無人機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用

陶承志 黃禹銘 李宇程 鄒毅立廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司百色供電局

無人機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用

陶承志 黃禹銘 李宇程 鄒毅立
廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司百色供電局

陶承志，男（1978- ）本科，民族：漢族，籍貫：廣西桂林靈川縣，職稱：工程師.研究方向：輸電線路智能化巡檢。

當(dāng)下，輸電線路的電壓等級(jí)是不斷提高的，輸電線路的巡線工作對(duì)于維護(hù)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行發(fā)揮著非常重要的作用，也是電網(wǎng)運(yùn)行的當(dāng)務(wù)之急。我們知道，輸電線路一般是跨區(qū)域分布的，點(diǎn)多面廣，所處地形復(fù)雜，往往自然環(huán)境比較惡劣，輸電線路設(shè)備長(zhǎng)期暴露在野外，受到持續(xù)的機(jī)械張力、雷擊閃電、材料老化、冰雪覆蓋以及人為的影響而產(chǎn)生倒塔、斷股、磨損、腐蝕、舞動(dòng)等現(xiàn)象，這些情況必須得到及時(shí)的修復(fù)和更換。絕緣子還存在被雷擊損傷、樹木生長(zhǎng)引起高壓放電以及絕緣劣化而導(dǎo)致輸電線路事故，桿塔存在被偷盜等意外事件，必須及時(shí)處理。傳統(tǒng)的人工巡線辦法存在工作量大而且工作環(huán)境艱苦的缺點(diǎn)，尤其是對(duì)山地地區(qū)和跨越較大的江河的輸電線路的巡查，以及在各種自然災(zāi)害和夜晚期間巡線檢查，人力成本會(huì)提高很多、所花時(shí)間也會(huì)很大程度的延長(zhǎng)、困難非常大，某些線路區(qū)域和某些巡檢項(xiàng)目人工巡查方法目前還不能完成，無法保障巡線的可靠性。即使通過望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備，可能一些設(shè)備的故障還是不能找出的。

無人機(jī)是一種先進(jìn)的無人駕駛自行飛行器。電力無人機(jī)輸電線路巡線系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的集成系統(tǒng)，他集成了 航空、電力，通信、地理信息系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)在內(nèi)，涉及飛行器控制技術(shù)、機(jī)載遙測(cè)遙感技術(shù)、現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)、數(shù)據(jù)鏈通訊技術(shù)、機(jī)體穩(wěn)定控制技術(shù)、快速對(duì)焦攝像技術(shù)以及故障診斷等多個(gè)高精尖技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)代的電力無人機(jī)具備爬升高、距離遠(yuǎn)、速度快和自動(dòng)作業(yè)的功能，可以穿越很多復(fù)雜的障礙物對(duì)輸電線路進(jìn)行迅速的巡線，可以對(duì)架空線的金具等各種器件進(jìn)行全光譜的快速攝像和故障監(jiān)測(cè)?；陔娏o人機(jī)輸電巡線采集數(shù)據(jù)的專業(yè)分析，可以為電網(wǎng)管理和維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

無人機(jī)作業(yè)可以大大提高輸電維護(hù)和檢修的速度和效率，使許多工作能在完全帶油的環(huán)境下迅速完成。無人機(jī)作業(yè)還能使作業(yè)范圍迅速擴(kuò)大，而且不為污泥和雪地所困擾。因此，無人機(jī)巡線方式無疑是一種安全、快速、高效、前途廣闊的巡線方式。

在國(guó)外的輸電線路巡檢中，由電力無人機(jī)載遙感儀器巡線的試驗(yàn)工作最早的開始約在上個(gè)世紀(jì)70年代初期，在幾次修改以后，每個(gè)被檢出的故障耗資呈逐年遞減的趨勢(shì)，到1987年時(shí)耗資已經(jīng)減少到不到原來的一半。其中對(duì)接頭出現(xiàn)的問題一共分成四種情況，有微熱、熱、溫和異常熱，這些也是最主要的問題，然后報(bào)告給維修工程師，主要負(fù)責(zé)的工程師根據(jù)負(fù)荷、天氣來確定檢修的先后順序。在我國(guó)的一些輸電系統(tǒng)，也都是進(jìn)行了紅外航測(cè)線路的試驗(yàn)研究，我們?cè)谠囼?yàn)的過程中也本著獨(dú)立自主的態(tài)度，積累了很多我們自己的研究成果和解決辦法。無人機(jī)巡線工作是一種大量野外作業(yè)過程。用無人機(jī)進(jìn)行低空巡線，是一種高效的巡線過程。它不僅能把部分野外的巡線作業(yè)轉(zhuǎn)移到室內(nèi)來做，還能把肉眼所難以發(fā)現(xiàn)的、處于萌芽狀態(tài)的隱患（如：溫度升高，輕微放油等）通過紅外、紫外成像顯現(xiàn)出來。

為了提高低空巡線作業(yè)效率，整個(gè)作業(yè)過程一共是分成兩個(gè)部分來進(jìn)行的：長(zhǎng)距離線路普查和短距離線路詳查。前者主要是利用紅外、紫外和可見光遙感設(shè)備檢查線路有否異常點(diǎn)，后者則利用飛行器在異常點(diǎn)上空多個(gè)角度的傾斜攝影，以便管理部門做出決策。

無人機(jī)巡線系統(tǒng)

圖1 系統(tǒng)組成圖

無人機(jī)巡線系統(tǒng)的組成

無人機(jī)輸電線巡線系統(tǒng)主要由以下五部分組成：

低速、低空、長(zhǎng)距離航行、長(zhǎng)航行時(shí)間的先進(jìn)無人機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)

包含紅外、可見光至紫外的全譜段的實(shí)時(shí)遙感系統(tǒng)

微型氣象數(shù)據(jù)采集平臺(tái)

陀螺穩(wěn)定平臺(tái)

信息處理系統(tǒng)

無人機(jī)巡線系統(tǒng)的平臺(tái)

本巡線方案主要包括以下設(shè)備：長(zhǎng)航時(shí)固定翼無人機(jī)一架，多用途無人機(jī)兩架，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

無人機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見下表：

無人機(jī)主要技術(shù)參數(shù)（按需方要求，可調(diào)整）　EWG-Ⅱ　EWG-E3起飛重量：　16Kg　10Kg最大飛行速度：　110km/h　100km/h巡航速度：　40km～110km/h　40km～100km/h飛行高度：　100-5000m　100-5500m航行距離：　20km　20km航行時(shí)間：　≥2h　≥1.5h翼展：　2.2m　3.5m機(jī)長(zhǎng)：　1.55m　2m控制半徑：　2km　2km任務(wù)載荷能力：　3kg　2kg

巡線無人機(jī)的主要性能指標(biāo)

無人機(jī)的飛行控制距離

由于高壓輸電線路長(zhǎng)度一般在100km，距離公路30km內(nèi)，因此要求飛行控制距離在10km以上。EWG-Ⅱ與EWG-E3型無人機(jī)的航行范圍均在10km，而測(cè)控范圍在高度大于2km，無地物遮擋的情況下，可以達(dá)到2km以上。在我們可以遙控的范圍里邊，我們?cè)诘孛婵梢酝ㄟ^控制系統(tǒng)對(duì)無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制，并且可以傳遞很多的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和視頻等信息。

無人機(jī)的起飛條件

當(dāng)起降的風(fēng)速在每秒10m以下，風(fēng)向夾角小于30°，環(huán)境溫度在-40℃～+ 50℃范圍內(nèi)均能起飛。

無人機(jī)的飛行高度

飛行高度高于導(dǎo)線100M，EWG-Ⅱ型升限為5000m海高，EWG-E3型升限為5500m海高。

無人機(jī)的飛行導(dǎo)航控制系統(tǒng)

無人機(jī)飛行穩(wěn)定，采用自穩(wěn)定能力的攝像云臺(tái)，可以選擇安裝紅外成像儀、CCD彩色攝像機(jī)、紫外線成像儀等攝像設(shè)備，具備攝像設(shè)備的自動(dòng)控制攝像功能，這樣就便于拍攝地面線路桿塔的高分辨率航空?qǐng)D像。

無人機(jī)的穩(wěn)定飛行控制

對(duì)于無人機(jī)飛行穩(wěn)定的問題，我們采取的辦法是采用自穩(wěn)定能力的攝像云臺(tái)，在這個(gè)攝像云臺(tái)上邊可以選擇安裝彩色CCD攝像機(jī)、紫外成像設(shè)備、紅外成像設(shè)備，而且設(shè)備的拍攝也是可以通過地面的控制系統(tǒng)進(jìn)行拍攝，這樣就很方便的拍攝地面線路桿塔的高分辨率航空?qǐng)D像。

無人機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

飛機(jī)以程控方式飛行為主；地面站并能夠?qū)崟r(shí)接收無人機(jī)飛行信息，發(fā)出飛控指令，能對(duì)無人機(jī)實(shí)施安全可靠的實(shí)時(shí)操作控制。

自動(dòng)跟蹤識(shí)別線路桿塔和快速對(duì)焦成像技術(shù)

有了這種技術(shù)以后，可生成高清晰的地面桿塔、線路、絕緣子、金具、樹林等可見、紅外圖像。

總結(jié)

當(dāng)前，隨著供電可靠性要求的提高，高電壓輸電線路的巡檢已經(jīng)變得越來越重要了。人工線路巡檢不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且還有很大的局限性，很多自然環(huán)境惡劣，工作人員不容易到達(dá)的地方也存在著很大的安全隱患。電力巡檢無人機(jī)是一種新型的高科技產(chǎn)品。他可以在很大的程度上為現(xiàn)場(chǎng)工作人員排憂解難，降低現(xiàn)場(chǎng)工作人員的難度，從而用更小的付出換來更高的回報(bào)。無人機(jī)應(yīng)用于輸電線路巡檢工作將是一個(gè)必然趨勢(shì)。本文又詳細(xì)的介紹了實(shí)際應(yīng)用中的兩種無人機(jī)平臺(tái)，給出了無人機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，足以證明無人機(jī)在輸電線路巡檢中發(fā)揮的巨大作用和應(yīng)用的可靠性。最后，希望本文的一些內(nèi)容可以對(duì)廣大作者有所幫助。