關于配電網架空線中無人機巡視應用探討

何桂麟

摘 要：利用無人機進行配電網絡線路巡檢有助于提高檢查的效率，獲得更好的經濟效益。無人飛行機巡檢作為一種高效、安全的檢查方式，必然會成為現代配電網架空線檢查的主流方法。目前國內外紛紛對配電網絡線路中無人機巡視展開了大量的研究，且隨著無人機性能的不斷提升，其在配電線路巡檢中的優勢將更加明顯。因此文章主要針對配電網架空線中無人機巡視的應用展開探討。

關鍵詞：配電網絡；線路故障；無人機巡視

中圖分類號：TM755 文獻標志碼：A 文章編號：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地形復雜，導致巡視工作難以開展，容易出現意外事故。人工巡視的方式無法提高巡視效率，且容易造成人力資源的浪費[1]。直升機巡視費用較高，增加了配電企業的費用支出，且審批過程較為繁瑣。隨著無人機技術的不斷發展，在配電網絡線路巡視工作中應用無人機技術，有助于進一步提高巡視效率，能夠提高管理的自動化水平。

無人飛行機是指無駕駛人員，同時帶有驅動系統能夠實現飛行器的自動駕駛。無人機最大的特點就是無需駕駛人員，及時出現意外事故也不會造成人員傷亡，可執行高強度、高風險的巡視任務，適合用于野外巡視工作。無人機設計過程中由于并不要考慮駕駛員的空間和人身安全，機身體積小，這就提高了其靈活性，單人即可攜帶微型無人機，中型無人機可以采用家庭轎車進行運輸，無需特殊的平臺[2]。此外，無人機除了電池消耗快之外，一般可以使用較長的時間，且維護費用低，相比于載人直升機來說，無人機的準備時間較短且可控性好，不容易受天氣的影響，且無需復雜的審批流程。

目前配電網絡線路巡視中無人機巡視所使用的飛行器主要為中型無人直升機與固定翼無人機，兩者各種參數見表1，兩種無人機都各有其優缺點，可以根據實際情況選擇相應的無人機。

固定翼無人機的飛行速度快，若按照2000km的配電線路計算，能夠在一周內完成巡視工作，且巡視拍攝視頻的畫面較為清晰，能夠從不同的角度觀察，從而為檢查站提供清晰的畫面[3]。固定翼無人機不能懸停，但是可以沿著線路進行巡查，通常是俯視的角度進行觀察，可以根據實際需求調整速度和高度，從而進行慢速檢查。

無人機在巡視過程中可能遇到較大的風，因此需要具備較好的抗風能力，同時要能夠工作一定的時間。此外，在巡視過程中，若發現高度較高的鋼塔出現缺陷時，為了確保巡視畫面的質量，需要具備定點懸停的功能[4]。無人直升機由于結構比較復雜，操作難度大，非專業人員需要經過一定的時間訓練之后才能夠熟練操作，并且由于自重大導致油耗也相對大，資金消耗相對也比較多。從表1可發現無人直升機與固定翼無人機最大的差異是在定點懸停、原地起將以及荷載值。因此可以根據工作環境的狀況選擇合適的類型，確保巡視工作的有效開展。

2 配電網高架線無人機巡檢關鍵技術

在長時間的配電網絡線路巡視工作中，無人機需要具備一定的功能，才能夠維持正常的巡視工作。配電網高架線無人機巡檢中的關鍵技術主要集中在以下幾點：（1）飛行控制技術：配電網絡中高壓配電線路通常超過80公里，且距離公路需要保持10～30公里，這就要求無人機的遙控距離至少要30公里；并且在投入實際應用中，需要具備GPS自主導航系統以及線路桿塔自動跟蹤等功能，這樣才能夠實現自動化巡視，在短時間內完成配電線路的巡視工作[5]；（2）穩定飛行技術：無人機在飛行過程中需要保持較好的穩定性，不能出現抖動的現象，不然會影響拍攝畫面的觀察；無人機通常攜帶高穩定性能的攝像機，并且配備了紅外熱像攝影設備，并且攝影設備具有自動控制拍攝的功能，這樣就能夠在飛行過程中持續拍攝線路桿塔，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故障的出現；（3）快速對焦成像技術、線路桿塔自動跟蹤識別技術：無人機裝載的攝像設備需要具備快速曝光的功能，可以通過應用先進的測繪技術，從而拍攝到高分辨率的桿塔、線路以及環境等要素的圖像和紅外線影像[6]。若設備還具有配電線路在線故障自動檢測技術，能夠提高配電線路檢修的效率。

3 無人機巡檢的應用

3.1 無人機飛行模式

無人機飛行過程中為了避免氣候因素的影響以及降落時對架空線的損壞，通常需要保持一定的距離。在考慮到各種因素的影響下，無人機巡視時通常是在高架線的斜上方飛行。為了提高巡視的效率，當光學吊艙具備較好的掃描條件時，無人機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，單次巡視無法滿足實際需求，則需要沿著高架線兩測進行往返巡視，從而確保巡視檢查的需求[7]。

3.2 無人機通信系統中繼模式

若無人機飛行時與地面測控車保持合適的距離且中間無遮擋物，則通信連接為直通方式，也就是無人機主要是通過無線連接的方式與測控車進行數據傳輸。為了避免無人機巡視過程中山峰、多徑、變頻、電磁等因素的感染，需要明確無人機巡檢過程中的輻射距離，從而滿足超視距巡檢的需求，可以采用中繼轉發的通信方式，無人機中繼轉發主要可以分為地面轉發和空中轉發這兩種模式。地面轉發模式主要是將設備安裝在高架桿塔上，這種轉發模式的成本較低，但是工作量較大，需要對線路內多個桿塔安裝中繼設備，且需要考慮到地形地貌等方面的問題，并且在運行與維護方面存在著一定的困難。空中轉發模式主要是在數據傳輸鏈上加用一臺中繼飛機，該方法具有較高的靈活性，可在復雜地區使用，結構相對簡單，且易于維護，但是由于需要增加一架飛機，會導致巡檢成本升高。

3.3 無人機線路巡檢應用模式

在實際線路巡檢工作時，需要利用不同類型的無人機以及中繼模式，從而滿足對不同地形配電線路巡檢工作的需求。目前實際工作中主要的無人機線路巡檢應用模式包括以下幾種：（1）中型無人機與地面中繼模式：該模式多適用于無人機無法直接連接地面測控車的情況下，也就是無人機超過測控車的監控距離，或是無人機與測控車之間有遮擋物。無人機獲取的圖像以及數據能夠通過架設在高架桿塔上的中繼設備傳輸給測控車，并且能夠將測控車的傳輸指令通過中繼設備傳輸給無人機，從而對無人機巡視工作進行良好的控制。（2）中型無人機與空中中繼模式：該模式能夠滿足高架桿塔中繼設備安裝困難地區對于信號中轉的要求，通過加用一臺中繼飛機，將無人機所拍攝的圖像以及檢測的紅外聲像圖發送到中繼飛機上，然后再傳輸給測控車，同時也能夠經由中繼飛機將測控車的指令傳輸給無人機，從而對無人機進行有效控制。（3）中型無人機加固定翼機中繼模式：該模式主要是將固定翼無人機作為中繼飛機，固定翼飛機的續航能力與抗風能力好，且成本低廉、操作簡單，能夠提高中繼轉發的經濟效益。（4）小型無人機加微型無人機模式：該模式多應用于巡檢位置距離測控車較近且中間無任何遮擋物的情況下，無人機能夠通過直線連接的方式與測控車進行數據傳輸。無人機獲得的視頻數據以及紅外遙測數據通過處理之后能夠快速傳輸到測控車上。測控車發出的指令也能夠直接傳輸給無人機，從而保持無人機的正常工作。（5）固定翼無人機模式：該模式適用于水災、泥石流等自然災害情況下和應急巡視中，固定翼無人機由于飛行速度較快，能夠實現遠距離、大范圍的快速巡視。

4 結束語

過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，特別是山區和江河地區的巡視工作，且容易發生各種意外事故。隨著無人機技術的不斷發展，目前配電網架空線巡視中廣泛采用無人機進行巡視，不但能夠有效提高巡視效率，同時能夠保障工作人員的安全。隨著人們對配電線路穩定性和可靠性要求的提升，無人機巡視在配電網絡線路巡視工作中將起到更加明顯的優勢。

參考文獻：

[1]張磊.無人機紅外影像技術在配電網巡檢中的應用研究[J].中國高新技術企業，2017，23（1）：47-48.

[2]曾友林.配電網架空線中無人機巡視應用探究[J].科技風，

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[3]蔣鈺.基于無人機紅外影像技術的配電網巡檢系統[J].中國科技縱橫，2016，45（14）：180.

[4]曲烽瑞.多旋翼無人機在輸配電線路巡檢中的應用[J].科學與財富，2016，34（11）：412-413.

[5]羅明志.配電網架空線中無人機巡線應用[J].通訊世界，2014，23（16）：118-119.

[6]秦 ，謝維，陳麗安，等.輸電電纜巡視飛行器的設計及應用[J].電器與能效管理技術，2017，34（1）：62-67.

[7]朱振洪，張岳，陳彥，等.無人機在輸變電線路巡視和應急搶險中的應用[J].電子測試，2017，23（13）：96-97.