多旋翼無人機在電力巡線中的應用

馮 凱

（國網保定供電公司，河北保定071000）

0 引言

架空電力線路覆蓋區域廣、環境復雜。目前主流的巡線方法是用望遠鏡進行人工巡線，效率低，耗時長，受地形限制大。而多旋翼無人機技術的發展，為電力巡線提供了新的研究方向。

目前國內外電力領域對于無人機應用于電力巡線的研究，主要有采用固定翼無人機進行線路設計前的勘查工作以及進行線路通道狀態的巡視工作，采用多旋翼無人機對線路桿塔進行精細化巡線等。各網省公司近年來針對電力巡線也推出了一些無人機項目，大多是與無人機廠商達成合作，租用或者選購其無人機成品進行線路巡視，積累了寶貴的經驗[1]。

1 多旋翼無人機巡線系統的結構和原理

多旋翼無人機僅僅是一個能夠飛行的機械平臺，必須增加相應的功能構成完整的系統才能用于電力線路的巡視。進行電力巡線的多旋翼無人機系統一般包括以下幾個主要的部分：動力系統、控制系統、通信系統、任務系統（也可稱為“航拍系統”）等。幾部分通過相應的電路與模塊進行有機組合，最終組成一套完整的多旋翼無人機系統。

其中，動力部分包括提供飛行動力的電機、進行速度控制的電調、提供升力的槳葉、電池組及相應的電子線路。控制系統由飛控板、相應的傳感器及與控制相關的GPS模塊等構成。通信系統主要由電臺、數據傳輸模塊、圖形傳輸模塊、地面站、操作手柄等部件構成。任務系統主要由拍攝云臺及數碼相機配合相應的通信系統構成。根據不同的需要，無人機可加載不同的模塊，進行功能的擴展。

如圖1所示，采用多旋翼無人機進行電力巡線的原理是：以多旋翼無人機為基本平臺，加載高清照相機或者紅外檢測設備，通過通信鏈路與地面站數據傳輸系統、圖像傳輸系統相連接；由操作人員操作無人機飛行至桿塔相應位置懸停，從地面站圖像傳輸系統尋找疑似缺陷部位，操作云臺照相機進行拍照或者紅外檢測。待無人機降落后，取出拍攝的照片，進行缺陷確認或分析，從而發現相應的缺陷，制定檢修計劃，保障線路正常運行[2]。

圖1 多旋翼無人機電力巡線原理圖

2 多旋翼無人機在電力巡線中的典型應用

2.1 采用照相機進行精細化巡線

多旋翼無人機在電力巡線中最常見的應用是采用照相機進行精細化巡線。精細化巡線即工作人員操作無人機圍繞桿塔進行全方位立體的巡檢，確保面面俱到不留死角，每一處金具銷釘等都要進行拍照，待工作結束后取出照片進行缺陷的查找，為檢修提供資料數據。采用照相機進行巡線，發現的缺陷主要集中在金具螺栓銷釘、絕緣子、導地線、均壓環、桿塔等位置，能夠發現細微缺陷，提高巡視效率[3]。

2.2 采用照相機進行精準缺陷判定

地面巡視人員進行巡視發現的一些疑似缺陷，由于角度問題，難以拍到合適的照片或者難以確定缺陷類型，可以使用無人機進行精準缺陷判定。

案例：某500 kV線路巡視過程中發現耐張塔引流板處疑似露出螺栓孔，懷疑缺少螺栓，但地面各角度拍攝照片，均無法清晰地獲得引流板處缺陷。而登塔檢查，由于耐張塔絕緣子串角度沿著塔身方向，站在塔身上難以看到引流板處缺陷。最終為了判定是否存在缺陷，采用無人機進行精準缺陷判定。

無人機起飛后，先從塔身外側對引流板處進行拍照，得到外側引流板處的照片。再操作無人機從兩相導線中間飛入，從引流板內側進行拍照，得到內側引流板照片。現場在電腦上處理照片，得到完整的不同角度的引流板照片。

從導線內側對引流板進行拍照，可看到引流板下方螺栓處確實存在模糊黑點，疑似缺少螺栓，但可以觀察到引流板之間并不存在縫隙。從導線外側對耐張引流板進行拍照得到的照片，可見引流板上四條螺栓均存在。最后綜合分析，認為該處缺陷可以排除。存在疑似螺栓孔的黑點有可能是導電膏等雜物風化所致。后結合線路停電進行登塔檢查，驗證了無人機缺陷判定的這一結論。

2.3 采用照相機進行冰雪災害巡視

冬季雨雪冰凍災害嚴重，尤其對于山區線路，冬季氣溫驟降，并伴隨毛毛雨天氣，極易產生雨雪冰凍災害。冬季雨雪后山區道路無法行車，巡視人員難以上山，可使用無人機進行冰雪災害巡視，能夠發現斷線事故、導地線覆冰狀況、桿塔覆冰變形等缺陷。

2.4 采用照相機進行故障巡視

線路絕緣子一般用來使導地線與桿塔保持絕緣，也起到支持導地線的作用。絕緣子缺陷一般為絕緣子破損，玻璃絕緣子自爆，合成絕緣子傘裙破損、裂紋，絕緣子閃絡等。對于玻璃絕緣子自爆，地面巡視效果較好，能夠及時發現。而對于線路設備跳閘后絕緣子的閃絡，無人機巡線能夠更精確快捷地發現缺陷[4]。

2.5 采用紅外設備進行特殊巡視

多旋翼無人機搭載紅外設備，在高空進行紅外測溫，能夠發現地面難以發現的發熱缺陷，對于高溫大負荷期間的紅外測溫工作具有重要意義。

3 結語

多旋翼無人機應用在電力巡線方面具有卓越的性能：采用照相機進行巡線，能夠發現地面人員難以發現的隱蔽性缺陷，得到缺陷的清晰照片，為設備的安全穩定運行提供技術支撐；多旋翼無人機進行特殊環境以及災害天氣后的巡視，能夠節省人力登山的時間以及降低人工登塔的風險，并得到優于人工巡視的巡線結果；無人機進行缺陷判定，簡單精確，降低了人工登塔的危險性，保障了作業人員的安全；進行紅外巡視，也能夠得到令人滿意的巡視結果。隨著多旋翼無人機在電力巡線中的應用趨于成熟，經驗逐漸豐富，必將能夠取得更大的社會經濟效益。