旋翼無人機(jī)應(yīng)用于高壓輸電線路的巡檢

張文瀚 張帥 楊國(guó)峰

摘 要：隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，以多旋翼無人機(jī)為載體的地面監(jiān)測(cè)設(shè)備所支持的輸電線路巡檢系統(tǒng)正在逐步替代傳統(tǒng)的輸電線路巡檢方法，在新形勢(shì)下的運(yùn)行維護(hù)中，傳統(tǒng)的手工檢查方法已經(jīng)無法勝任，因此以多旋翼無人機(jī)為載體的高壓輸電線路巡檢方法受到了越來越多的關(guān)注。與此同時(shí)，處于發(fā)展初期階段的多旋翼無人機(jī)還無法滿足如今復(fù)雜的輸電線路巡檢要求。對(duì)輸電線路巡檢的特殊要求做出了分析，對(duì)當(dāng)前輸電線路巡檢無人機(jī)中所存在的問題展開探討。

關(guān)鍵詞：旋翼無人機(jī)；高壓；輸電線路；巡檢；分析

1導(dǎo)言

輸電線路需要對(duì)接入端口進(jìn)行定期巡視，主要依靠人工方式的高壓輸電線路巡檢，有著工作強(qiáng)度大、工作效率底下的缺點(diǎn)并對(duì)人身安全有著一定的威脅。隨著旋翼無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已逐漸開始利用多旋翼無人機(jī)來進(jìn)行輸電線路巡檢系統(tǒng)的設(shè)置。無人機(jī)大多數(shù)屬于通用產(chǎn)品，其性能與輸電線路巡檢的特殊要求還存在著一定的距離，本文主要從高壓輸電線路特殊需求，旋翼無人機(jī)在輸電線路中應(yīng)用的弊端及其未來的發(fā)展方向進(jìn)行展開，為后期旋翼無人機(jī)在高壓輸電線路中巡檢的應(yīng)用提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。

2高壓輸電線路的特殊需求

2.1目標(biāo)小

輸電塔中的眾多金具就是輸電線路無人機(jī)檢測(cè)的對(duì)象，其中包括延長(zhǎng)環(huán)、掛板釘?shù)?。與輸電鐵塔相比，這些金具大多尺寸小，從幾厘米到十厘米各種長(zhǎng)度不等。

2.2數(shù)量多

隨著社會(huì)用電量的增加，電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程也越來越快，鐵塔數(shù)量需要進(jìn)行檢修的也越來越多，對(duì)于需要檢修鐵塔的工作量也逐漸增大。

2.3距離遠(yuǎn)

作為發(fā)電廠與變電所、變電站和變電站之間連接的重要電力設(shè)施，隨著特高壓交直流輸電的發(fā)展，輸電線路長(zhǎng)度非常長(zhǎng)，單條輸電線路的長(zhǎng)度就已經(jīng)達(dá)到幾千公里，為降低工程造價(jià)，塔架間設(shè)置的距離較大，220kV及以上線路跨度大多超過300m。

2.4環(huán)境復(fù)雜

高壓輸電線路所處的環(huán)境都十分復(fù)雜。大多數(shù)高壓輸電線路都被建立在郊區(qū)、丘陵等地區(qū)，尤其是在我國(guó)北方，輸電線路在山區(qū)中穿梭，給電力輸送以及線路的檢查帶來很大麻煩。

2.5電磁影響惡劣

高壓輸電線路的特點(diǎn)是高電壓、高電流，輸電線路作為裸線，其周圍有較強(qiáng)的電磁場(chǎng)存在，輸電線路的電磁屏蔽和抗干擾能力強(qiáng)。因此，這對(duì)無人機(jī)也提出了更高的要求。

3在輸電線路巡檢中多旋翼無人機(jī)的應(yīng)用局限

目前，多旋翼無人機(jī)大多有兩種類型。第一種是進(jìn)行航空攝影的輕型化無人機(jī)。第二種是用于完成特定的任務(wù)，如噴灑農(nóng)藥和對(duì)輸電線路進(jìn)行巡視等的大型化無人機(jī)。

3.1續(xù)航能力不足

一般多旋翼無人機(jī)在目前的市場(chǎng)上一般采用電池供電的方式，續(xù)航能力較低，一般只可以維持在30min以內(nèi)，對(duì)輸電線路大規(guī)模巡檢的要求不能滿足。

3.2無人機(jī)在使用過程中其自身的重量與拍攝所要求質(zhì)量之間的矛盾比較明顯

由于電磁環(huán)境的影響，用于輸電線路巡檢的無人機(jī)與帶電導(dǎo)體需要保持至少10m的距離，這就對(duì)無人機(jī)搭載的相機(jī)或鏡頭是否具有變焦功能提出了要求，只有這樣才可以在巡檢中檢測(cè)到輸電線路上缺少的銷子、螺栓等。輕質(zhì)量、小型的無人機(jī)鏡頭不可能實(shí)現(xiàn)變焦功能，而攜帶變焦相機(jī)的大型無人機(jī)，又存在著體型大、質(zhì)量重的缺點(diǎn)，使正常巡視無法順利完成，所以輸電線路在巡檢中的應(yīng)用直接被無人機(jī)重量與要求拍攝的質(zhì)量所限制。

3.3功能比較簡(jiǎn)單

由于目前多旋翼無人機(jī)的功能主要是拍照攝影，用在輸電線路上只可以進(jìn)行日常的輸電線路巡視，對(duì)于像帶電除異物等檢修作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法完成。目前，關(guān)于旋翼無人機(jī)的各種文獻(xiàn)還都停留在實(shí)驗(yàn)的層面，距離大規(guī)模應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。

4輸電用多旋翼無人機(jī)的未來發(fā)展方向

在未來，輸電線路巡檢中多旋翼無人機(jī)的應(yīng)用將得到廣泛發(fā)展，但無人機(jī)在當(dāng)前市場(chǎng)上的適應(yīng)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。因此，為了適應(yīng)輸電線路巡檢的特點(diǎn)，未來多旋翼無人機(jī)的傳輸應(yīng)具有以下特點(diǎn)。

4.1續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)

由于輸電規(guī)模越來越大，利用多旋翼無人機(jī)進(jìn)行巡檢的任務(wù)也會(huì)越來越多，只增加無人機(jī)的數(shù)量來滿足工作量的快速增加來滿足生產(chǎn)的要求是不可取的，只可以增強(qiáng)多旋翼無人機(jī)的續(xù)航能力，由于無人機(jī)的工作特點(diǎn)，對(duì)于無人機(jī)中電池的重量也要控制在一定程度內(nèi)。因此，我們要做的是積極探索新的具有更高能量的電池，保證提高電池容量的同時(shí)，不改變電池體積。然后，提高無人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，將無人機(jī)系統(tǒng)的能量損失減少，使無人機(jī)系統(tǒng)的續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)。最后，使無人機(jī)光伏系統(tǒng)得到一定的開發(fā)，采用太陽能充電為無人機(jī)提供可持續(xù)的動(dòng)力，提高無人機(jī)的續(xù)航能力。

4.2抗電磁干擾能力更強(qiáng)

由于多旋翼無人機(jī)主要工作在輸電線路周圍，其電磁干擾特別強(qiáng)，無人機(jī)在近距離工作時(shí)，鏈路丟失、控制滯后等問題通常會(huì)出現(xiàn)，如此將會(huì)嚴(yán)重影響無人機(jī)的正常工作。該問題將會(huì)極大地制約無人機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用。如何提高無人機(jī)的電磁干擾阻力，降低甚至阻斷無人機(jī)輸電線路的電磁干擾，保證無人機(jī)在輸電線路附近的正常工作，將是推動(dòng)輸電線路巡檢工作發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是無人機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

4.3地形適應(yīng)力更好

在山區(qū)等地形復(fù)雜的地區(qū)，多旋翼無人機(jī)的使用往往受到限制，因?yàn)闆]有合適的起落地。為了提高無人機(jī)的地形適應(yīng)性，需要開發(fā)一種簡(jiǎn)單、便攜的無人飛機(jī)起飛著陸平臺(tái)，作為無人機(jī)著陸的輔助工具，以解決無人機(jī)著陸點(diǎn)受限的問題。

4.4控制距離更遠(yuǎn)

目前，大多數(shù)多旋翼無人機(jī)控制距離可以達(dá)到2000 m，約3-4條輸電線路。巡檢的增加與無人機(jī)續(xù)航能力的提高伴隨著輸電線路規(guī)模的不斷擴(kuò)大，控制距離范圍已經(jīng)不能滿足日后的工作要求。因此，提高地面站信號(hào)的收發(fā)能力，對(duì)未來無人機(jī)進(jìn)行范圍拓展，這將是一個(gè)十分重要的發(fā)展趨勢(shì)。

4.5抗風(fēng)性能更高

多旋翼無人機(jī)的抗風(fēng)性能隨著塔的高度不斷增加更加突出，目前市場(chǎng)上大部分無人機(jī)的范圍在巡檢過程中運(yùn)行的風(fēng)速大大超出原有速度。對(duì)于多旋翼無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，如何使無人機(jī)抵抗高強(qiáng)風(fēng)的能力提高，對(duì)于無人機(jī)在輸電線路巡檢領(lǐng)域中也起著重要的作用。

4.6質(zhì)量更輕

由于輸電線路的巡檢工作規(guī)模不斷擴(kuò)大，質(zhì)量太大的無人機(jī)不能完成輸電線路的巡檢，再加上有一部分輸電線路位于山區(qū)地段，為了優(yōu)化無人機(jī)的結(jié)構(gòu)，在保證無人機(jī)自身強(qiáng)度的情況下，降低無人機(jī)的總體質(zhì)量，可以不斷將其在輸電線路巡檢中的應(yīng)用得以拓展。

5結(jié)論

高壓輸電線路具有高桿塔、大距離、復(fù)雜環(huán)境和電磁效應(yīng)等諸多缺點(diǎn)，對(duì)輸電線路多旋翼無人機(jī)也就提出了更高的要求。如今市場(chǎng)的無人機(jī)產(chǎn)品為通用性產(chǎn)品，續(xù)航能力不足，功能相對(duì)單一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長(zhǎng)的需求，因此，我們需要繼續(xù)提高高壓輸電線路的功能，以滿足其需求。

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