關(guān)于配電網(wǎng)架空線中無(wú)人機(jī)巡視應(yīng)用探討

何桂麟

摘 要：利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)線路巡檢有助于提高檢查的效率，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。無(wú)人飛行機(jī)巡檢作為一種高效、安全的檢查方式，必然會(huì)成為現(xiàn)代配電網(wǎng)架空線檢查的主流方法。目前國(guó)內(nèi)外紛紛對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)線路中無(wú)人機(jī)巡視展開(kāi)了大量的研究，且隨著無(wú)人機(jī)性能的不斷提升，其在配電線路巡檢中的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。因此文章主要針對(duì)配電網(wǎng)架空線中無(wú)人機(jī)巡視的應(yīng)用展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)絡(luò)；線路故障；無(wú)人機(jī)巡視

中圖分類號(hào)：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）14-0153-02

Abstract： It is helpful to improve the efficiency of inspection and obtain better economic benefit by using UAV （unmanned aerial vehicle） to carry out the inspection of distribution network line. As an efficient and safe way of inspection， the inspection of unmanned aerial vehicles will inevitably become the mainstream method of aerial inspection in modern distribution network. At present， many researches have been carried out on the unmanned aerial vehicle patrol in distribution network， and with the continuous improvement of UAV performance， the advantages of UAV in distribution line inspection will be more obvious. Therefore， the article mainly discusses the application of UAV patrols in distribution network overhead lines.

Keywords： distribution network； line fault； drone inspection

1 巡檢平臺(tái)的選型

目前配電線架空線多采取人工巡視的方式，但是由于工作量大且部分地區(qū)地形復(fù)雜，導(dǎo)致巡視工作難以開(kāi)展，容易出現(xiàn)意外事故。人工巡視的方式無(wú)法提高巡視效率，且容易造成人力資源的浪費(fèi)[1]。直升機(jī)巡視費(fèi)用較高，增加了配電企業(yè)的費(fèi)用支出，且審批過(guò)程較為繁瑣。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在配電網(wǎng)絡(luò)線路巡視工作中應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)，有助于進(jìn)一步提高巡視效率，能夠提高管理的自動(dòng)化水平。

無(wú)人飛行機(jī)是指無(wú)駕駛?cè)藛T，同時(shí)帶有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)飛行器的自動(dòng)駕駛。無(wú)人機(jī)最大的特點(diǎn)就是無(wú)需駕駛?cè)藛T，及時(shí)出現(xiàn)意外事故也不會(huì)造成人員傷亡，可執(zhí)行高強(qiáng)度、高風(fēng)險(xiǎn)的巡視任務(wù)，適合用于野外巡視工作。無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中由于并不要考慮駕駛員的空間和人身安全，機(jī)身體積小，這就提高了其靈活性，單人即可攜帶微型無(wú)人機(jī)，中型無(wú)人機(jī)可以采用家庭轎車進(jìn)行運(yùn)輸，無(wú)需特殊的平臺(tái)[2]。此外，無(wú)人機(jī)除了電池消耗快之外，一般可以使用較長(zhǎng)的時(shí)間，且維護(hù)費(fèi)用低，相比于載人直升機(jī)來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)的準(zhǔn)備時(shí)間較短且可控性好，不容易受天氣的影響，且無(wú)需復(fù)雜的審批流程。

目前配電網(wǎng)絡(luò)線路巡視中無(wú)人機(jī)巡視所使用的飛行器主要為中型無(wú)人直升機(jī)與固定翼無(wú)人機(jī)，兩者各種參數(shù)見(jiàn)表1，兩種無(wú)人機(jī)都各有其優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的無(wú)人機(jī)。

固定翼無(wú)人機(jī)的飛行速度快，若按照2000km的配電線路計(jì)算，能夠在一周內(nèi)完成巡視工作，且巡視拍攝視頻的畫(huà)面較為清晰，能夠從不同的角度觀察，從而為檢查站提供清晰的畫(huà)面[3]。固定翼無(wú)人機(jī)不能懸停，但是可以沿著線路進(jìn)行巡查，通常是俯視的角度進(jìn)行觀察，可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整速度和高度，從而進(jìn)行慢速檢查。

無(wú)人機(jī)在巡視過(guò)程中可能遇到較大的風(fēng)，因此需要具備較好的抗風(fēng)能力，同時(shí)要能夠工作一定的時(shí)間。此外，在巡視過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)高度較高的鋼塔出現(xiàn)缺陷時(shí)，為了確保巡視畫(huà)面的質(zhì)量，需要具備定點(diǎn)懸停的功能[4]。無(wú)人直升機(jī)由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，操作難度大，非專業(yè)人員需要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間訓(xùn)練之后才能夠熟練操作，并且由于自重大導(dǎo)致油耗也相對(duì)大，資金消耗相對(duì)也比較多。從表1可發(fā)現(xiàn)無(wú)人直升機(jī)與固定翼無(wú)人機(jī)最大的差異是在定點(diǎn)懸停、原地起將以及荷載值。因此可以根據(jù)工作環(huán)境的狀況選擇合適的類型，確保巡視工作的有效開(kāi)展。

2 配電網(wǎng)高架線無(wú)人機(jī)巡檢關(guān)鍵技術(shù)

在長(zhǎng)時(shí)間的配電網(wǎng)絡(luò)線路巡視工作中，無(wú)人機(jī)需要具備一定的功能，才能夠維持正常的巡視工作。配電網(wǎng)高架線無(wú)人機(jī)巡檢中的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在以下幾點(diǎn)：（1）飛行控制技術(shù)：配電網(wǎng)絡(luò)中高壓配電線路通常超過(guò)80公里，且距離公路需要保持10～30公里，這就要求無(wú)人機(jī)的遙控距離至少要30公里；并且在投入實(shí)際應(yīng)用中，需要具備GPS自主導(dǎo)航系統(tǒng)以及線路桿塔自動(dòng)跟蹤等功能，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化巡視，在短時(shí)間內(nèi)完成配電線路的巡視工作[5]；（2）穩(wěn)定飛行技術(shù)：無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中需要保持較好的穩(wěn)定性，不能出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象，不然會(huì)影響拍攝畫(huà)面的觀察；無(wú)人機(jī)通常攜帶高穩(wěn)定性能的攝像機(jī)，并且配備了紅外熱像攝影設(shè)備，并且攝影設(shè)備具有自動(dòng)控制拍攝的功能，這樣就能夠在飛行過(guò)程中持續(xù)拍攝線路桿塔，且所拍攝的影像具有較高的分辨率，從而便于觀察線路有無(wú)故障的出現(xiàn)；（3）快速對(duì)焦成像技術(shù)、線路桿塔自動(dòng)跟蹤識(shí)別技術(shù)：無(wú)人機(jī)裝載的攝像設(shè)備需要具備快速曝光的功能，可以通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)，從而拍攝到高分辨率的桿塔、線路以及環(huán)境等要素的圖像和紅外線影像[6]。若設(shè)備還具有配電線路在線故障自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，能夠提高配電線路檢修的效率。

3 無(wú)人機(jī)巡檢的應(yīng)用

3.1 無(wú)人機(jī)飛行模式

無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中為了避免氣候因素的影響以及降落時(shí)對(duì)架空線的損壞，通常需要保持一定的距離。在考慮到各種因素的影響下，無(wú)人機(jī)巡視時(shí)通常是在高架線的斜上方飛行。為了提高巡視的效率，當(dāng)光學(xué)吊艙具備較好的掃描條件時(shí)，無(wú)人機(jī)僅需要沿著高架線巡視一次即可。若線路電壓較高，吊艙受到距離或視角的影響，單次巡視無(wú)法滿足實(shí)際需求，則需要沿著高架線兩測(cè)進(jìn)行往返巡視，從而確保巡視檢查的需求[7]。

3.2 無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)中繼模式

若無(wú)人機(jī)飛行時(shí)與地面測(cè)控車保持合適的距離且中間無(wú)遮擋物，則通信連接為直通方式，也就是無(wú)人機(jī)主要是通過(guò)無(wú)線連接的方式與測(cè)控車進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了避免無(wú)人機(jī)巡視過(guò)程中山峰、多徑、變頻、電磁等因素的感染，需要明確無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程中的輻射距離，從而滿足超視距巡檢的需求，可以采用中繼轉(zhuǎn)發(fā)的通信方式，無(wú)人機(jī)中繼轉(zhuǎn)發(fā)主要可以分為地面轉(zhuǎn)發(fā)和空中轉(zhuǎn)發(fā)這兩種模式。地面轉(zhuǎn)發(fā)模式主要是將設(shè)備安裝在高架桿塔上，這種轉(zhuǎn)發(fā)模式的成本較低，但是工作量較大，需要對(duì)線路內(nèi)多個(gè)桿塔安裝中繼設(shè)備，且需要考慮到地形地貌等方面的問(wèn)題，并且在運(yùn)行與維護(hù)方面存在著一定的困難?？罩修D(zhuǎn)發(fā)模式主要是在數(shù)據(jù)傳輸鏈上加用一臺(tái)中繼飛機(jī)，該方法具有較高的靈活性，可在復(fù)雜地區(qū)使用，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，且易于維護(hù)，但是由于需要增加一架飛機(jī)，會(huì)導(dǎo)致巡檢成本升高。

3.3 無(wú)人機(jī)線路巡檢應(yīng)用模式

在實(shí)際線路巡檢工作時(shí)，需要利用不同類型的無(wú)人機(jī)以及中繼模式，從而滿足對(duì)不同地形配電線路巡檢工作的需求。目前實(shí)際工作中主要的無(wú)人機(jī)線路巡檢應(yīng)用模式包括以下幾種：（1）中型無(wú)人機(jī)與地面中繼模式：該模式多適用于無(wú)人機(jī)無(wú)法直接連接地面測(cè)控車的情況下，也就是無(wú)人機(jī)超過(guò)測(cè)控車的監(jiān)控距離，或是無(wú)人機(jī)與測(cè)控車之間有遮擋物。無(wú)人機(jī)獲取的圖像以及數(shù)據(jù)能夠通過(guò)架設(shè)在高架桿塔上的中繼設(shè)備傳輸給測(cè)控車，并且能夠?qū)y(cè)控車的傳輸指令通過(guò)中繼設(shè)備傳輸給無(wú)人機(jī)，從而對(duì)無(wú)人機(jī)巡視工作進(jìn)行良好的控制。（2）中型無(wú)人機(jī)與空中中繼模式：該模式能夠滿足高架桿塔中繼設(shè)備安裝困難地區(qū)對(duì)于信號(hào)中轉(zhuǎn)的要求，通過(guò)加用一臺(tái)中繼飛機(jī)，將無(wú)人機(jī)所拍攝的圖像以及檢測(cè)的紅外聲像圖發(fā)送到中繼飛機(jī)上，然后再傳輸給測(cè)控車，同時(shí)也能夠經(jīng)由中繼飛機(jī)將測(cè)控車的指令傳輸給無(wú)人機(jī)，從而對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行有效控制。（3）中型無(wú)人機(jī)加固定翼機(jī)中繼模式：該模式主要是將固定翼無(wú)人機(jī)作為中繼飛機(jī)，固定翼飛機(jī)的續(xù)航能力與抗風(fēng)能力好，且成本低廉、操作簡(jiǎn)單，能夠提高中繼轉(zhuǎn)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。（4）小型無(wú)人機(jī)加微型無(wú)人機(jī)模式：該模式多應(yīng)用于巡檢位置距離測(cè)控車較近且中間無(wú)任何遮擋物的情況下，無(wú)人機(jī)能夠通過(guò)直線連接的方式與測(cè)控車進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)人機(jī)獲得的視頻數(shù)據(jù)以及紅外遙測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)處理之后能夠快速傳輸?shù)綔y(cè)控車上。測(cè)控車發(fā)出的指令也能夠直接傳輸給無(wú)人機(jī)，從而保持無(wú)人機(jī)的正常工作。（5）固定翼無(wú)人機(jī)模式：該模式適用于水災(zāi)、泥石流等自然災(zāi)害情況下和應(yīng)急巡視中，固定翼無(wú)人機(jī)由于飛行速度較快，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、大范圍的快速巡視。

4 結(jié)束語(yǔ)

過(guò)去配電線路巡視多采用人工巡視的方式，不但巡視量大且效率低，特別是山區(qū)和江河地區(qū)的巡視工作，且容易發(fā)生各種意外事故。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前配電網(wǎng)架空線巡視中廣泛采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡視，不但能夠有效提高巡視效率，同時(shí)能夠保障工作人員的安全。隨著人們對(duì)配電線路穩(wěn)定性和可靠性要求的提升，無(wú)人機(jī)巡視在配電網(wǎng)絡(luò)線路巡視工作中將起到更加明顯的優(yōu)勢(shì)。

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