試論無人機電力線路安全巡檢的關鍵技術

肖毓勇

摘要：我國地域遼闊，不同地方的地形地貌、水文信息、氣候環境及地質構造等存在很大的差異。由于輸電線路長期曝露在室外，受到風雪雷電等自然災害的影響，輸電線路的桿塔可能出現下沉、電氣設備絕緣體破裂及輸電線路斷開等問題，導致電力故障，造成大范圍停電事故。因此，為了確保輸電線路安全有序運行，需要定期或者不定期對線路進行巡視，防止線路出現故障問題。由于輸電線路運行范圍廣、運行環境負責，不利于電力線路巡檢工作的開展。將無人機應用在電力線路安全巡檢過程中，利用無人機的體積小、不容易受到地形環境影響、操作方便等特點，可以提高電力線路巡檢的工作效率，降低巡檢人員的工作強度。

關鍵詞：無人機;電力線路;安全巡檢;關鍵技術

1無人機技術與電力巡檢概述

1.1發展背景

從2016年到2020年，中國的基礎電網建設發展迅速。到2021年年底，中國輸電線路總長度將超過160萬公里。根據相關專家的估計，該數據將繼續增長。在這種情況下，對電網線路的檢查不可避免地變得煩瑣。而如今，現有的檢查方法已經有些不合適，因此必須使用無人機進行電氣檢查。從目前的角度來看，中國的一些省份已經開始運用無人機檢測系統，其硬件設備和支持系統也在不斷完善，并且專注于無人機檢測的新模型正在逐步形成。由于發展周期短，加上其他原因，無人機功率檢查組仍然面臨人力和設備短缺的問題，總體應用效果受到限制，難以真正提供功率檢查支持服務。進入21世紀，知識經濟開始興起，信息技術革命越來越受到關注，智能化和集成化技術變革已經到來，無人機技術最具代表性。新技術的出現，極大地改變了許多行業的生產方法。無人機、電力巡檢以及信息管理技術的結合，可以從根本上促進電力行業檢查工作的進步與發展，信息技術的添加與集成提供了極大的技術支持。機械檢查功能將更加強大，使其成為電力巡檢當中必不可少的部分。

1.2構成

（1）無人機。為了符合工業控制相關要求，無人機要求擁有的特點主要包含：首先，無人機需要保持飛行過程的穩定性，就要適應各種類型的工況，因此它的外形設計應具有科學性;其次，它的載荷能力要有所保障，這樣才可以搭載采集系統以及其他的一些任務設備;再次，能夠完成一些特定任務，類似于電力巡檢、清障以及架線任務等;最后，需要擁有遠程無線圖傳等功能。（2）控制站（GCS）。這屬于無人機系統里面不可或缺的部分，它能給操控人員提供人機接口以及適合的工作環境等。通常情況下，它負責的工作是航線規劃、起飛與降落、任務執行與管理、信息采集以及緊急情況處理等。（3）通信系統。這在無人機以及控制站之間起到重要的連接作用，能夠讓無人機同控制站完成各類信息與圖像的有效傳輸。（4）設備保障系統。它一般是給無人機的正常工作帶來有效的技術支持，為無人機執行任務提供重要的安全保障，使無人機在進行野外作業的時候，能夠在電力、油類等相關方面需求上得到滿足，從而最終實現轉場作業。

2無人機技術在電力巡檢信息化管理中的應用

2.1無人機技術

無人機通常與控制站、通信設備和設備支持系統聯合應用，已在許多行業中發揮著不可替代的作用。具體來說，無人機和支持技術可以從4個方面進行理解。UAV的形狀設計必須遵守流體力學的相關原理，以便在更復雜的條件下穩定飛行，并且需要信息收集設備和其他設備來執行工作，因此需要一定的承載能力。從電源線檢查到電線清潔，應該具有多種功能。為了成功完成電力線路巡檢工作，需要實現遠程傳輸照片和定位功能?？刂普荆℅CS）作為無人機技術的核心內容，可以為無人機駕駛員提供操作信息和條件，并通常執行諸如路線規劃、執行任務控制、數據收集完成、通信系統等任務。無人機與控制站之間的連接對于傳達信息是必需的，以便成功執行相關任務，通信系統是一種設備支持系統，可以在兩個方向上傳輸由無人機收集的控制信息和數據[1]。顧名思義，這是一個提供后勤支持的系統，例如無人機的電能和燃料能通過支持系統提供。（1）無人機。為了滿足工業控制要求，無人機必須具有以下特征：首先，外形設計必須合理，以確保無人機能夠在空中穩定飛行并適應各種工作條件。其次，必須有足夠的負載能力來保證。它可以配備信息收集系統和各種工作設備。第三，它可以完成某些任務，例如電力線檢查、障礙物清除工作、布線工作、自主檢查等。最后，還有遠程無線圖像傳輸和定位功能。（2）控制站（GCS）?？刂普臼菬o人機系統的重要組成部分，為無人機操作員提供了人機界面和工作環境。它主要負責無人機航路規劃、起飛和著陸、任務執行和管理、信息收集、控制計算和應急處理。（3）通信系統。通信系統充當連接無人機和控制站的橋梁，實現了兩者之間的控制信息、工作量信息、無人機狀態信息、圖像和視頻的傳輸。（4）設備支持系統。它主要為無人機的正常運行提供必要的技術支持和安全保障，滿足無人機野外作業所需的動力和機油需求，并實現了傳輸作業的要求。

2.2多旋翼無人機電力巡檢系統

多旋翼無人機電力檢查系統是一種基于無人機技術和信息技術的圖像采集系統，具有多種功能，可以適應復雜的工作條件，可以監測電力線和電線接地的實際運行情況?？焖贉蚀_地檢查線路狀況、防雷和接地裝置[2]。另外，可以根據通信系統的操作將檢查結果及時發送給技術人員，方便技術人員進行數據分析和信息管理。多旋翼無人機功率檢查系統的結構相對復雜，可以大致分為：多旋翼無人機的6個部分。多旋翼無人機有幾種類型，市場上最常用的一種是A700四旋翼無人機。它的應用優點主要為機身是完全密封的，即使在雨天也可以正常運行。此外，飛行控制系統具有很高的質量，并且具有出色的控制性能。由于其高度的便利性和出色的容錯性，飛行狀態相對穩定且無事故。它還具有顯著的承載能力和耐用性，出色的數據傳輸能力，因此在功率測試中可以發揮不錯的作用。四旋翼無人機的動力系統可分為3個部分：電動機、動力和速度控制系統。電機是無刷電機，電源是鋰聚合物電池。整體表現非常穩定。速度控制系統基于控制信號。調整電動機速度以達到速度調整目標。GPS導航系統，如果動力系統是一塊肌肉，那么導航系統將是眼睛，它可以為無人機操作員提供跟蹤并促進對無人機的全面控制。GPS可以說是無人機檢查系統中最重要的部分，可以提供無人機定位服務，以確保無人機檢查的安全性和穩定性。無人機的導航系統可以直接執行GPS全球定位。無人機操作員可以預先計劃無人機檢查路線和距離，并使用PTZ跟蹤系統確定無人機檢查位置和情況。還可以直接調整PTZ的角度，從而達到拍攝特殊位置（例如鐵塔和電線）的目標。無人機電力檢查系統的信息收集主要是薄膜和返回極、電線、接地裝置等。因此，該信息收集系統主要裝有熱紅外成像系統和可見光收集設備，可以在短時間內完成從電源線收集信息的任務。為了確保采集的準確性和有效性，通常會選擇固定焦點相機和變焦相機的組合，并且兩個相機一起工作以完成諸如拍照和錄像的任務。熱紅外成像系統的功能是收集電氣設備和電線表面的溫度。在夜間檢查期間，借助溫差查找難以發現的區域和相對隱蔽的故障點，從而從根本上改善無人機的性能，并提高檢查系統的有效性。由無人飛行器信息收集系統收集的各種數據和信息，將會通過信息傳輸系統傳輸回地面，并在其真正發揮作用之前立即進行分析[4]。當然，也可以根據用戶的需求直接傳輸到電網配電中心，實現面向信息的數據管理系統。無人電力檢查系統必須具有實時控制功能，才能可靠、平穩地完成線路巡檢過程，而控制系統可以實現這一點。該控制系統可以管理主要由無人機收集的各種照片、視頻和視頻數據的分類信息，這很有用處。因為它可以準確地存儲按地址和收集者所收集到的數據，便于技術人員立即定位故障。

2.3電力巡檢作業流程

中國基礎設施建設對電力線的快速發展和檢查工作提出了越來越多的要求和挑戰。過去的功率測試策略現在顯然已經不再先進，因此使用無人機進行巡檢作業至關重要。無人機可以在中低海拔高度靈活移動和飛行。配備專用設備時，它還可以具有定位、拍攝、成像和傳輸等功能。操作方便，速度快。最重要的是，可以獲得信息技術的支持。這樣可以有效地完成了復雜地形中的電力線檢查任務，大大降低了檢查人員的難度。

3結語

總體上看，無人機技術在電力巡檢中的應用研究，為電力巡檢的信息管理、實時信息的收集和傳輸、檢查結果的智能管理以及任務評估方面提供了新的解決方案，帶來了有效的技術支持。通過在電力巡檢工作中連續運行無人機巡檢系統，并將北斗導航系統應用于無人機巡檢系統，使得無人機線路巡檢成為一種更安全、更高效的巡檢工作方法。實現電力巡檢自動化和信息管理，加快電網智能巡檢的速度。

參考文獻

[1]邵瑰瑋，劉壯，付晶，等.架空輸電線路無人機巡檢技術研究進展[J].高電壓技術，2020（1）：14-22.

[2]劉智勇，趙曉丹，祁宏昌，等.新時代無人機電力巡檢技術展望[J].南方能源建設，2019（4）：1-5.