多旋翼無人機在配網線路帶電作業中的應用研究

陳紅敏，徐睿，劉益江，于鵬，周鎮祥

(國網浙江永康市供電有限公司,浙江永康,321300)

0 引言

近幾年來人們對用電需求的增加，導致配網線路帶電作業需要進行高效的運行。必須要有覆蓋面廣、電流穩定的特點。但是在很多環境較差的地區，線路往往會受到外部因素的影響，傳統的方式就是通過工人們的人工巡檢，在這樣的背景之下，巡檢效率較低，在環境惡劣之中還會面臨很大的危險。無人機的出現為配網線路帶電作業帶來了很大的便利，并且在我國已經取得了初步的應用。無人機可以通過人工的控制，在地形較差的地區進行拍照、信息處理等。提高了線路巡檢的效率，快速發現故障并且進行針對性地解決。但是在發現無人機無法修復的故障時，就需要工人與無人機共同合作，對其進行解決。本文主要研究的是多旋翼無人機在配電線路帶電作業中的應用，保證我國帶電作業的工作效率。

1 多旋翼無人機概述

就當前我國在多旋翼無人機的發展而言，在配電線路帶電作業中有三個系統，無人積分系統、綜合保障分系統、任務荷載分系統。無人機分系統又被分為平臺、地面系統以及通訊系統。任務荷載分系統又被分為地面控制以及設備。綜合保障分系統被分為動力補給、車輛等等。現在我國也致力于研究無人機的質量，在質量上海也可以將無人機分為大、中、小。更多使用是在小型無人機上，因為小型無人機比較容易攜帶和操控，對環境也造成不了污染。在配網線路中已經取得了初步的應用[1]。

無人機更多地使用來巡檢、在我國已經成為一種系統，該系統主要包括了無人機、能源系統、巡檢設備系統、控制系統等。無人機的動力大多數是來源于鋰電池，在無人機上，有紅外線設備，可以通過紅外線設備進行拍照，發現線路當中的故障，并且小型的無人機設備還能在空中懸停，一般來說，會將無人機與控制系統控制在2km以內，防止失控的情況出現。多旋翼無人機如圖1所示。

圖1 多旋翼無人機

2 無人機在配網線路帶電作業巡檢的應用現狀

無人機最早出現在19世紀，19世紀是戰爭的高發期，更多的發達國家側重于將無人機應用在戰爭當中。直到上個世紀末，無人機才開始進入了人們的生活，在監控等方面得到了初步應用。直到近年來才將無人機技術應用在配網線路帶電作業的巡檢上面，自從進入二十一世紀之后，我國很多的科研單位都對無人機巡檢技術進行了研究，并且在我國很多電網都取得了應用[2]。在2012年，我國開始進行了巡檢試驗，并且想要在三年之內形成完整的體系，將小型無人機全面的應用，通過無人機與人工巡檢的合作，提高配網電路帶電作業的巡檢效率。

2.1 初見成效

因為我國國土面積較大，地形比較復雜，所以無人機需要有很強的地形適應能力。無人機主要發現的故障是在鐵塔瓶口以上，經過初步的應用之后，發現無人機的巡檢效率遠遠高于人工巡檢，特別是對于跨區線路的巡檢。經過近幾年的不完全統計，在2014年的時候，就已經巡檢了桿塔4000多基，巡檢公里數達到了3000多公里，找出故障1000多個，可以說為當代人民的安全用電做出了卓越的貢獻。

2.2 建立了較完善的培訓體系

基于無人機的初步應用，我國已經建立了較為完善的無人機培訓體系，也建立了一批專業能力強、綜合素質過關的無人機研究隊伍。已經有成百上千人具有無人機駕駛資格，并且每年也在不斷的上漲，這也是無人機人才建設的主要途徑。

2.3 工作范圍仍在不斷增加

首先是無人機與人工共同巡檢：小型無人機可以在空中進行懸停，通過無人機觀察桿塔的俯視角，保證輸電工作的正常運行，而且在環境較差的地區，也能夠實現對桿塔的觀察，并且錄像，防止出現用電故障。

故障監測：在每次配網線路出現故障的時候，無人機作為巡檢的主要工具，能夠對現場進行快速地勘察，發現出現故障的原因，方便維修。而且小型無人機因為自身質量較小，受到外部因素的影響較小，提高了監測效率。

診斷性巡視：在地里位置較差的桿塔上，能夠通過無人機迅速掌握周邊地形，防止出現安全事故。

現場勘查：在進行線路的施工之前，必須要進行現場的勘察，但是勘察的工作量比較大。為了提高勘察的效率，可以通過小型無人機的廣闊視角進行勘察，從而掌握周圍環境的情況。

日常監測：配網線路往往會受到外部因素的影響，譬如天氣、自然災害等等。尤其是在偏遠的地區是自然災害的多發區域，通過無人機的監測能夠及時發現自然災害，臺風能夠對配網線路產生較大的影響，所以一定要注意日常的監測。

緊急人員救援：配網線路工作人員因為工作環境比較差，往往在山區里面沒有信號，如果發現自然災害很有可能引起安全隱患。在搜救的過程中，借助無人機的視角可以迅速探索到被困人員的位置，從而進行搜救[3]。

3 無人機在配網線路帶電作業中的應用項目

3.1 拋擲絕緣繩

通過輔助架線的優勢，工作人員可以在實踐中使用無人機拋擲絕緣繩，譬如在2015年，大連就首次通過無人機進行絕緣繩的拋擲，在很大程度上保證了工作人員的安全性。

3.2 無人機帶電現場勘查及故障分析

在小型無人機上都會存在紅外線以及相機，這些都是屬于任務設備，在進行帶電作業時，可以通過無人機的拍攝判斷故障的類型，從而進行針對性的修復方案。譬如在2014年，我國山東電網就通過無人機拍攝的方式，對實際項目進行勘察，并且分析出了線路故障，在修復過后通過無人機的視角確定解除了故障[4]。如圖2所示。

圖2 無人機故障勘察

3.3 進行安全監控

工作人員所看到的視角無法與無人機相比，為了使工作人員全面掌握桿塔的情況，必須要使用無人機進行安全的監控，將拍攝到的畫面實時的傳送到控制系統中，在通過通訊系統告知工作人員，消滅桿塔的安全隱患。譬如，在2015年中，河南就通過安裝了安全監控設備，完成了很多次電網修補。

4 高精度定位裝置實現無人機巡視

由于配網線路比較復雜，無法實現自動導航的原因就是因為沒有高精度的定位裝置，雖然GPS在近幾年得到了很大的發展空間，但是因為高空中會受到很多外部因素的影響，也有產生10米左右的誤差。但是隨著科技的進步，可以將近年來比較流行的RTK技術進行應用，可是在具體落實的過程中非常困難，配網局部的線路比較復雜，要將現場的環境、天氣等外部因素進行預測，如果只是從一個方面進行應用還是會有很大的問題。可以將GPS技術與RTK技術一起應用，通過高清的相機在高精度的定位之下進行拍照，從而實現故障的識別。因為RTK可以彌補GPS定位精度不夠的缺點，可以實現高精度的定位，并且嚴格把控RTK的運動路線，對配網系統進行智能的追蹤。通過無人機上的相機拍到的照片進行處理和分析，將配網的桿塔進行數據識別，應用現代化的技術分析桿塔的特征，從而實現無人機位置的獲取。

5 無人機自主巡視作業

對于傳統的人工規劃無人機路線來說，缺點比較明顯，主要的缺點表現為工作效率不高，定位精度誤差較大。基于此，可以在無人機上安裝GPS和RTK的定位裝置，借助圖像識別算法發現無人機的實時位置，將桿塔作為坐標，直接控制無人機的位置巡視。

一般來說，多旋翼無人機是用于桿塔的精細巡視，在無人機起飛之后，按照預期的計劃進行拍攝，當電量時或者受到外部影響較大時進行返回，所以不會造成特別大的損失和意外。通過對桿塔坐標的分析，可以在衛星地圖上進行操作，一般都是規劃為“C”字航線，因為“C”字航線一直都是在統一水平高度進行飛行，拍攝時采取45°的俯角進行拍攝。為了節省無人機的用電，在飛行的過程當中，相機的拍攝是由控制臺完成，保證無人機在空中不會出現事故。與傳統的巡檢航線相比，“C”字航線可以在一定程度上增加工作的效率和無人機的續航能力，保證無人機自主巡視作業的順利完成?！癈”字航線如圖3所示。

圖3 C字航線示意圖

6 多旋翼無人機在配網線路帶電作業中的未來展望

無人機作為帶電作業中比較重要的載體，最主要的是起到信息傳遞的作用。在具體的實踐中還是需要專業的設備進行維修，為了保證無人機在配網線路帶電作業中的工作效率，對未來的展望主要有以下幾點。

6.1 將無人機與配網線路設備結合

就目前而言，我國的無人機進入了高速發展的時期，科學技術得到了很大的進步。傳感器的應用也為無人機帶來了很大的發展空間。無人機攜帶的不再是相機與紅外成像設備，更多的是攜帶配網線路機器人，直接替代了人工巡檢。這也在一定程度上降低了勞動力的使用，提高了工作效率，增加了安全性能。

6.2 無人機可以在高壓配網線路上驗電

很多偏遠的地區在對于高壓配網線路帶電作業上依舊使用的是非接觸驗電，一般都是通過對電場強度的感應來判斷線路是否有電。可是這樣做的整體效率并不是很高，而且受到外部因素的影響較大，可能會出現線路有電，卻驗不出電的情況。可是隨著無人機的高速發展，可以使用絕緣桿將驗電器固定在無人機上面，由工作人員進行控制，直接使用無人機進行驗電，保證效率的同時也不會出現漏檢的情況。

7 結束語

我國的配網線路帶電作業中離不開無人機的存在，無人機在人們的生活中越來越重要，對很多危險性較高，難度較高的工作都有較大的作用。這也為工作人員減輕了工作壓力，可以說無人機的發展為配電線路帶電作業帶來了非常大的便利，在未來必定會成為主流的趨勢。我國應該繼續對無人機保持重視，保證科研人員取得進一步的研究成果，以此來保證當前人們對電網的高質量需求，促進社會的和諧發展。在配網線路帶電作業的具體實踐中，多旋翼無人機可以發揮出應用的作用，解決了拍照時的掉幀、模糊等問題。借助GPS與RTK的聯合技術，可以保證無人機在精確的定位之下，完成拍照工作。最后，通過“C”字航線的應用，提高了多旋翼無人機的續航能力和工作效率，很適合當前配網線路帶電作業的巡視工作。并且擁有非常廣闊的應用前景，在未來有很大的發展空間，希望多旋翼無人機在配網線路帶電作業中能夠取得長足的應用。