关于配电网架空线中无人机巡视应用探讨

何桂麟

摘 要：利用无人机进行配电网络线路巡检有助于提高检查的效率，获得更好的经济效益。无人飞行机巡检作为一种高效、安全的检查方式，必然会成为现代配电网架空线检查的主流方法。目前国内外纷纷对配电网络线路中无人机巡视展开了大量的研究，且随着无人机性能的不断提升，其在配电线路巡检中的优势将更加明显。因此文章主要针对配电网架空线中无人机巡视的应用展开探讨。

关键词：配电网络；线路故障；无人机巡视

中图分类号：TM755 文献标志码：A 文章编号：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 巡檢平台的选型

目前配电线架空线多采取人工巡视的方式，但是由于工作量大且部分地区地形复杂，导致巡视工作难以开展，容易出现意外事故。人工巡视的方式无法提高巡视效率，且容易造成人力资源的浪费[1]。直升机巡视费用较高，增加了配电企业的费用支出，且审批过程较为繁琐。随着无人机技术的不断发展，在配电网络线路巡视工作中应用无人机技术，有助于进一步提高巡视效率，能够提高管理的自动化水平。

无人飞行机是指无驾驶人员，同时带有驱动系统能够实现飞行器的自动驾驶。无人机最大的特点就是无需驾驶人员，及时出现意外事故也不会造成人员伤亡，可执行高强度、高风险的巡视任务，适合用于野外巡视工作。无人机设计过程中由于并不要考虑驾驶员的空间和人身安全，机身体积小，这就提高了其灵活性，单人即可携带微型无人机，中型无人机可以采用家庭轿车进行运输，无需特殊的平台[2]。此外，无人机除了电池消耗快之外，一般可以使用较长的时间，且维护费用低，相比于载人直升机来说，无人机的准备时间较短且可控性好，不容易受天气的影响，且无需复杂的审批流程。

目前配电网络线路巡视中无人机巡视所使用的飞行器主要为中型无人直升机与固定翼无人机，两者各种参数见表1，两种无人机都各有其优缺点，可以根据实际情况选择相应的无人机。

固定翼无人机的飞行速度快，若按照2000km的配电线路计算，能够在一周内完成巡视工作，且巡视拍摄视频的画面较为清晰，能够从不同的角度观察，从而为检查站提供清晰的画面[3]。固定翼无人机不能悬停，但是可以沿着线路进行巡查，通常是俯视的角度进行观察，可以根据实际需求调整速度和高度，从而进行慢速检查。

无人机在巡视过程中可能遇到较大的风，因此需要具备较好的抗风能力，同时要能够工作一定的时间。此外，在巡视过程中，若发现高度较高的钢塔出现缺陷时，为了确保巡视画面的质量，需要具备定点悬停的功能[4]。无人直升机由于结构比较复杂，操作难度大，非专业人员需要经过一定的时间训练之后才能够熟练操作，并且由于自重大导致油耗也相对大，资金消耗相对也比较多。从表1可发现无人直升机与固定翼无人机最大的差异是在定点悬停、原地起将以及荷载值。因此可以根据工作环境的状况选择合适的类型，确保巡视工作的有效开展。

2 配电网高架线无人机巡检关键技术

在长时间的配电网络线路巡视工作中，无人机需要具备一定的功能，才能够维持正常的巡视工作。配电网高架线无人机巡检中的关键技术主要集中在以下几点：（1）飞行控制技术：配电网络中高压配电线路通常超过80公里，且距离公路需要保持10～30公里，这就要求无人机的遥控距离至少要30公里；并且在投入实际应用中，需要具备GPS自主导航系统以及线路杆塔自动跟踪等功能，这样才能够实现自动化巡视，在短时间内完成配电线路的巡视工作[5]；（2）稳定飞行技术：无人机在飞行过程中需要保持较好的稳定性，不能出现抖动的现象，不然会影响拍摄画面的观察；无人机通常携带高稳定性能的摄像机，并且配备了红外热像摄影设备，并且摄影设备具有自动控制拍摄的功能，这样就能够在飞行过程中持续拍摄线路杆塔，且所拍摄的影像具有较高的分辨率，从而便于观察线路有无故障的出现；（3）快速对焦成像技术、线路杆塔自动跟踪识别技术：无人机装载的摄像设备需要具备快速曝光的功能，可以通过应用先进的测绘技术，从而拍摄到高分辨率的杆塔、线路以及环境等要素的图像和红外线影像[6]。若设备还具有配电线路在线故障自动检测技术，能够提高配电线路检修的效率。

3 无人机巡检的应用

3.1 无人机飞行模式

无人机飞行过程中为了避免气候因素的影响以及降落时对架空线的损坏，通常需要保持一定的距离。在考虑到各种因素的影响下，无人机巡视时通常是在高架线的斜上方飞行。为了提高巡视的效率，当光学吊舱具备较好的扫描条件时，无人机仅需要沿着高架线巡视一次即可。若线路电压较高，吊舱受到距离或视角的影响，单次巡视无法满足实际需求，则需要沿着高架线两测进行往返巡视，从而确保巡视检查的需求[7]。

3.2 无人机通信系统中继模式

若无人机飞行时与地面测控车保持合适的距离且中间无遮挡物，则通信连接为直通方式，也就是无人机主要是通过无线连接的方式与测控车进行数据传输。为了避免无人机巡视过程中山峰、多径、变频、电磁等因素的感染，需要明确无人机巡检过程中的辐射距离，从而满足超视距巡检的需求，可以采用中继转发的通信方式，无人机中继转发主要可以分为地面转发和空中转发这两种模式。地面转发模式主要是将设备安装在高架杆塔上，这种转发模式的成本较低，但是工作量较大，需要对线路内多个杆塔安装中继设备，且需要考虑到地形地貌等方面的问题，并且在运行与维护方面存在着一定的困难。空中转发模式主要是在数据传输链上加用一台中继飞机，该方法具有较高的灵活性，可在复杂地区使用，结构相对简单，且易于维护，但是由于需要增加一架飞机，会导致巡检成本升高。

3.3 无人机线路巡检应用模式

在实际线路巡检工作时，需要利用不同类型的无人机以及中继模式，从而满足对不同地形配电线路巡检工作的需求。目前实际工作中主要的无人机线路巡检应用模式包括以下几种：（1）中型无人机与地面中继模式：该模式多适用于无人机无法直接连接地面测控车的情况下，也就是无人机超过测控车的监控距离，或是无人机与测控车之间有遮挡物。无人机获取的图像以及数据能够通过架设在高架杆塔上的中继设备传输给测控车，并且能够将测控车的传输指令通过中继设备传输给无人机，从而对无人机巡视工作进行良好的控制。（2）中型无人机与空中中继模式：该模式能够满足高架杆塔中继设备安装困难地区对于信号中转的要求，通过加用一台中继飞机，将无人机所拍摄的图像以及检测的红外声像图发送到中继飞机上，然后再傳输给测控车，同时也能够经由中继飞机将测控车的指令传输给无人机，从而对无人机进行有效控制。（3）中型无人机加固定翼机中继模式：该模式主要是将固定翼无人机作为中继飞机，固定翼飞机的续航能力与抗风能力好，且成本低廉、操作简单，能够提高中继转发的经济效益。（4）小型无人机加微型无人机模式：该模式多应用于巡检位置距离测控车较近且中间无任何遮挡物的情况下，无人机能够通过直线连接的方式与测控车进行数据传输。无人机获得的视频数据以及红外遥测数据通过处理之后能够快速传输到测控车上。测控车发出的指令也能够直接传输给无人机，从而保持无人机的正常工作。（5）固定翼无人机模式：该模式适用于水灾、泥石流等自然灾害情况下和应急巡视中，固定翼无人机由于飞行速度较快，能够实现远距离、大范围的快速巡视。

4 结束语

过去配电线路巡视多采用人工巡视的方式，不但巡视量大且效率低，特别是山区和江河地区的巡视工作，且容易发生各种意外事故。随着无人机技术的不断发展，目前配电网架空线巡视中广泛采用无人机进行巡视，不但能够有效提高巡视效率，同时能够保障工作人员的安全。随着人们对配电线路稳定性和可靠性要求的提升，无人机巡视在配电网络线路巡视工作中将起到更加明显的优势。

参考文献：

[1]张磊.无人机红外影像技术在配电网巡检中的应用研究[J].中国高新技术企业，2017，23（1）：47-48.

[2]曾友林.配电网架空线中无人机巡视应用探究[J].科技风，

2017，34（12）：10.

[3]蒋钰.基于无人机红外影像技术的配电网巡检系统[J].中国科技纵横，2016，45（14）：180.

[4]曲烽瑞.多旋翼无人机在输配电线路巡检中的应用[J].科学与财富，2016，34（11）：412-413.

[5]罗明志.配电网架空线中无人机巡线应用[J].通讯世界，2014，23（16）：118-119.

[6]秦 ，谢维，陈丽安，等.输电电缆巡视飞行器的设计及应用[J].电器与能效管理技术，2017，34（1）：62-67.

[7]朱振洪，张岳，陈彦，等.无人机在输变电线路巡视和应急抢险中的应用[J].电子测试，2017，23（13）：96-97.