配電網架空線中無人機巡線應用分析

吳張敏 蔡凝露

摘要：以往進行的配電網高架線人工巡檢工作量大、條件艱苦，尤其是山區與江河區域的高架線巡檢工作困難重重，而且巡檢工作面臨著各種危險。目前廣泛應用無人機進行配電網高架線巡檢，不但減輕了相關人員的勞動強度，而且降低了配電網高架線維護運行成本。

關鍵詞：配電網;架空線;無人機巡線;應用

引言

電力能源隨著國內經濟的蓬勃發展需求越來越旺盛，社會的發展也離不開電力資源的支持，國家電網為了滿足國內對電力越來越高的需求，就需要在電力線路和高電壓、大容量方向上繼續擴建。通常電力的產生，運送，分流和應用這些過程都是具有待續性的，同時具有瞬時性和連續性的特點。整個體系非常復雜，其中每一個關鍵的環節出現了問題患都會間接或直接的影響用戶的電力供應和系統的供電安全，造成不可估量的經濟損失并威脅生命財產安全。故障的事故位置難于第一時間確定，排查時間的加長都會影響故障本身的維護，時間越長，經濟損失就越大，用電也就越不安全。無人機巡線技術的進一步應用也是保障供配電系統的可靠性，經濟性的重要步驟，也提出了這些應用的更高要求。

一、無人機的優勢

無人機是一種先進的無人駕駛自行飛行器。電力無人機配網巡線系統是一個非常復雜的集成系統，他集成了航空、電力，通信、地理信息系統等多個系統在內，涉及飛行器控制技術、機載遙測遙感技術、現代導航技術、數據鏈通訊技術、機體穩定控制技術、快速對焦攝像技術以及故障診斷等多個高精尖技術領域。現代的電力無人機具備爬升高、距離遠、速度快和自動作業的功能，可以穿越很多復雜的障礙物對配電網進行迅速的巡線，可以對架空線的金具等各種器件進行全光譜的快速攝像和故障監測。

隨著電子技術和無人機設計制造水平的逐步提高，機載設備的性能和功能將會越來越豐富和成熟，智能化程度會越來越高。無人機對配電網巡視是一種高效、智能的電力巡線模式。由于無人機飛行控控制操作過程簡單可靠、運行穩定、經濟性高、續航能力長、速度快等特點，由此可以預見，無人機在開展電力安全巡視工作時發揮的作用也將越來越大。

二、配網架空線路中無人機巡檢主要技術

利用無人機實施配網架空線路巡檢時，必須掌握下面的關鍵技術：

（一）掌握飛行控制技術

通常來說，配網架設線路較長，甚至達到100km，和交通主干道距離也在30km，對此其遙控距離也要遵循此標準，而且無人機也要安裝GPS導航系統，以此來實現地理定位、線路動態控制等，以此來達到無人機線路巡檢的高度自動化、智能化。

（二）必須掌握機體穩定技術

實際的無人機巡檢過程中嚴禁抖動、不穩定等問題，對此應配設具備攝像功能的云臺，配設可視化紅外攝像設備，從而達到攝像的自動好娿控制，達到對桿塔、飛行等圖像的高清晰度拍攝。

（三）高端的影像技術

要掌握桿塔的動態識別技術，能夠及時地清晰成像，掌握高端的測繪控制攝像包括技術，確保能夠高效地形成清晰、完善、高質量的桿塔、絕緣子以及附近環境等的圖像，而且還要配設線路的故障判斷與識別等技術。

三、配電網架空線中無人機巡線的應用分析

（一）無人機飛行模式

無人機在飛行中為了避免因為惡劣天氣和其他環境下出現的垂直降落對配電高架線的損壞，無人機的飛行航線需要和高架線之間保持合適距離。

在考慮各種影響因素的前提下，無人機在巡檢過程中在高架線斜上方飛行最佳。為了提高線路巡檢的效率，當光學吊艙系統具備良好掃描視角時，無人機巡檢可以單向飛行作業，也就是沿著高架線方向巡檢1次即可。如果線路電壓等級較高的情況下，無人機吊艙系統因為受到距離和飛行視角的影響，單向巡檢無法滿足質量要求，需要沿高架線兩側進行往返巡檢作業。

（二）無人機中繼通信

為克服地形阻擋、多徑效應、頻率選擇性衰落和配網強電磁干擾等因素對無人機通訊鏈路的限制，研制了電力巡檢無人機數據鏈路中繼系統，為無人機電力巡檢長距離、超視距飛行以及實時圖傳提供穩定信號通道支

持，保證無人機在巡檢作業低空飛行時通信正常。通訊鏈路采用無線通信組網方式，圖像遙測及遙控采用COFDM數字通信技術，使其具有較強的繞射能力和抗多路徑干擾能力。無人機地空中繼鏈路通信分為2種工作模式，即中繼模式和無中繼模式。中繼模式下地面站與目標機通過中繼機進行數據通信，無中繼模式下地面站與目標機直接數據通信。2種模式可自動切換，以提高通訊質量。

（三）無人機線路巡檢應用模式

將無人機運用于配網架空線巡檢，最關鍵是要合理地搭配與組合各類型號無人機、中繼模式與設備等，只要優化的組合才能確保適應復雜地形和地理條件的巡檢。

（1）中型無人機組合地面中繼模式。此組合一般是在無人機不能和車載設備直接連接條件下，也就是當無人機與地面測控車的距離超出了視線范圍，或者雙方中間存在障礙物的情況。無人機所得到的圖像、遙測信號等借助無線鏈路來對應傳遞至桿塔中的中繼設備，再對應把信號傳輸到地面測控車的終端設備，此時，測控車能夠傳出命令和信號，憑借塔架的中繼裝置向無人機傳遞信號，以此來操縱無人機的巡檢作業。

（2）中型無人機組合空中中繼模式。中型無人機組合空中中繼模式能夠有效地彌補地面中繼模式實際運行中的弊端和弱點，將中繼飛機配置于數據鏈路。其中無人機能夠收到圖像，和遙測信號，并將它們傳輸至中繼飛機，再對應向地面測控車傳遞這些信號，地面車載終端也將傳輸命令，經中繼飛機直達無人機終端，以此來達到無人機巡檢的高效控制。

（3）中型無人機加固定翼機中繼模式

在這種模式下中繼飛機選擇的是固定翼飛機，固定翼飛機具有續航時間久、抗風能力良好、運行成本低、飛行以及控制簡單等優勢，可以提高中級轉發過程的靈活性。

（4）小型無人機組合微型無人機模式。此類組合方式一般用在線路巡查任務機距車載設備更近，同時，中間無任何阻攔性障礙物的情況，無人機一般憑借無線鏈路來達到和車載設備之間的通訊，二者之間能夠進行數據、信息的傳輸，無人機和吊艙所得到的兩組視頻信號、遙測數據信息等會經歷一個處理過程，也就是要經受無人機的壓縮、調制，在此基礎上再傳輸至車載終端，此時地面測控車的車載終端也將對應傳出信息、數據以及指令信號，使其抵達無人機終端，從而達到對無人機的操作、控制。

（5）固定翼機模式

這種模式選擇固定翼機具有防災減災和應急巡檢的優勢，利用固定翼機可以實現距離較遠、范圍較大的快速線路巡視。

結束語

總而言之，作為電網的重要組成部分，配電網的安全和穩定運行非常重要。配網的巡檢的方式和巡檢方案對于提高電網的供電可靠性，減少供電損耗，提高社會效益和經濟效益都有著重大意義。隨著電網的發展和巡檢方式的與時俱進，新技術應用在電網檢修方面也越來越多。為了適應新的發展趨勢，要建立新的電力巡檢方式和設計更適合的電網巡檢模型，形成更綜合、有效、直觀的巡檢方案，進而推出綜合性的，面向用戶級別的巡檢系統的應用。

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