王伟男:基于无人机的输电线路运维检修一体化装置的研究与应用

王伟男

摘要：随着我们国家的不断进步，科技的不断发展，近年民用无人机技术快速发展，逐渐深入各个行业领域。虽然无人机在电力上开始了广泛的应用，但应用技术弱，专业性不强，未做到深入融合。同时，输电线路的运维检修、数字化管理等应用领域都需要无人机搭载多种任务设备完成相应作业，但这需要多个无人机飞行平台配套相应任务载荷，使得成本高、通用性差、功能单一。所以，研究一套一体化多任务智能运检无人机系统具有重要意义。

关键词：无人机;输电线路;运维检修;一体化装置

1无人机巡检的缺陷与优势

无人机设备在电网输电线路巡检中的运用是非常重要的，能够高效地改变往常人力巡检效率低下、大量人员资源浪费的问题。现价段，无人机巡检处于初步发展阶段，在实际应用中，还存在很多的不足。一方面，无人机设备的体积小，电容量较低，导致巡检时间较短，难以使用在长距离的输电线路巡检中。另一方面，无人机设备的遥控范围较小，存在距离限制，并且系统较为低端，未能实现对拍摄线路缺陷的自动识别。但使用无人机进行输电线路巡检，与传统的人工巡检方式相比而言，具有一定的优势。首先，无人机设备的基础是自主悬停技术和自定导航技术，可以起到防止碰撞输电线路的效果，提高了巡检的安全性。其次，在恶劣的天气中，可以有效的对输电线路发生的问题进行分析，并找出发生问题的位置，便于快速解决问题，恢复电路系统。最后，无人机设备分为手动和自驾两种，在使用中可以根据自身的需求选用适合的类型，在两种操作方式在具体应用中，都可以降低以往巡检中对大量人力的使用，并且还提高了巡检的速度和电力企业的经济效益。

2无人机的输电线路运维检修一体化装置的策略

2.1一体化地面站

无人机地面站采用防水、防尘、防沙设计，地面平台包含飞行控制平台、显示平台、通信平台、任务控制平台等。（1）飞行控制平台，是飞行控制的操作台，具备半自动/自动飞行控制功能，主要实现飞行器的飞行控制和应急控制。（2）显示平台，主要显示无人机地面站软件、实时飞行图像、实时测距系统等。（3）通信平台，是无人机所有机载通信与地面通信的基站，也是运检中心的通信点。（4）任务控制平台，是控制无人机飞行平台任务装置的操作平台，主要控制任务装置的机械动作和工作状态。

2.2无人机在输电线路覆冰勘测中的应用探索

在冬季总是会遭受不同程度的低温凝冻天气，线路覆冰将会引起输电线路倒杆（塔）、断线及跳闸事故，严重威胁到电网的安全稳定运行。为解决这一问题，贵州电网公司搭建了主网线路覆冰检测装置，结合运检公司建立的“输电线路防灾减灾分析预警系统”中的微气象信息预报和线路的运行数据，可实现对输电线路防冰薄弱点的查找，及时提出重点观冰区域和急需融冰的线路。无人机系统和输电线路防灾减灾分析系统进行数据交互，根据防灾减灾系统分析得出的结果，利用杆塔坐标进行定位、制定巡航路线，对覆冰重灾区进行精确核查。通过携带的高清摄像头及嵌入式视频处理平台实时处理航拍图像。系统将对输电线路和绝缘子进行准确识别，并通过图像分割以及边缘检测技术计算覆冰的厚度，从而自动分析反馈出该区段线路在覆冰情况下的工况，并对需要融冰的线路，可能发生冰闪的绝缘子串进行预警并提供辅助决策。并且在线路融冰过程中通过红外镜头进行核查，指导融冰工作，使融冰过程更加高效便捷。同时，无人机系统还能在夜间进行输电线路融冰时，对输电线路融冰效果进行核查，无须在夜间在融冰现场派驻值守人员，大量减少了输电线路融冰的作业人员，使融冰过程更加高效便捷。

2.3携带方便、操作方便、效率高

传统的人工巡检方式，在不同的地形下所用到的设备仪器都不一样，所以，巡检人员在进行巡检工作是往往需要带着大量的设备仪器，这给巡检人员带来了很大的麻烦。但是，无人机具有机型小、体重轻、占地面积小、易于携带、轻便的优点，消除了巡检人员带着繁重的机器进行巡检的烦恼与麻烦，这能够为巡检人员节省下来大量的时间，巡检人员可以利用这些事件在巡检数据的研究上，这对于我国输电线路的整体工作是一个很大的发展與提升。

2.4无人机设备接近线路巡检措施

让无人机设备接近输电线路进行巡检，在操作设备时，通常使用两种飞行方式：一种是，固定高度飞行法。这种方式在使用中，首先，应选好适合的起飞和降落场地，其次，无人机在起飞点进行精准定位，并设置起飞高度。最后，对设备的起飞航向进行确定，然后进行巡检、悬停拍摄。这种接线巡检方式在使用中，由于相关操作参数都是固定值，可以在很大程度上降低操作失误。另一种是，斜线飞行方式。这种接近线路方式，具体来说是对无人机设备进行精确定位后，直接从站点起飞，以斜线的方式方式飞行并逐渐接近巡检线路。这种操作飞行方式在使用中，可以快速接近巡检目标，提高了巡检的速度，但同时由于需要左右手同时进行操作，会增加操作的难度，出现较多的操作失误。

2.5图像的收集与处理

在高压输电线路的巡视中，需要无人机实现对相应区域的图像、视频等的采集。为了实现这一目的，可以通过在无人机上加设单相机实现。在单相机的支持下，无人机可以在低空飞行的条件下完成对高分辨率影像的获取;可以在光线不足（阴天）的条件之下获取光学影响;可以在高位环境下完成长距离的飞行探测。结合空速管的加设，能够进一步提升对无人机飞行速度控制的精确程度，保证其拍摄与保存的图像重叠率在40%及以上。通过对图像的进一步的加工处理，能够发掘出高压输电线路中的外破或隐患，保障线路的稳定运行。

2.6一体化任务装置

一体化任务装置主要包括输电线路通道线树测距装置、导地线异物清障装置、抛投喊话装置和三维摄影装置。（1）线树测距装置，采用毫米波雷达传感器作为测距仪，包括线距装置和树距装置，这两套测距装置包括毫米波雷达传感器、微型摄像头、角度传感器、转动装置等。（2）一体化清障装置，具备喷火除异物和激光清障功能。处理环境无易燃物或有风筝异物时，采用喷火方式除异物;处理环境有易燃物或无风筝异物时，采用激光方式除异物。（3）喊话抛投装置，采用一体化成型设计，包括喊话器、抛投器和摄像头，主要用于新建输电线路牵引线架设、高空运输轻量设备和对线路通道违规建筑/施工进行喊话和取证。（4）三维摄影装置，采用五镜头的一体成型倾斜相机，主要用于输电线路通道三维建模的数据采集。

2.7在精细巡检中的应用

在高压输电线路的精细巡检中，通过应用无人机，能够实现对杆塔、接地装置、导线、金具及其附属设施、绝缘子等结构的检查。相比于实地巡视检测的方式，应用无人机能够在保障检查质量的同时，提升巡视的实际效率。在基于无人机的高压输电线路精细巡检中，为了最大程度的避免受到无人机定位误差以及电网安全的影响，相关人员可以使用“自动控制+人工控制”相结合的方式完成。此时，可以当无人机进入距目标杆塔还有15米的范围内时，可以切换至人工控制的模式，完成对云台角度的调整，完成相关影像的获取，这样的方式有着更高的巡检效率。

结语

输电线路运维检修一体化装置的研究与应用，是电力行业发展的必然趋势。毫米波雷达测距、一体化无人机、自动巡检系统和数字化管理系统的研究与应用，虽然存在很多缺陷和不足，但其对无人机在电力行业的快速发展起着推动作用。

参考文献

[1]彭向阳，刘正军，麦晓明，等.无人机电力线路安全巡检系统及关键技术[J].遥感信息，2015（1）：51-57.

[2]徐嘉龙.架空输电线路无人机巡检系统技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2017.