基于無人機的輸電線路運維檢修一體化裝置的研究與應用

李小亮

摘要：現當今，隨著我國科技的快速發展，民用無人機技術發展的也十分迅速，逐漸深入各個行業領域。雖然無人機在電力上開始了廣泛的應用，但應用技術弱，專業性不強，未做到深入融合。同時，輸電線路的運維檢修、數字化管理等應用領域都需要無人機搭載多種任務設備完成相應作業，但這需要多個無人機飛行平臺配套相應任務載荷，使得成本高、通用性差、功能單一。所以，研究一套一體化多任務智能運檢無人機系統具有重要意義。

關鍵詞：無人機;輸電線路;運維檢修;一體化裝置;研究;應用

引言

隨著時代的不斷發展，科學技術的不斷進步，科技產品的應用已經覆蓋到各行各業中。在電力行業中，電力線路的覆蓋范圍廣，所處的地形相對比較復雜，部分地區自然環境極其惡劣，電力巡檢部門每年都需要花費大量的人力物力對線路進行巡檢，部分線路所處區域人跡罕至、交通不便，難以進行檢修工作。此時，運用無人機進行電力線路巡檢成為了我國當前輸電線路巡檢的一種重要的方式。無人機巡檢的安全系數高，對輸電線路的圖像顯示清晰明了，可以發現桿塔、導地線等部件的運行狀態、快捷方便、實用性強。本文主要分析VR無人機的應用，低空攝影技術的應用，研究無人機在輸電線路運維檢修的選用原則，推動電力巡檢工作現代化發展。

1輸電線路運行檢修一體化管理實施的必要性

在上世紀50年代，我國輸電線路采用定期檢修方案，并且該制度延續了幾十年。定期檢修制度以時間為核心，在檢修周期制定上、檢修項目認證上都要依靠工作經驗。該方法無法對輸電線路工作狀態、結構組成、設備質量、性能差異展開全面綜合考量，所有檢修工作都要嚴格按照既定標準進行，缺乏創新力度，很容易造成檢修費用高、檢修周期長等情況發生，對輸電線路安全穩定運行造成了嚴重影響。在人類進入21世紀以來，我國電力系統也逐漸朝向數字化、智能化、高壓化、大電網方面發展，傳統的定期檢修方案已經無法順應電網發展需求，特別是在“兩網”改造后，電網中的科技含量直線提升，很多設備采用了自動檢修方案，已經不需要定期檢修，在此背景下如果依然采用定期檢修方法，勢必會造成資源浪費，并且會給正常供電帶來影響。而運行檢修一體化管理方案，可以針對智能電網發展現狀，采取針對性防護措施，采用實時監督檢修方案，可以保證運行檢修工作的針對性，降低資源浪費和提升工作效率，所以時代要求我們必須要采用輸電線路運行檢修一體化管理模式。

2一體化裝置設計

2.1定位系統

由于電力系統中的輸電線路環境存在一定的電磁干擾，同時線路周圍環境復雜，需要精準定位，為避免碰撞其他固定障礙物和屏蔽一定電磁干擾，采用RTK定位系統。

2.2動力系統

氫燃料電池、石墨烯電池價格昂貴，行業無人機無法民用化，雖然油電供電方式的續航時間長，但其噪聲大、穩定性相對較差，因此采用純電動的智能鋰電池作為動力電源。動力部件采用無刷電調、無刷電機和折疊螺旋槳，其中無刷電機防水。

2.3一體化地面站

無人機地面站采用防水、防塵、防沙設計，地面平臺包含飛行控制平臺、顯示平臺、通信平臺、任務控制平臺等。（1）飛行控制平臺，是飛行控制的操作臺，具備半自動/自動飛行控制功能，主要實現飛行器的飛行控制和應急控制。（2）顯示平臺，主要顯示無人機地面站軟件、實時飛行圖像、實時測距系統等。（3）通信平臺，是無人機所有機載通信與地面通信的基站，也是運檢中心的通信點。（4）任務控制平臺，是控制無人機飛行平臺任務裝置的操作平臺，主要控制任務裝置的機械動作和工作狀態。

2.4一體化任務裝置

一體化任務裝置主要包括輸電線路通道線樹測距裝置、導地線異物清障裝置、拋投喊話裝置和三維攝影裝置。（1）線樹測距裝置，采用毫米波雷達傳感器作為測距儀，包括線距裝置和樹距裝置，這兩套測距裝置包括毫米波雷達傳感器、微型攝像頭、角度傳感器、轉動裝置等。（2）一體化清障裝置，具備噴火除異物和激光清障功能。處理環境無易燃物或有風箏異物時，采用噴火方式除異物;處理環境有易燃物或無風箏異物時，采用激光方式除異物。（3）喊話拋投裝置，采用一體化成型設計，包括喊話器、拋投器和攝像頭，主要用于新建輸電線路牽引線架設、高空運輸輕量設備和對線路通道違規建筑/施工進行喊話和取證。

3無人機選用原則

3.1無人機選型原則

無人機在人們日常生活中是作為“玩具”存在，但是一旦無人機具備了電力檢修的使命，其功能、性質就發生了根本性的變化。無人機在電力線路巡檢作業中應該具備良好的續航時間、抗風能力，而且要能夠搭載光學任務系統吊艙。中型無人機和固定翼機性能對比無人直升機能夠自主的進行升降，其升降功能為內控自動飛行過程，不需要人工進行操作，減少了外空操作出現意外的風險。綜合上述因素，在電力線路檢修作用工作中，無人直升機的優勢大于固定翼機。要根據地形的不同、氣候的不同，對不同的巡檢要求，選擇不同的無人機類型。

3.2無人機模式應用

無人機進行電力線路檢修作業過程中，要選擇好其飛行方式，避免無人機在極端惡劣天氣情況下墜毀造成損失。無人機在進行巡檢時，要和線路保持一定的安全距離，光學任務吊艙系統處于無人機的下方，為了保證巡視質量，避免電磁干擾，要保證無人機的飛行空間，要在線路的斜上方飛行。光學吊艙具有足夠的掃描視角時，無人機可以進行單方向的巡視，在較高電壓等級線路中，無人機就需要在線路兩側進行往返巡視。通信鏈路系統是滿足無人機進行電力線路巡檢工作的重要環節，在無人機距離地面測控車比較近，且沒有障礙物阻擋的情況下，通信鏈路一般為直通模式，即無人機直接與地面測控車進行信號數據通信。但是很多線路處于山區，其中的山峰、樹木等障礙物眾多，會對無人機傳送的信號產生比較嚴重的干擾。就需要實現無人機在超距條件下作業，通信方式就可以采用地面中繼模式或者空中中繼模式。地面中繼模式是在將通信倆路系統中的中繼設備安裝在線路桿塔上，這種方式成本比較低，但是工作模式復雜，需要工作人員對特殊地形下的地面中繼點進行規劃，在實際安裝過程中很可能受到當地自然環境因素的影響。要注意電路巡視工作中的不同要求，將不同的無人機類型、設備組成不同的巡檢模式。中型無人機加上地面中繼模式就很適合無人機無法直接與地面測控車進行通信的情況，無人機距離地面控制車超過了直視范圍，或者存在障礙物阻礙。無人機采集到的圖像和信號會首先通過無線發送給塔架中繼終端，中繼終端再轉發給地面的測控車。地面測控車發出的指令發送到中繼終端，然后在通過中繼終端轉發給無人機。

結語

輸電線路運維檢修一體化裝置的研究與應用，是電力行業發展的必然趨勢。毫米波雷達測距、一體化無人機、自動巡檢系統和數字化管理系統的研究與應用，雖然存在很多缺陷和不足，但其對無人機在電力行業的快速發展起著推動作用。

參考文獻

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