無人機在山區架空輸電線路巡檢中應用分析

田 軍

（國網張家界供電公司，湖南 張家界 427000）

1 無人機概述

1.1 無人機技術

無人機（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是“無人駕駛飛機”的簡稱，其工作機理是借助無線電遙控設備和網絡信息技術作為支持，在事先設計控制程序的指引下，執行各種操作動作，完成相關作業任務。有人駕駛飛機與無人機相比，在適用范圍和應對惡劣環境等方面更具優勢。無人機本體由遙控直升、減震懸掛、地面影像監視、無線電操控以及影像采集傳輸等系統構成。

1.2 無人機智能化功能

無人機是在地面站控制下飛行到作業區域，根據指令內容開展工作，主要功能表現在以下3 個方面。一是在人工操作指令下，沿著預先設計的程序線路飛行，在適宜位置懸停，開展圖像采集、資料收集、拍攝圖像等作業。二是進行返航操作時，在地面站指揮下完成飛行狀態和云臺狀態的切換，按照設置路線返回地面站。三是無人機把自主導航飛行技術與懸停技術作為基本功能，必須保持安全距離和作業空間，為其在災害性天氣或惡劣環境條件下實施作業創造條件[1]。對山區架空輸電線路巡檢而言，需要定點懸停觀察輸電線路災害、巡查檢視跳閘故障點，通過采取飛行控制或自主懸停模式，高清晰地拍攝輸電線路的圖像，然后傳輸給地面站工作人員，經分析研究提出相應措施，智能完成線路巡檢的故障修復。

2 無人機在電力輸電線路巡檢中的優勢與不足

無人機技術經過多年的創新發展研究和實踐經驗總結，已經成為一項成熟的技術體系，其優勢主要表現在以下5 個方面。

（1）不受地形條件限制。就山區電力輸電線路巡檢而言，在輸電線路全域范圍內，能夠根據檢測需要隨時進行高空懸停，開展數據提取、拍攝影像、巡查作業，對提高輸電線路巡檢工作質量、巡檢準確率以及勞動生產效率等方面具有很大優勢，如圖1所示。

圖1 無人機在山區架空線路巡檢中的應用

（2）不受天氣情況影響。無人機技術與人工操作相比，可以在火災、雷雨、颶風以及降雪等惡劣自然條件下完成巡檢工作，特別適用于長距離、大跨度的高寒環境，或者地面情況復雜人員不易到達的地點，對解決線路故障、確定故障地點、提升巡檢的安全性可靠性十分有益。

（3）迅速完成線路線檢查。電力系統輸電線路巡查，既是一項常規工作，又是影響電力系統整體穩定的關鍵環節。應用智能化無人機檢測技術，能夠第一時間向調度中心傳送數據、傳回拍攝圖像，為制定行之有效的解決方案、及時清除電路故障贏得時間。

（4）系統操作便捷快速。無人機技術具有體型小、攜帶方便、續航時間長等優勢，可以通過車輛運輸或人員攜帶到指定位置發射放飛，操作應用十分靈活。

（5）擴展性強。無人機具有強大的可擴展性，能夠根據環境特點、實際需要對作業搭載平臺以及監控接收平臺進行組合安裝，為避開線路檢測故障問題、繞開沿線樹木高空物體的干擾提供導航引領[2]。

雖然無人機技術目前已經成熟，且具備很大優勢，但此項技術仍處于不斷發展創新中，同時也存在功能和使用上的一些缺點。例如：在巡檢輸電線路中，無人機受輸電線交互作用產生的磁場影響較大，會出現短暫的數據信號失真、傳輸畫面不穩定等現象；無人機組件間功能配置匹配度不高，功能切換有時會出現功能性卡頓；個別無人機單體大，而與之相配的電池容量相對較小，導致巡航時間受限，縮小了無人機的有效作業控制范圍。

3 無人機在山區架空輸電線路巡檢中的應用策略

3.1 開展全方位無人機巡檢

電力企業開展山地架空輸電線路巡線檢測，要以保證無人機性能優良為前提，將此項技術進行廣泛推廣應用。一是通過對地形地勘和輸電線路走向的數據設置，合理制定無人機巡線程序，為快速尋找故障地點、開展智能化故障搶修創造條件。二是通過自動續航與人工切換操作模擬轉換推演，從無人機減震懸掛結構特點出發，以計算機系統和控制軟件為支撐，加強無人機巡線與地面站的溝通聯系，按照輸電線路分布走向，精準停靠在懸停位置，確保數據采集傳輸回送的準確性，為地面站開展事故判斷提供數據支撐[3]。三是輸電線路巡檢人員要借助數控工具控制無人機飛行路徑，有效避免地面障礙物和空中其他飛行物的碰撞干擾，既要保持無人機處在合理的安全飛行期間，又要確保工作目標清晰可見。

3.2 復雜地段環境雜物清除

山地電力輸電線路所處環境、建設地點以及檢查位置十分復雜，開展雜物清除要抓住以下幾個重點。一是借助無人機快速巡線成像清晰的特點，準確發現雜物存在地點，及時進行故障修復，發揮無人機清除省時省力保障安全的特性，避免發生觸電情況。二是擺脫傳統方式下激光二極管搭接無線電的清除方式，利用先進的光維材料可以達到更好的清除效果。三是將多旋翼無人機搭載技術與無人機模組技術相結合，在云臺攝像頭技術的支持下，準確觀察異物位置，鎖定目標開展工作。

3.3 快速確定故障檢測點位置

電力單位在無人機技術的支撐下開展輸電線路巡檢，以整條輸電線路、全流域為檢測對象，確保檢測點故障位置準確。一是以紅外檢測技術為主要方式，針對輸電線路金屬探傷的特性，及時發現故障消除事故隱患。二是采取局部觀察與整體觀測相結合的方法，在紅外檢測儀、激光探測儀等多種數據的輔助下，通過溫差和熱感等數據分析，第一時間發現輸電線路故障點，為采取有針對性的故障消除措施贏得時間。三是確定輸電線路故障點，充分考慮天氣因素、風力大小以及氣旋等變化因素，保證無人機懸停空間穩定，提高檢測的準確性。

3.4 合理設置作業流程

為確保無人機在輸電線路巡檢中的安全性，電力施工單位要不斷總結積累經驗，探索優化作業流程。無人機進行輸電線路巡檢作業之前，需要對線路所處環境、跨越地形區域及氣候變化特征做到心中有數。獲取相關信息數據的支持下，制定優化巡線檢測工作方案，為巡檢工作順暢運行創造條件。檢修作業要根據工序順序、工作量大小，合理安排檢修力量，細化工作流程，全面考察輸電線路、踏勘地標信息，保證作業環境氣流平穩，地面基站基地平穩，周圍電磁干擾小，為開展無人機巡檢創造良好環境。此外，無人機作業盡可能避開颶風、雷電等惡劣天氣，以防對無人機造成損害。

3.5 熟練掌握無人機作業方法

電力施工企業針對無人機電池續航容量有限和檢測過程技術的局限性，熟練掌握特定情況下無人機作業方法。一是合理預估無人機續航時間，特別是在使用多旋翼無人機的情況下，作業時間通常要控制在半小時之內。二是在無人機開始線路巡檢之前，要做好防雷、絕緣子保護等基礎工作，必要時要開展特殊地形地勘調查，為合理調整無人機飛行速度，確保懸停作業萬無一失。三是在無人機接近工作目標開展檢測成像、故障修復、雜物清除的過程中，要適當減緩飛行速度，調整工作角度，減少風氣湍流對無人機穩定性的干擾。精準判斷無人機與目標的距離，為實施準確的無人機云臺控制，防止無人碰撞、遭受雷擊等情況掃清障礙。

3.6 多旋翼無人機與人工配合作業

電力輸電線路巡檢中應用多旋翼無人機巡查優勢明顯，但是在極端情況下也要發揮人工巡檢的特殊作用。一是對導線地線類缺陷進行檢驗，由于線路架空與地面距離較近，出現的異常不明顯，此時采用人工檢驗方式比較適宜，既能發揮人的主觀能動性，又能減少無人機低空風險。二是對于標桿高度有限的桿塔平口檢驗，選用人工檢測方式比較適宜，可以及時改進檢驗方式，實時進行信息傳送，快速修復故障。三是要對輸電線路巡檢情況具體分析，制定多旋翼無人機與人工配合的互補方案，克服單一模式下工作中存在的弊端，為確保輸電線路巡檢安全、人工與多旋翼無人機配合銜接創造有利條件[4]。

4 開展無人機技術前瞻性研究

4.1 不斷優化無人機功能

無人機巡檢技術在電路系統檢修中的作用毋庸置疑，多旋翼無人機具有的自主導航和自主懸停技術優勢巨大。因此，開展無人機技術前瞻性創新研究，要以保證無人機輸電線路巡線安全距離為基礎。面對洪災、冰雹以及大風等惡劣天氣，發揮無人機消除故障功能的優勢[5]。將手動模式和自主導航設定線路相結合，加強無人機自主懸停飛行控制模式的調整，保持地面站與無人之間指令的傳輸。在結構強度、穩定設計、空氣動力以及電池續航等方面，選用流線型機身，選取碳纖維新型材料，不斷優化無人機系統設計的一體化功能。

4.2 拓寬無人機應用范圍

無人機在電力系統輸電線路檢測中的優勢一覽無余，發揮作用效果顯著。因此，拓展無人機應用范圍要站在更高視角，以更加前衛的思維理念指導研發。以實現無人機替代人工檢測為目標，發揮無人機替代人工高空作業、帶電作業，減少人工工作量。加強無人機技術的應用，提高數據采集的合理性，為確定巡線的適宜時間，制定周密的無人機作業程序，提高檢測效率，確保作業安全[6]。

4.3 密切跟蹤國際無人機發展潮流

電力系統在國家電力主管部門的統一組織下，樹立超前意識、保持與時俱進的前衛思維，密切注視無人機技術設計理念、材料應用、功能開發的新動向。堅持以數據網絡技術為依托，拓寬信息技術交流渠道，開展國際間無人機技術的交流合作。

5 結 論

無人機因其自身性能優勢、科技含量高的特點，廣泛應用于電力輸電線路巡檢范圍內的眾多領域。發揮無人機在山區架空輸電線路巡檢中的作用，合理設置作業流程，熟練掌握無人機的作業方法，拓寬無人機應用范圍，密切跟蹤國際無人機發展潮流，為更好地發揮該項技術的優勢，助力各行業發展做好鋪墊。