無人機在輸電線路巡檢中的應用

陶承志 黃禹銘 李宇程 鄒毅立廣西電網有限責任公司百色供電局

無人機在輸電線路巡檢中的應用

陶承志 黃禹銘 李宇程 鄒毅立
廣西電網有限責任公司百色供電局

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。

當下，輸電線路的電壓等級是不斷提高的，輸電線路的巡線工作對于維護電網的安全、穩定和高效運行發揮著非常重要的作用，也是電網運行的當務之急。我們知道，輸電線路一般是跨區域分布的，點多面廣，所處地形復雜，往往自然環境比較惡劣，輸電線路設備長期暴露在野外，受到持續的機械張力、雷擊閃電、材料老化、冰雪覆蓋以及人為的影響而產生倒塔、斷股、磨損、腐蝕、舞動等現象，這些情況必須得到及時的修復和更換。絕緣子還存在被雷擊損傷、樹木生長引起高壓放電以及絕緣劣化而導致輸電線路事故，桿塔存在被偷盜等意外事件，必須及時處理。傳統的人工巡線辦法存在工作量大而且工作環境艱苦的缺點，尤其是對山地地區和跨越較大的江河的輸電線路的巡查，以及在各種自然災害和夜晚期間巡線檢查，人力成本會提高很多、所花時間也會很大程度的延長、困難非常大，某些線路區域和某些巡檢項目人工巡查方法目前還不能完成，無法保障巡線的可靠性。即使通過望遠鏡等設備，可能一些設備的故障還是不能找出的。

無人機是一種先進的無人駕駛自行飛行器。電力無人機輸電線路巡線系統是一個非常復雜的集成系統，他集成了 航空、電力，通信、地理信息系統等多個系統在內，涉及飛行器控制技術、機載遙測遙感技術、現代導航技術、數據鏈通訊技術、機體穩定控制技術、快速對焦攝像技術以及故障診斷等多個高精尖技術領域。現代的電力無人機具備爬升高、距離遠、速度快和自動作業的功能，可以穿越很多復雜的障礙物對輸電線路進行迅速的巡線，可以對架空線的金具等各種器件進行全光譜的快速攝像和故障監測。基于電力無人機輸電巡線采集數據的專業分析，可以為電網管理和維護提供數據支持。

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

在國外的輸電線路巡檢中，由電力無人機載遙感儀器巡線的試驗工作最早的開始約在上個世紀70年代初期，在幾次修改以后，每個被檢出的故障耗資呈逐年遞減的趨勢，到1987年時耗資已經減少到不到原來的一半。其中對接頭出現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，然后報告給維修工程師，主要負責的工程師根據負荷、天氣來確定檢修的先后順序。在我國的一些輸電系統，也都是進行了紅外航測線路的試驗研究，我們在試驗的過程中也本著獨立自主的態度，積累了很多我們自己的研究成果和解決辦法。無人機巡線工作是一種大量野外作業過程。用無人機進行低空巡線，是一種高效的巡線過程。它不僅能把部分野外的巡線作業轉移到室內來做，還能把肉眼所難以發現的、處于萌芽狀態的隱患（如：溫度升高，輕微放油等）通過紅外、紫外成像顯現出來。

為了提高低空巡線作業效率，整個作業過程一共是分成兩個部分來進行的：長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備檢查線路有否異常點，后者則利用飛行器在異常點上空多個角度的傾斜攝影，以便管理部門做出決策。

無人機巡線系統

圖1 系統組成圖

無人機巡線系統的組成

無人機輸電線巡線系統主要由以下五部分組成：

低速、低空、長距離航行、長航行時間的先進無人機平臺系統

包含紅外、可見光至紫外的全譜段的實時遙感系統

微型氣象數據采集平臺

陀螺穩定平臺

信息處理系統

無人機巡線系統的平臺

本巡線方案主要包括以下設備：長航時固定翼無人機一架，多用途無人機兩架，系統組成框圖如圖1所示。

無人機的主要技術參數見下表：

無人機主要技術參數（按需方要求，可調整）　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航行時間：　≥2h　≥1.5h翼展：　2.2m　3.5m機長：　1.55m　2m控制半徑：　2km　2km任務載荷能力：　3kg　2kg

巡線無人機的主要性能指標

無人機的飛行控制距離

由于高壓輸電線路長度一般在100km，距離公路30km內，因此要求飛行控制距離在10km以上。EWG-Ⅱ與EWG-E3型無人機的航行范圍均在10km，而測控范圍在高度大于2km，無地物遮擋的情況下，可以達到2km以上。在我們可以遙控的范圍里邊，我們在地面可以通過控制系統對無人機進行遠程的控制，并且可以傳遞很多的實時監測數據和視頻等信息。

無人機的起飛條件

當起降的風速在每秒10m以下，風向夾角小于30°，環境溫度在-40℃～+ 50℃范圍內均能起飛。

無人機的飛行高度

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

無人機的飛行導航控制系統

無人機飛行穩定，采用自穩定能力的攝像云臺，可以選擇安裝紅外成像儀、CCD彩色攝像機、紫外線成像儀等攝像設備，具備攝像設備的自動控制攝像功能，這樣就便于拍攝地面線路桿塔的高分辨率航空圖像。

無人機的穩定飛行控制

對于無人機飛行穩定的問題，我們采取的辦法是采用自穩定能力的攝像云臺，在這個攝像云臺上邊可以選擇安裝彩色CCD攝像機、紫外成像設備、紅外成像設備，而且設備的拍攝也是可以通過地面的控制系統進行拍攝，這樣就很方便的拍攝地面線路桿塔的高分辨率航空圖像。

無人機的自動駕駛系統

飛機以程控方式飛行為主；地面站并能夠實時接收無人機飛行信息，發出飛控指令，能對無人機實施安全可靠的實時操作控制。

自動跟蹤識別線路桿塔和快速對焦成像技術

有了這種技術以后，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

當前，隨著供電可靠性要求的提高，高電壓輸電線路的巡檢已經變得越來越重要了。人工線路巡檢不僅費時費力，而且還有很大的局限性，很多自然環境惡劣，工作人員不容易到達的地方也存在著很大的安全隱患。電力巡檢無人機是一種新型的高科技產品。他可以在很大的程度上為現場工作人員排憂解難，降低現場工作人員的難度，從而用更小的付出換來更高的回報。無人機應用于輸電線路巡檢工作將是一個必然趨勢。本文又詳細的介紹了實際應用中的兩種無人機平臺，給出了無人機的各項性能指標，足以證明無人機在輸電線路巡檢中發揮的巨大作用和應用的可靠性。最后，希望本文的一些內容可以對廣大作者有所幫助。