四旋翼無人機平臺下的特高壓輸電線路快速檢測分析

蔡瑋辰　孫闊騰　夏立杰

摘 要：在實施全國電力資源互聯互通戰略背景下，為了優化配置能源，南方電網創建了一大批大容量、遠距離、超特高壓的輸電線路。對于高壓輸電線路的消缺維修與日常巡檢，分析了四旋翼無人機平臺的快速檢測應用，提高線路巡檢的質量與運維效果。

關鍵詞：四旋翼無人機;特高壓;輸電線路

在科學技術不斷發展進步的過程中，無人機被廣泛應用到工業、軍事與農業等方面，在產品發展和制度優化過程中，不斷出現全新的應用。目前，人們生活水平在不斷提高，電力對于供電質量的要求也越來越嚴格。在輸電線路檢測與巡視中使用無人機，能夠在短時間內尋找輸電線路中的隱患與缺陷[1]。在災害條件與復雜地形中，得到高質量現場資料信息，使工作人員工作強度與危險性降低，提高輸電線路的巡檢效率，以此實現輸電線路穩定、安全的運行。

1 四旋翼無人機平臺的配置

下圖為四旋翼無人機平臺的構成，本文設計使用X4多旋翼傘式折疊機架，中心盤直徑為270*250mm，軸距為830mm，碳管直徑為25mm，電機臂長度為230mm。在展開電機臂之后，戴上反7°角。

四旋翼無人機平臺的構成圖

動力系統通過電子調速器、螺旋槳、無刷電機和電源構成，使用大級別盤式無刷電機，螺旋槳使用多旋翼專用8*5.5寸平紋純碳正反漿，電機調速器使用樂天多旋翼用電調XRotor-50A，使用達普6S16000mAh15C鋰電池組作為電源[2]。

飛行控制系統能夠對四旋翼無人機在巡檢過程中平穩的飛行進行保證，對地面站遙控遙測進行快速的響應，實現各種動作和高精度懸停等動作。通過避障傳感器、飛控板、導航單元與防碰撞預警構成。

機載任務系統通過云臺控制器、三軸云臺和高倍變焦高清相機構成，在三軸云臺安裝紅外成像儀與高清相機，通過5.8G無線圖傳感模塊到地面站平板顯示器中實時的發送。

地面站系統包括地面站影像實時顯示、手持遙控器與地面站實時監控系統。手持遙控器使用WET09SII 2.4G 9通道遙控器和接收機構成，實時監控系統上位機軟件在筆記本電腦中運行，使用CUAV 2DR 433無線數傳收發模塊。利用433數傳模塊地面端使會使地面站中的航點、指令等信息傳送到機載端中。地面站實時影像顯示系統通過圖傳發射模塊、地面接收模塊構成，圖傳模塊指的是機載端影像到地面站顯示器單向傳輸載體[3]。

2 特高壓輸電線路檢測中的四旋翼無人機平臺使用

2.1 定點巡檢

四旋翼無人機的活動較為靈活，穩定性比較高，應用到輸電線路高空設備巡檢中具有良好效果，能夠精準、及時的發現金具、絕緣子等設備中的問題，從而得到清楚圖像與視頻，便于技術人員的分析。在輸電線路巡視中使用，能夠對設備中的問題定點檢查，對設備損壞問題分析與判斷。另外，方便尋找故障點，不需要人工登塔檢查。能夠在線路大型檢修作業前使用，提前實現設備情況的詳細、全面的掌握，從而有效制定檢修方案。

和檢查部位相互結合，對安全飛行制度落實，與拍攝的角度與部位要求結合，選擇相應工作模式。在檢查絕緣子、金具過程中，控制5m/s的飛行速度和桿塔保持30m的距離。緩慢的接近目標，懸停之后通過照相機、攝像機進行檢查和拍攝。在導地線檢查過程中，使用相同的檢查方式，和目標高度距離保持10m，云臺角度和導線相互對應，緩慢飛行進行拍攝和檢查。在夏天等高用電負荷中，利用四旋翼無人機進行交流、直流輸電線路巡檢，對導地線、絕緣子和桿塔等巡視檢查進行重視，保證電網運行的穩定性與安全性[4]。

2.2 短距離巡檢

在短距離檢測過程中，四旋翼無人機也具有良好的效果。通過設計的四旋翼無人機平臺對輸電線路通道、局部進行拍攝，還能夠拍攝高山、河流、泥石流、洪水等巡視人員難以到達的區域，順利的開展高危險性作業任務。在短距離巡檢過程中，設計的四旋翼無人機平臺能夠選擇自主導航與人工控制等方式，方便人工模式檢查無人機沿途的通道。在遙控飛行區域中布置地面控制站，假如使用車載地面控制站，還能夠提高巡航距離。自主導航模式要實現航線信息的設置，通過無人機半自主與全自主的進行飛行，實現檢查任務的執行。在線路通道與桿塔等檢查過程中使用人工控制的方式，對航巡危險避讓點信息記錄，實現自主導航模式的設置，從而實現自動控制。

通過飛行安全角度分析，四旋翼無人機使用線路側面飛行，并且和導線保持10m的距離，在有特殊需求的時候，控制距離為5m。為了使拍攝效果得到提高，四旋翼無人機要順著線路斜上方的飛行，控制飛行速度為每秒5m[5]。

3 結語

目前，全世界科技都在不斷的發展，多種高科技產品不斷應用到電力行業。四旋翼無人機為全新高新科技設備，在特高壓輸電線路檢測過程中使用四旋翼無人機，能夠使輸電線路巡視工作效率得到提高。

參考文獻：

[1]聶廣華.全自主雙發油動四旋翼無人機著陸軌跡跟蹤方法分析[J].中國電子科學研究院學報，2019（2）.

[2]任磊，楊震，李振新，等.無人機在特高壓輸電線路巡檢應用中的成本經濟效益[J].今日財富，2017（12）：107.

[3]梁靜，石巖，周新宇.基于自適應反演滑模的四旋翼無人機抗風研究[J].信息通信，2019（2）.

[4]王寬田，黨選舉，鄭飛宇，等.基于卡爾曼濾波四旋翼無人機控制系統設計[J].電子世界，2017（8）：103-104.

[5]劉興發，干喆淵，李妮，等.特高壓輸電線路對鄰近對空情報雷達站影響分析與實驗研究[J].高電壓技術，2018，44（10）.

作者簡介：蔡瑋辰（1993-），男，仫佬族，廣西壯族自治區宜州人，本科，助理工程師，研究方向：超高壓輸電線路運維、無人機運維。