機發展的關鍵因素。

4.3地形適應力更好

在山區等地形復雜的地區，多旋翼無人機的使用往往受到限制，因為沒有合適的起落地。為了提高無人機的地形適應性，需要開發一種簡單、便攜的無人飛機起飛著陸平臺，作為無人機著陸的輔助工具，以解決無人機著陸點受限的問題。

4.4控制距離更遠

目前，大多數多旋翼無人機控制距離可以達到2000 m，約3-4條輸電線路。巡檢的增加與無人機續航能力的提高伴隨著輸電線路規模的不斷擴大，控制距離范圍已經不能滿足日后的工作要求。因此，提高地面站信號的收發能力，對未來無人機進行范圍拓展，這將是一個十分重要的發展趨勢。

4.5抗風性能更高

多旋翼無人機的抗風性能隨著塔的高度不斷增加更加突出，目前市場上大部分無人機的范圍在巡檢過程中運行的風速大大超出原有速度。對于多旋翼無人機飛行控制系統，如何使無人機抵抗高強風的能力提高，對于無人機在輸電線路巡檢領域中也起著重要的作用。

4.6質量更輕

由于輸電線路的巡檢工作規模不斷擴大，質量太大的無人機不能完成輸電線路的巡檢，再加上有一部分輸電線路位于山區地段，為了優化無人機的結構，在保證無人機自身強度的情況下，降低無人機的總體質量，可以不斷將其在輸電線路巡檢中的應用得以拓展。

5結論

高壓輸電線路具有高桿塔、大距離、復雜環境和電磁效應等諸多缺點，對輸電線路多旋翼無人機也就提出了更高的要求。如今市場的無人機產品為通用性產品，續航能力不足，功能相對單一，遠遠不能滿足日益增長的需求，因此，我們需要繼續提高高壓輸電線路的功能，以滿足其需求。

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