多旋翼無人機在輸電線路巡檢中的應用

邢志剛，萬宏宇

(國網(wǎng)黑龍江尚志市電業(yè)局有限公司，哈爾濱 140000)

高壓輸電線路巡檢方式一般為人工巡檢，具有較大的工作風險。無人機被逐漸利用到了輸電線路的巡檢系統(tǒng)中，以代替人工巡檢，然而，市面上大部分無人機產品，其功能還達不到輸電線路巡檢要求。

1 高壓輸電線路的特殊需求

高壓輸電線路實際上就是架空輸電線路，它的電壓達到了35 kV，是連接發(fā)電廠和發(fā)電站的一個重要設備。由于高壓輸電線路需要的規(guī)模龐大、環(huán)境相對復雜、運行的負荷較大，需要無人機，具備以下特點。

1.1 目標小

在線路的巡檢過程中利用無人機進行巡檢，主要檢查輸電桿塔中的各種金具。無人機巡檢的金具通常體型偏小，因此目標也較小，巡檢工作人員很難發(fā)現(xiàn)。

1.2 數(shù)量多

隨著社會的不斷發(fā)展，用電量在逐年遞增，這也對國家的電網(wǎng)建設提出了更高的要求，需要不斷地擴大對桿塔巡視和檢修的規(guī)模。

1.3 距離遠

輸電線路是連接發(fā)電廠與變電站之間的一個重要電力設施，普遍長度較長。尤其是近年來特高壓交流、直流輸電的快速發(fā)展，有的單條輸電線路長達幾千公里。為了降低建設的成本，會增加各個塔桿之間的距離。

1.4 風速高

以120米的高跨河桿塔為例，如果地面的風為5級，而風速為10 m/s，那么塔定的地線掛點處的風速為13.9 m/s，風力為7級。

1.5 環(huán)境復雜

我國的土地資源一直比較緊張，在民事協(xié)調上的難度非常大。新建的高壓輸電線路基本都位于郊區(qū)或丘陵地帶等地形復雜的區(qū)域，輸電線路需要穿過很多的高山，這使得巡檢的過程非常困難。

1.6 電磁影響惡劣

輸電線路的特點為電壓高、電流大，尤其是高壓的輸電線路。輸電線路一般是裸導線，在它的周圍具有很強的電磁場，無人機需要具備電磁屏蔽的能力和較高的抗干擾能力。

2 多旋翼無人機在輸電線路巡檢中的應用

2.1 多旋翼無人機的巡線特點

很多無人機都是應用鋰電池來作為自己的動力電源，并開展相關的輸電線路巡檢工作。由于電池的技術限制，無人機飛行的時間還比較短，一般在空載并且氣象條件較好的情況下，利用無人機巡檢電路可以飛行半個小時左右。但當天氣等因素產生影響時，利用無人機巡檢輸電線路只能飛行二十分鐘左右。為了提高輸電線路巡檢工作的效率，可以在巡檢開始之前制定合理的飛行路徑和相關的拍攝部位。

2.2 多旋翼無人機的巡線作業(yè)流程

2.2.1 準備階段

在多旋翼無人機巡視作業(yè)之前，工作人員應先做好資料的收集工作，對巡視區(qū)域的大致情況進行細致的了解，并了解機場、軍事禁飛區(qū)等地方的設施情況，獲取相應巡視輸電線路桿塔的坐標和它的高度。同時，還需要對現(xiàn)場的安全管控措施進行充分的準備，編制相應的飛行安全管控方案和應急方案。

2.2.2 實施階段

在準備工作完成后，才可以進入實施階段。在實施階段中，各個部分的技術人員應做好自己的本職工作，并且嚴格按照相關的作業(yè)規(guī)范開展工作，從而保證人安全和設備的安全。飛控手與程控手之間應相互保持溝通，保證無人機在執(zhí)行任務的過程中的穩(wěn)定安全。

2.3 巡線數(shù)據(jù)處理方法

對于現(xiàn)在的無人機來說，采集到的圖像信息需要經過人工分析。工作人員根據(jù)無人機拍攝的圖片進行分析，找出桿塔所存在的安全隱患。這樣的方式會受到很多干擾因素的影響，例如大霧天以及陰天等因素，對無人機拍攝的畫面都具有一定的影響。目前，浙江的電力公司在線路巡檢時利用無人機搭載SAR雷達進行巡視，可以解決在大霧環(huán)境下的導線斷線巡視。

要加強無人機的巡檢效率，就需要盡快應用無人機圖像處理的系統(tǒng)程序。這種程序可以對圖像進行降噪，避免圖像模糊，使無人機拍攝的圖片更加清楚。

3 輸電用的多旋翼無人機未來發(fā)展方向

3.1 續(xù)航時間更長

為了延長無人機電池的續(xù)航時間，相關的技術人員可以探索新型的高能量密度的電池材料，從而在原有的電池基礎上提高電池的容量。無人機的系統(tǒng)運行效率也要提高，降低無人機系統(tǒng)在能量上的損耗，延長電量使用的時間。技術人員可以對無人機開發(fā)光伏系統(tǒng)，使太陽能源源不斷地為無人機提供動力，增加無人機使用的時間。

3.2 抗電磁干擾能力更強

由于輸電線路的周圍具有較強的電磁干擾，而在巡視輸電線路時無人機需要近距離拍攝，因此需要無人機具備較高的抗電磁干擾能力，使無人機能夠不受干擾繼續(xù)執(zhí)行任務。

3.3 地形適應力更好

輸電線路建設的地線通常在丘陵、山地等地形復雜的地區(qū)，沒有合適的升降無人機的區(qū)域，限制了無人機的使用。技術人員可以開發(fā)一種較為簡單的、適合攜帶的無人機升降平臺，為無人機的升降帶來一定的便利，從而適應各種地形。

3.4 控制距離更遠

市面上的無人機可以控制的距離大約在2000ITI，與我國的輸電線路距離作比較，差不多為3-4個輸電線路桿塔。隨著用電量的不斷增加，輸電線路的規(guī)模也越來越大，使巡檢的工作量不斷增加，需要不斷提高無人機的控制距離。技術人員可以對地面站的信號收發(fā)能力進行提升，使無人機的控制范圍得到擴大。

3.5 抗風性能更高

我國輸電線路桿塔的高度和跨度都在不斷地增加，市面上很多多旋翼無人機作業(yè)的風速還無法達到巡檢的要求，超過了無人機的承受范圍。因此，需要對無人機的風控系統(tǒng)進行改進，使無人機能夠適應高強度大風中工作，這對無人機的發(fā)展具有非常重要的作用。

3.6 質量更輕

隨著我國輸電線路規(guī)模的不斷擴大，線路巡檢的作業(yè)量也不斷地增加。由于很多的輸電線路桿塔所在的地形比較復雜，多在山地、丘陵等地帶，一些質量比較大的無人機就成了巡檢輸電線路的負擔，對巡檢的效率和質量有著不利的影響。為了增強無人機在輸電線路巡檢中的功用，需要對無人機的質量進行降低。

3.7 拍照的性能更優(yōu)

無人機巡檢輸電桿塔上的各種金具大多具有較小的體型、不易發(fā)現(xiàn)等特點。由于輸電線路周圍的電磁干擾較強，無人機工作時無法靠得太近，這就需要無人機在設計時一定要具備更加優(yōu)秀的拍照技能和變焦的能力，使得拍出的圖片非常清晰，提高巡檢的效率和質量。

4 結語

為了使無人機滿足巡檢輸電線路的要求，需要無人機具有更長的續(xù)航時間、更強的抗電磁干擾能力、更好的地形適應能力、更遠的控制距離、更輕的質量、更佳的拍照性能，以此提高輸電線路巡檢效率和質量。