多旋翼無人機在輸電線路巡檢中的應用

邢志剛，萬宏宇

(國網黑龍江尚志市電業局有限公司，哈爾濱 140000)

高壓輸電線路巡檢方式一般為人工巡檢，具有較大的工作風險。無人機被逐漸利用到了輸電線路的巡檢系統中，以代替人工巡檢，然而，市面上大部分無人機產品，其功能還達不到輸電線路巡檢要求。

1 高壓輸電線路的特殊需求

高壓輸電線路實際上就是架空輸電線路，它的電壓達到了35 kV，是連接發電廠和發電站的一個重要設備。由于高壓輸電線路需要的規模龐大、環境相對復雜、運行的負荷較大，需要無人機，具備以下特點。

1.1 目標小

在線路的巡檢過程中利用無人機進行巡檢，主要檢查輸電桿塔中的各種金具。無人機巡檢的金具通常體型偏小，因此目標也較小，巡檢工作人員很難發現。

1.2 數量多

隨著社會的不斷發展，用電量在逐年遞增，這也對國家的電網建設提出了更高的要求，需要不斷地擴大對桿塔巡視和檢修的規模。

1.3 距離遠

輸電線路是連接發電廠與變電站之間的一個重要電力設施，普遍長度較長。尤其是近年來特高壓交流、直流輸電的快速發展，有的單條輸電線路長達幾千公里。為了降低建設的成本，會增加各個塔桿之間的距離。

1.4 風速高

以120米的高跨河桿塔為例，如果地面的風為5級，而風速為10 m/s，那么塔定的地線掛點處的風速為13.9 m/s，風力為7級。

1.5 環境復雜

我國的土地資源一直比較緊張，在民事協調上的難度非常大。新建的高壓輸電線路基本都位于郊區或丘陵地帶等地形復雜的區域，輸電線路需要穿過很多的高山，這使得巡檢的過程非常困難。

1.6 電磁影響惡劣

輸電線路的特點為電壓高、電流大，尤其是高壓的輸電線路。輸電線路一般是裸導線，在它的周圍具有很強的電磁場，無人機需要具備電磁屏蔽的能力和較高的抗干擾能力。

2 多旋翼無人機在輸電線路巡檢中的應用

2.1 多旋翼無人機的巡線特點

很多無人機都是應用鋰電池來作為自己的動力電源，并開展相關的輸電線路巡檢工作。由于電池的技術限制，無人機飛行的時間還比較短，一般在空載并且氣象條件較好的情況下，利用無人機巡檢電路可以飛行半個小時左右。但當天氣等因素產生影響時，利用無人機巡檢輸電線路只能飛行二十分鐘左右。為了提高輸電線路巡檢工作的效率，可以在巡檢開始之前制定合理的飛行路徑和相關的拍攝部位。

2.2 多旋翼無人機的巡線作業流程

2.2.1 準備階段

在多旋翼無人機巡視作業之前，工作人員應先做好資料的收集工作，對巡視區域的大致情況進行細致的了解，并了解機場、軍事禁飛區等地方的設施情況，獲取相應巡視輸電線路桿塔的坐標和它的高度。同時，還需要對現場的安全管控措施進行充分的準備，編制相應的飛行安全管控方案和應急方案。

2.2.2 實施階段

在準備工作完成后，才可以進入實施階段。在實施階段中，各個部分的技術人員應做好自己的本職工作，并且嚴格按照相關的作業規范開展工作，從而保證人安全和設備的安全。飛控手與程控手之間應相互保持溝通，保證無人機在執行任務的過程中的穩定安全。

2.3 巡線數據處理方法

對于現在的無人機來說，采集到的圖像信息需要經過人工分析。工作人員根據無人機拍攝的圖片進行分析，找出桿塔所存在的安全隱患。這樣的方式會受到很多干擾因素的影響，例如大霧天以及陰天等因素，對無人機拍攝的畫面都具有一定的影響。目前，浙江的電力公司在線路巡檢時利用無人機搭載SAR雷達進行巡視，可以解決在大霧環境下的導線斷線巡視。

要加強無人機的巡檢效率，就需要盡快應用無人機圖像處理的系統程序。這種程序可以對圖像進行降噪，避免圖像模糊，使無人機拍攝的圖片更加清楚。

3 輸電用的多旋翼無人機未來發展方向

3.1 續航時間更長

為了延長無人機電池的續航時間，相關的技術人員可以探索新型的高能量密度的電池材料，從而在原有的電池基礎上提高電池的容量。無人機的系統運行效率也要提高，降低無人機系統在能量上的損耗，延長電量使用的時間。技術人員可以對無人機開發光伏系統，使太陽能源源不斷地為無人機提供動力，增加無人機使用的時間。

3.2 抗電磁干擾能力更強

由于輸電線路的周圍具有較強的電磁干擾，而在巡視輸電線路時無人機需要近距離拍攝，因此需要無人機具備較高的抗電磁干擾能力，使無人機能夠不受干擾繼續執行任務。

3.3 地形適應力更好

輸電線路建設的地線通常在丘陵、山地等地形復雜的地區，沒有合適的升降無人機的區域，限制了無人機的使用。技術人員可以開發一種較為簡單的、適合攜帶的無人機升降平臺，為無人機的升降帶來一定的便利，從而適應各種地形。

3.4 控制距離更遠

市面上的無人機可以控制的距離大約在2000ITI，與我國的輸電線路距離作比較，差不多為3-4個輸電線路桿塔。隨著用電量的不斷增加，輸電線路的規模也越來越大，使巡檢的工作量不斷增加，需要不斷提高無人機的控制距離。技術人員可以對地面站的信號收發能力進行提升，使無人機的控制范圍得到擴大。

3.5 抗風性能更高

我國輸電線路桿塔的高度和跨度都在不斷地增加，市面上很多多旋翼無人機作業的風速還無法達到巡檢的要求，超過了無人機的承受范圍。因此，需要對無人機的風控系統進行改進，使無人機能夠適應高強度大風中工作，這對無人機的發展具有非常重要的作用。

3.6 質量更輕

隨著我國輸電線路規模的不斷擴大，線路巡檢的作業量也不斷地增加。由于很多的輸電線路桿塔所在的地形比較復雜，多在山地、丘陵等地帶，一些質量比較大的無人機就成了巡檢輸電線路的負擔，對巡檢的效率和質量有著不利的影響。為了增強無人機在輸電線路巡檢中的功用，需要對無人機的質量進行降低。

3.7 拍照的性能更優

無人機巡檢輸電桿塔上的各種金具大多具有較小的體型、不易發現等特點。由于輸電線路周圍的電磁干擾較強，無人機工作時無法靠得太近，這就需要無人機在設計時一定要具備更加優秀的拍照技能和變焦的能力，使得拍出的圖片非常清晰，提高巡檢的效率和質量。

4 結語

為了使無人機滿足巡檢輸電線路的要求，需要無人機具有更長的續航時間、更強的抗電磁干擾能力、更好的地形適應能力、更遠的控制距離、更輕的質量、更佳的拍照性能，以此提高輸電線路巡檢效率和質量。