M200多旋翼无人机在电力巡检中的应用

陈鹏飞

（河南崤函电力供应有限责任公司，河南 义马 472300）

1 无人机选型在电力巡检中的定位研究

长期以来，我国电力巡检大多数以人工巡检方式进行逐点排查，存在效率低、巡检结果无法回看追踪、复杂地形人员难以到达等诸多弊端，已难以满足增长的电力巡检需求。因此，国内外都加大了对新的电力巡检方式的研究，并取得了突破性进展。目前，已经投入试运行的主要有固定翼无人机巡检方式和多旋翼无人机巡检方式。固定翼无人机巡检虽然覆盖范围广、巡检半径大、续航时间长，但无法在空中悬停进行定点巡视。

M200多旋翼无人机在电力巡检中的应用实现了架空线路及设备的精细化巡视，改变了传统人工巡检模式，极大地提高了巡检效率。操作人员通过数据反馈，能够准确判断线路、杆塔以及铁塔的基本状态。基于无人机航拍采集数据，搭建基于地理位置坐标的实景平台，并依托该平台逐步实现无人机巡检作业的智能化和输电设备的可视化管理。针对线路隐患，开展以无人机为平台巡检的专项治理工作，避免了高压线路非计划停电，提高了电网运行的安全性和可靠性。

1.1 M200多旋翼无人机智能避障系统研究

大疆经纬M200系列配备了大疆智能避障系统，使飞行器具备环境感知和决策能力。在执行输电线路巡检工作时，M200能探测飞行器到铁塔的距离，在可能出现碰撞时自动悬停。此外，RTK集成了厘米级高精度导航定位系统，采用双天线测向技术输出精准的航向信息，使飞行更稳定。

1.2 M200多旋翼无人机飞控平台研究

M200系列飞行平台带有IP43防护等级，内含双IMU、气压计、指南针以及GPS等20个传感器，而冗余设计为飞行安全提供了全方位保障。云台控制器集成于机身，起到了保护和防止漂移的作用。M200机体前方和下方各有一个立体视觉系统，上方配备红外感知系统，可实现前方、下方和上方避障。M200系列飞行平台配备双电池冗余系统，飞行安全系数显著提升，且在轮流更换电池时仍然保持机体供电状态。

1.3 M200多旋翼无人机智能飞行功能研究

M200系列飞行平台支持多款应用程序。DJI FlightHub™软件套装可远程获取机载影像和对无人机进行管理，该软件与DJI Pilot™相互兼容。通过互联网即可实时监控紧急救援队伍在前线的动向，或远程对巡检过程进行评估。DJI FlightHub™可以让用户规划多台无人机飞行任务并进行追踪，通过便捷易用的控制中心，实时查看相机视频并远程控制云台，还能用航点和动态电子围栏功能提前规划飞行任务。基于视觉技术，M200系列飞行平台实现了多种智能飞行模式，便于用户根据自身需求进行工作。

锁定模式。相机跟随拍摄对象，同时用户可以对飞行器进行自由控制。

兴趣点模式。对建筑或物体进行平滑环绕和全方位观测。

三脚架模式。在狭窄的环境中微调位置和角度，实现精准和安全飞行。

智能跟随模式。识别拍摄对象，对运动物体进行自动跟随拍摄。

用户可通过点击DJI GO app中的相机界面实景图，指定飞行器需飞往的区域，飞行器将自行飞往选取的区域。若光照条件良好，飞行器在自行飞往指点区域的过程中，可以躲避障碍物或悬停，进一步提升飞行安全性。M200电力巡检无人机具备前视障碍物感知系统，会不间断扫描飞行器前方环境。当检测到障碍物处于飞行路径上时，飞行器会避免与障碍物碰撞。此外，通过加入镁合金框架，进一步加强了机身整体结构的强度，能够更好地抵消机械振动对机身内部各个精密传感器的影响。

1.4 多旋翼无人机电力巡检方法研究

在合适位置，无人机起飞（飞行器为中心半径10 m区域内上空无障碍物、地面平坦）；上升至距离杆塔上空15 m左右、水平距离15 m左右处，保持飞机云台向前拍摄的角度和杆塔垂直；调整飞机云台角度和变焦倍数，对杆塔的地线金具挂点进行拍摄，然后依次对绝缘子挂点及绝缘子串进行拍照。具拍摄完成后，升高飞机高度选择继续前往下一个拍摄点或者返回着陆点。飞机需要悬停在线路两侧属装置如避雷器、避雷针等5 m范围外进行拍摄记录。正常巡检时拍摄，可根据实际情况只对可视范围外的重点部位（塔头、绝缘子、金具、通道环境）拍照。拍摄时，在一侧由下至上、另一侧由上至下，其余保持不变。禁止逆光拍摄，容易损坏相机镜头且不能正确成像，遵循拍摄由上向下拍摄原则。对于单回耐张塔，总体上待一侧拍摄完毕，从塔上方越至另一侧拍摄。

1.5 无人机操控人员培训

崤函公司安排技术人员考取了AOPA驾驶员证件，组织各工区分别针对外线人员进行无人机理论知识培训及操控培训，并购置了飞行模拟器软件、训练遥控器、教练机（穿越机）用于实操培训。而出于成本和使用方便的考虑，无人机普遍使用电动动力系统。电动系统主要由动力电机（外转子电机）、动力电源以及调速系统三部分组成。

2 多旋翼无人机电力巡检作业流程

无人机巡线作为一种新兴的高科技巡检技术，现处于试验研究阶段，尚无统一规范的作业流程和方案。本课题根据现有的无人机巡线实际应用情况，优化总结多旋翼无人机杆塔巡检作业流程，主要分为3个部分：作业前准备工作，巡线工作，照片分析与故障诊断。

2.1 制定无人机管理办法

无人机到位后，公司制定《崤函公司无人机使用管理办法》，适用于河南崤函公司无人机飞行小组人员对线路巡视的正常飞行巡检作业。根据公司巡检周期，无人机巡检地点分别使用于中部、东部以及西部电网。正常巡视周期为每个工区使用3～4天/月。无人机存放地点为生技科，由生技科保管。如需使用，需提前填写《崤函公司电力巡检无人机使用申请单》，经相关管理人员批准后，无人机才可以用于线路巡检的正常工作范围。无人机使用时必须由获得AOPA驾驶证的工作人员操控。遵循由易至难的巡检顺序，避免不必要的损失。巡检过程中，要记录飞行轨迹，记录相关资料与电力设备的对应关系，整理保存飞行过程影像资料。

2.2 明确无人机飞控小组工作职责

崤函公司尝试按无人机巡检工作环节分工，分为3个工作小组，分别是无人机巡检小组、无人机数据分析小组和无人机检修应急小组。人员根据专业进行整合，明确工作职责，将巡视、评价、检修以及反馈形成闭环管理，并完成各环节的管理标准、工作目标及绩效考核细则。出于飞行安全考虑，默认开启飞行限制功能，包括高度和距离限制以及特殊区域飞行限制。在可安全飞行状态下，特殊区域飞行限制与高度和距离限制共同影响飞行，飞行器可飞行的空域为所有限制空域的交集。飞行器在可半安全飞行状态下，仅受高度限制。限高与限低高度用于限制飞行器的飞行高度，最大半径用于限制飞行器的飞行距离。用户可以在DJI GO app中设置。

2.3 基础飞行

（1）把飞行器放置在平整开阔地面上，用户面朝机尾；（2）开启遥控器和智能飞行电池，运行DJI GO 4 app，连接移动设备与M200，进入“相机”界面；（3）等待飞行器状态指示灯绿灯慢闪，进入可安全飞行状态，然后执行掰杆动作，启动电机；（4）往上缓慢推动油门杆，让飞行器平稳起飞，飞行过程中尽量小幅度推杆，以使飞行平稳；（5）需要下降时，缓慢下拉油门杆，使飞行器缓慢下降于平整地面；（6）落地后，将油门杆拉到最低位置并保持3 s以上直至电机停止，注意停机后依次关闭飞行器和遥控器电源，以免造成失控保护启动。

2.4 无人机电力线路巡检内容

通过搭载的禅思Z30远摄变焦云台，M200无人机可存储拍摄巡线照片和视频。根据采集的影像信息，工作人员判断线路状态。该方法能够有效发现杆塔表面和线路中存在的隐患，如绝缘子破损自爆、闪络痕迹、变形、杆塔存在异物、金具脱落、导线断股、异物悬挂等。对于表面温度超过周围环境的异常发热点，无人机搭载红外热像仪能够通过采集其红外光谱图像，判断线路、线夹、接头和绝缘子等设备是否有因故障而导致的发热。

2.5 无人机电力线路巡检数据管理

通过无人机巡检作业建立线路档案，结合地理位置，将图片信息导入位置并添加地理位置坐标，对图片进行分析处理，智能化管理设备；可以有效收集线路金具、绝缘子以及线路重要交叉跨越等线路资料，有利于发现线路及附件存在的安全隐患，极大地提高了数据整理效率及准确性；为大修、技改工程立项提供有利的依据，改善线路状态水平[1]。

3 实施效果

通过研究分析无人机电力巡检技术的应用现状，结合大疆M200无人机的技术功能特点以及实际巡检需求，总结归纳合理的无人机巡检杆塔作业流程。可提高巡线作业人员的安全性，降低巡线成本，无人机成本仅为线路巡检的5%～15%，飞行成本仅为1%～5%。一般来说，每100 km的输电线路巡检需要160个工时，意味着如果要在一个工作日完成100 km的线路巡检，至少需要20名巡检人员。工资每人100元，车辆油耗300元，野外误餐补助每人20元，成本合计0.27万元，即（100+20）×20+300=0.27万元；而使用M200无人机巡检线路方案，每天仅需2人即可完成100 km巡线，车辆油耗100元，合计为340元，即（100+20）×2+100=340元。可见，每100 km节约巡检费用为0.236万元。崤函公司线路全长360 km，平均每月需进行至少2次以上全线巡检，平均每月完成电力线路通道和树障巡视约960 km，每月可节约费用为2.26万元，即（960÷100）×0.236=2.26万。若无人机购置成本合计5万元，正常使用按10年计算，每年设备折旧0.5万元，全年可节约12×2.26-0.5=26.6万元。同时，解放出外线检修人员可为崤函公司其他业务创收，根据公司2018年对外业务创收指标为800万，外线检修人员创收比例系数约为25%，800×0.25=200万元，即间接产生经济效益200万元。扣除25%所得税即（26.6+200）×0.75=169.95万元，通过无人机巡检线路全年产值合计为169.95万元。无人机全面无死角巡检能力得到验证，对查找一般及以上树障缺陷、通道和杆塔本体巡检效率，较传统以人力为主的巡检模式总体提高6倍以上。可见，常态化开展无人机电力巡检工作，经济效益显著[2]。

4 结 论

研究运用大疆M200四旋翼无人机巡检输电线路，可有效代替落后的人力巡线，通过掌握该机型的功能及特点，熟悉作业流程和方法，总结归纳无人机精细化巡检方案，优化巡检路径，便于快速找出线路的薄弱环节，提高线路巡检高效、安全可靠性、降低巡检成本。在崤函中部供电区域进行试点后，逐步向东、西部供电区域推广。可见，利用无人机电力巡检现已成为巡检输电线路的一种新方式，为电力行业下一步智能化巡检打下了坚实基础。