基于無人機承載X光設備進行帶電探傷的研究

陳文棟

摘 要： 隨著電力工業的發展，輸電線路設備的狀態評價變得越來越重要。通過建立輸電線路設備狀態評價體系，并利用無人機承載X光設備進行帶電探傷，探索一種新的方法來評估輸電線路設備的狀態。通過實證研究發現無人機承載的X光設備能夠成功進行帶電探傷，并能夠提供高質量的圖像，從而有效評估輸電線路設備的狀態。

關鍵詞： 輸電線路設備 狀態評價 無人機 X光設備 帶電探傷

中圖分類號： U416文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）04-0020-03

Research on Live Detection Based on the Airborne X-ray Equipment of UAVs

CHEN Wendong

Zibo Power Supply Company， State Grid Shandong Electric Power Company， Zibo， Shandong Province， 255000 China

Abstract： With the development of the power industry， the condition evaluation of transmission line equipment is becoming increasingly important. This study establishes a status evaluation system for transmission line equipment， and uses the airborne X-ray equipment of UAVs for live inspection to explore a new method to evaluate the status of transmission line equipment. Empirical research has found that the airborne X-ray equipment of drones can successfully perform live inspection and provide high-quality images， so as to effectively evaluate the status of transmission line equipment.

Key Words： Transmission line equipment； State evaluation； Drone； X-ray equipment； Live detection

隨著電力工業的發展，輸電線路設備的狀態評價變得越來越重要。傳統的輸電線路設備狀態評價方法主要依靠人工巡檢，但這種方法存在著一些問題，如風險高、效率低、成本高等[1]。因此，利用新興技術和設備對輸電線路設備進行狀態評價成為一種新的研究方向。無人機作為一種靈活、高效、低成本的檢測工具，已經被廣泛應用于不同領域[2]。而X光設備作為一種常見的無損探傷設備，在醫療、工業等領域有著廣泛的運用。本研究試圖將無人機與X光設備相結合，利用無人機承載的X光設備進行帶電探傷，從而為輸電線路設備狀態評價提供一種新的方法。

1 建立輸電線路設備狀態評價體系

1.1 目前狀態評價方法的不足

傳統的狀態評價方法主要依靠人工巡檢和經驗判斷，存在主觀性較強的問題。人工巡檢存在著評價結果受人員主觀意愿和水平的影響，容易出現誤判或遺漏情況，無法提供客觀準確的狀態評價結果[3]。并且傳統方法通常只能反映當前狀態，缺乏長期狀態的跟蹤和評價，無法提前發現并預防潛在故障的發生。此外，傳統方法無法對大量數據進行有效的管理和分析，浪費了大量的時間和資源。

1.2 構建狀態評價指標體系

建立科學合理的狀態評價體系可以幫助電力公司及時采取相應的維護和修復措施，保障輸電線路設備的安全穩定運行。在構建狀態評價指標體系時，需要考慮以下幾個關鍵因素。

1.2.1 設備可用性

評價指標應包括設備的有效使用時間和故障率，通過統計設備的故障次數和維修時間，可以評估設備的可用性以及其對輸電系統的影響。

1.2.2 設備性能

評價指標應包括設備的技術指標和性能參數，如絕緣電阻、絕緣耐力、線路阻抗等。通過對這些指標的測量和分析，可以判斷設備的工作狀態和性能表現。

1.2.3 設備健康狀況

評價指標應包括設備的老化程度和損耗情況。通過檢測設備的老化程度、磨損和腐蝕情況，可以判斷設備是否需要進行維護和更換。

1.2.4 設備安全性

評價指標應包括設備的安全運行狀況和系統的故障容忍性。通過檢測設備的狀態，可以評估設備的安全性，及時發現可能存在的安全隱患。

1.3 確定評價方法和評價標準

評價方法是指用于對輸電線路設備狀態進行評估和分析的具體方法和工具，而評價標準則是用于衡量輸電線路設備狀態優劣的指標和要求。在確定評價方法時，應選擇適合的監測技術，如溫度傳感器、振動傳感器、電流傳感器等，用于實時監測輸電線路設備的運行狀況。采用數據分析方法，如數據挖掘、統計分析等，對監測到的數據進行處理和分析，以獲取關鍵的設備狀態信息。引入故障診斷方法，如模型建立、故障識別等，對可能存在的故障進行預測和診斷，以便提前采取相應的維修措施。采用綜合評估方法，如層次分析法、灰色關聯分析等，對設備狀態進行綜合評估，得出評價結果。

2 基于無人機承載X光設備無損探傷模型

2.1 X光設備在無人機上的實現

選擇適當的X光設備，確保其體積和重量適合安裝在無人機上。進行相應的改造，以滿足無人機的空間限制和安裝要求，包括調整設備的大小、重量和電源供應方式，確保其與無人機的飛行性能相匹配[4]。同時，還需考慮X光設備的防護措施，以減少對無人機及其操作人員的潛在危害。通過使用機載設備和地面站之間的無線通信實現，通信系統不僅需要能夠傳輸設備的工作狀態和數據，還應進行實時控制和調整。地面站可以提供操作界面和監控系統，以便操作人員可以隨時掌握設備的運行情況，并進行相應的控制和調整。無人機和X光設備之間的通信與控制系統建立起來后，可以開始進行無損探傷的任務。無人機可以通過飛行路徑規劃和自主導航的功能，將X光設備準確地懸停在需要檢測的區域上方。通過無人機的移動和X光設備的工作，可以對目標物體進行全方位的X光掃描。X光設備可以將掃描結果實時傳輸回地面站，由操作人員進行分析和評估。

2.2 X光設備在帶電環境下的應用可行性分析

X光設備在帶電環境下的應用可行性分析需要綜合考慮安全性、穩定性、性能、適應性和操作便捷性等多個因素。一方面，需要考慮的是X光設備在帶電環境下的安全性。帶電環境往往存在電磁干擾和高電壓等安全隱患，因此需要確保X光設備具備足夠的防護措施以保證操作人員和設備的安全。可以采取將X光設備的電路與帶電環境隔離，使用防爆材料進行包裹等方式來提高安全性[5]。另一方面，穩定性也是評估X光設備在帶電環境下的可行性的重要因素之一。由于帶電環境常常存在電磁干擾、電壓波動等問題，對設備的穩定性提出了高要求。因此，需要對X光設備進行充分的電磁兼容性測試，并采取適當的措施來降低干擾和提高穩定性，如使用電磁屏蔽材料和濾波器等。此外，性能是衡量X光設備在帶電環境下可行性的關鍵因素之一。在帶電環境下進行無損探傷，X光設備需要具備足夠的分辨率和探測能力，可以有效地檢測到電力設備存在的缺陷和隱患。對于電力設備來說，速度也是一個重要的性能指標，因此需要確保X光設備具備足夠的掃描速度和數據處理速度。同時，還需要考慮X光設備在帶電環境下的適應性和操作便捷性。設備應具備靈活性和適應性，以便能夠適應帶電環境的不同工況和需求。另外，操作人員對設備的操作便捷性也提出了要求，因此X光設備的控制界面和操作方式需要易于使用和理解。

2.3 無人機承載X光設備的優勢和局限性

無人機承載X光設備作為一種無損探傷模型，具有以下優勢。

2.3.1 靈活機動

無人機可以在不同高度、角度和位置進行飛行，從而能夠對較為復雜和難以到達的區域進行探測。它可以快速調整航線和高度，以便更好地獲取目標區域的圖像。

2.3.2 高效快速

由于無人機的高速飛行和操作靈活性，可以快速覆蓋大面積區域，減少無損探傷的時間和成本[6]。因此，它可以顯著提高現場工作效率，減少人力資源的需求。

2.3.3 安全可靠

通過利用無人機進行探測，可以減少人員直接接觸有害環境和危險區域的風險。這種方式可以提高工作環境的安全性，并保護操作人員的安全。

2.3.4 高分辨率

無人機搭載的X光設備可以提供高分辨率的圖像，用于檢測目標材料或結構的缺陷和疾病。這種方式可以有效地發現微小的缺陷，并及時采取響應措施，避免潛在的安全風險。

3 實證研究

3.1 實驗設計和測試樣本

3.1.1 實驗設計

為了驗證基于無人機承載X光設備進行帶電探傷的可行性和有效性，本實證研究設計了一系列實驗，并選取了合適的測試樣本。在實驗設計上，首先確定了無人機的飛行路徑和高度，以保證對待測物體進行全面的探測。其次，選擇了適當的X光設備，確保其能夠在無人機上進行穩定的搭載和操作。另外，也注意到了安全性的問題，采取了相應的措施，確保實驗過程中不會對周圍環境和人員造成危害。

（1）飛行路徑設計。根據進行帶電探傷的需求，需要選擇采用網格狀掃描的飛行路徑。X坐標和Y坐標計算公式具體如下。

式（1）中：X0和Y0分別為起始坐標；i和j為掃描網格中的行和列索引；dx和dy為每個網格之間的水平和垂直距離。

式（2）中：H為飛行高度；Hmin為最低飛行高度；F為焦距；D為每個網格的大小；θ為掃描范圍與水平面的夾角。

3.1.2 測試樣本

在測試樣本的選擇上，考慮到實驗的可行性和實用性，選擇了不同尺寸、形態和材質的常見電器設備進行測試。這些設備代表了現實生活中常見的帶電物體，包括電腦、手機、電視機等。通過對這些樣本進行X光掃描和探測，能夠驗證該技術在實際應用中的準確性和可靠性。

3.2 無人機承載X光設備的帶電探傷實驗

在實驗中，選擇了一批帶電設備進行研究，包括線路電器、電纜等。將X光設備安裝在無人機上，并通過控制中心遙控飛行器的運行。通過對帶電設備進行安全檢查和評估，確保設備安全無礙。然后，無人機懸停在一定高度上，通過遙控X光設備進行電器元件的X光探測。同時，記錄下各個電器元件的X光圖像，并進行詳細的分析。根據X光圖像的反饋結果，可以判斷出元件中可能存在的缺陷或故障。在實驗中，重點考慮無人機的穩定性和懸停的精準度，以確保X光設備的準確掃描。還需確保無人機與被探測設備之間的安全距離，以防止可能的電磁干擾和碰撞等意外發生。

實驗進一步驗證了無人機承載X光設備進行帶電探傷的可行性。通過此方法，可以非常便捷地對帶電設備進行探測，并及時發現潛在的缺陷和故障，以便進行維修和處理。同時，無人機的靈活性和高空飛行的優勢，使該方法在特定場景下具有廣泛應用前景，如高空線路的維護和航天器的檢測等。

3.3 分析和評價實驗結果

對實驗收集到的數據進行統計分析，如計算平均值、標準差和相關系數等，這些統計指標可以幫助概括數據的集中趨勢、離散程度和變量之間的關系。通過重復實驗、測量誤差分析等方法進行評估可靠性。通過與已有研究結果的比較、實際應用效果的評估等方式評價有效性。對結果的原因進行分析，找出可能的影響因素和潛在機制，并與相關理論進行對比和印證。同時，還可以探討結果的局限性，提出未來研究的建議和改進之處。

4 結語

通過本文的實證研究，發現無人機承載的X光設備能夠成功進行帶電探傷，并能夠提供高質量的圖像和數據。這種方法不僅提高了輸電線路設備狀態評價的效率和準確性，而且降低了評價的風險和成本。然而，本研究還存在一些局限性，如樣本數量較少、實驗環境受限等。未來的研究可以在這些方面進一步地探索和優化。

參考文獻

[1]周仁練，馬佳佳，蘇懷智.基于無人機載紅外-可見雙光成像的土石堤壩滲漏巡查方法[J].河海大學學報（自然科學版），2023，51（3）：154-161.

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[4]張國鯤，劉家鵬，石立民，等.線夾帶電X光檢測用無人機電磁防護技術及應用[J].自動化與儀表，2021， 36（4）：79-82，103.

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[6]余海翔，陳保剛，彭飛，等.基于無人機技術的輸電線路無損探傷應用研究[J].自動化與儀器儀表，2021（3）：225-228.