超特高壓輸電線路無人機全程自主巡檢系統

耿亞含 馮俊杰 河南送變電建設有限公司

近幾年，伴隨著我國社會對電力能源需求量的不斷增長，電力網絡規模和長度都實現了成倍增加，在這種情況下，依然沿用人工對輸電線路進行檢查的方式必然會逐漸被淘汰。基于超特高壓輸電線路的無人機全程自主巡檢云臺系統，采用深度學習目標識別以及視覺和慣性測量單元結合的導航技術，運用無人機自動飛到線路周邊然后對線路進行拍攝，能夠實現線路的自動巡檢以及監控，這不但能夠提升電力企業對特高壓輸電線路運行的監控能力，同時還有助于降低線路巡檢成本，提升企業經濟效益。

一、電力無人機概述

根據無人機的機體結構，通常可將無人機分為無人直升機、多旋翼無人機和固定翼無人機三類。目前在電力巡檢中都有應用，但由于三種無人機的性能特點存在較大差異，其所承擔的巡檢任務也有所側重。

無人直升機與傳統直升機類似，但由操控人員在地面站進行操控，是早期電網無人機巡檢試驗方案之一。由于無人直升機體積較大，操控難度較高，存在與電力設施碰撞產生嚴重后果的潛在風險，且成本較高，目前已較少應用在電力巡檢領域。

多旋翼無人機由多個旋翼產生升力，通過改變各個旋翼的轉速控制飛行器的姿態，具有小巧靈活、垂直起降、精準懸停的優點，但機動性和飛行高度較低，負載較小，續航時間短。因此，在架空線路巡檢中，多旋翼無人機通常負責小范圍精細作業，或桿塔精細化建模等任務。

固定翼無人機依靠螺旋槳或渦輪發動機提供前進動力，由機翼與空氣的相對運動產生升力，其巡航速度快，續航時間長，但起降需要跑道，且無法懸停。在架空線路巡檢中，固定翼通常負責大范圍、有較高航程要求的任務。

除此之外，還有結合固定翼與多旋翼的復合翼無人機，兼具垂直起降、精準懸停與巡航速度快的優點，在災后應急等惡劣復雜環境的應用場景中極具潛力，但在電力巡檢領域尚未有大范圍落地應用。

二、輸電線路無人機智能巡檢現狀

無人機智能巡檢技術是一種由飛手遠程操控無人機，通過機載傳感設備對架空高壓輸電線路進行巡查和檢修的技術。根據無人機機體結構的不同，可將無人機分為無人直升機、多旋翼無人機、固定翼無人機和復合翼無人機。其中，無人直升機體積較大，控制難度和使用成本較高，已很少應用于輸電線路巡檢中；多旋翼無人機小巧靈活，可垂直起降、精準懸停，但它可承受的負載較小，機動性和飛行高度較低，且續航時間較短；固定翼無人機巡航速度較快，且續航時間長，但需要跑道起降，也無法懸停；結合了多旋翼和固定翼的復合翼無人機兼具多旋翼和固定翼無人機的優勢，但其成本較高，尚未在高壓輸電線路巡檢中使用。

在輸電線路無人機巡檢中，無人機是承載監測輸電線路運行狀態遙感設備的平臺。常用的遙感檢測手段包括可見光成像、紫外成像、紅外熱成像、激光雷達電能等。其中，可見光遙感檢測利用相機等可見光采集設備，檢查肉見可見的輸電線路及其附屬電力設備的特性和性質變化，已被廣泛應用輸電線路無人機巡檢工作中；紫外遙感檢測主要利用紫外遙感設備，檢測輸電線路和電力設備是否發生電暈放電或局部閃絡的現象。由于成本較高，紫外遙感檢測尚未在輸電線路無人機巡檢中被廣泛使用；紅外遙感檢測主要利用紅外熱像儀等設備，檢測運行中的電力設備是否出現過熱缺陷的現象；激光雷達檢測主要用于輸電線路的地理信息測繪和定位導航中。

無人機在巡檢輸電線路的過程中，會拍攝大量的輸電線路和附屬電力設備的圖片數據。由于這些圖片的智能處理還處于研究階段，后期還是需要人工處理。此外，現有輸電線路巡檢無人機還不能做到完全自主巡檢，巡檢質量嚴重依賴的無人機巡檢人員專業水平。

三、系統主要功能

該云臺系統的目的是實現無人監值的線路巡檢，所以應具備根據坐標飛往巡檢起點的功能。在起點的桿塔位置進行桿塔的目標識別確定桿塔的位置，進而根據輸電線路的方向沿途尋找下一座桿塔。在每一座桿塔的位置檢測到后，利用視覺和慣性測量單元相結合的方案進行相對坐標的定位，在此過程中環繞桿塔進行絕緣端以及其他感興趣目標的檢測。檢測流程執行完畢后，無人機系統返回桿塔檢測開始時的位置，進行線路檢測并前往下一座桿塔。

該方案同時具備飛行過程中的安全控制系統，全程利用GPS 系統進行絕對坐標的約束，保證無人機系統的安全并在系統異常時及時發出預警。

四、無人機在特高壓輸電線路巡檢中的具體應用

（一）屏蔽技術

電磁波的屏蔽技術，主要是用絕緣材質阻隔電磁波的干擾。屏蔽技術在實際使用中，只能通過吸收和反射，來稍微削減電磁波，并不能有效阻隔。常見的屏蔽技術，主要是通過以下兩個方面進行電磁屏蔽防護。

1）將無人機所有的縫隙包裹嚴實。采用合適的絕緣材質填充縫隙，防止電磁波進入。常見的填充材質包括金屬絲網墊、導電布墊、軟金屬3 種。

在無人機的元器件附近，通過屏蔽層的包裹，將電磁波阻隔在外。常用的方法包括：在元器件附近，用錫箔紙進行整體包裹；在信號回路處采用屏蔽雙絞線，保障不同的信號有單獨的傳輸線路，還可以避免短路現象的發生；在電源連接處包裹屏蔽層，使接收部位將電磁波有效阻隔。

2）優化整個系統，避免關鍵設備受到電磁波的干擾，確保無人機安全。系統優化時，應遵循以下兩個原則：一是在無人機干擾源附近避免裝設關鍵設備飛行控制系統、測量元件等設備都要遠離元器件的接口或者縫隙處，從而弱化電磁波的干擾；二是通過對無人機電源線路的改造使主要線路與其他線路保持一定的距離，在電源回路與信號回路交叉地方，應當將其夾角設置為90°。

（二）輔助檢修作業技術

傳統的檢修方法是檢修人員從桿塔底部攀爬到塔頂，再逐步移動到線路檢修所在位置進行作業，這種方法繁瑣、低效。

隨著以特高壓為骨干網架大電網的建成，無人機巡檢逐漸成為電網運檢工作的核心，其對傳統檢修方法的輔助和補充，受到越來越多的關注。無人機輔助檢修作業主要包括無人機牽引架線、輔助傳遞工器具、清除導地線異物、無人機驗電和復合絕緣子憎水性檢測等。

隨著無人機在電力行業的廣泛應用，在無人機輔助檢修作業方面，還需積極探索相關新技術，包括開展無人機帶電作業、帶電水沖洗、復合絕緣子憎水性檢測、絕緣子零值低值檢測、噴涂防污閃涂料、應急照明、基于聲紋識別的設備異常檢測等，以進一步拓展無人機在檢修作業中的應用。

（三）濾波技術

濾波技術可以過濾電磁干擾的能量，從而保障無人機的元器件正常工作。針對進入無人機的電磁波，可以在無人機縫隙處裝設濾波器，對接受的信號進行分析過濾，將電磁波阻隔在外。針對沿著設備元器件產生的電磁干擾信號，可以通過電源濾波器的裝設，在電源處就將電磁波阻隔在外。

應用較為廣泛的濾波器為鐵氧體磁環濾波器。鐵氧體磁環濾波器也可以看作成電阻，其電阻值會隨著電磁波的頻率而發生變化，具有非常強的阻隔性能。可以根據電磁波的頻率特點，來選定不同材質的鐵氧還磁體。通過大量的實踐研究，發現鎳鋅鐵氧環的阻隔性能高于錳鋅鐵氧環。在實際應用中，也可以在同一條線路上，通過鎳鋅鐵氧環和錳鋅鐵氧環的同時使用，來阻隔大范圍的電磁波。在磁環裝設時，必須環環相扣，將線路嚴密包裹，避免發生電磁波泄漏的情況。此外，磁環的安裝位置要盡量貼近干擾源或者無人機縫隙處，這樣才能取得較好的成效。

五、結語

目前，國家對于無人機的發展重點關注，重點發展。伴隨著經濟的飛速發展和科技的進步，無人機巡檢輸電線路的技術水平也在不斷提升、完善。在人工巡檢過程中，由于觀察角度以及巡查人員的水平限制，效率遠遠小于無人機巡檢的排查。無人機巡檢排查降低了成本，提升了效率。國家電網在無人機技術和人才培養方面著重進行培養，恰恰說明無人機將迎來新的發展應用階段。