多旋翼无人机在配网线路带电作业中的应用研究

陈红敏，徐睿，刘益江，于鹏，周镇祥

(国网浙江永康市供电有限公司,浙江永康,321300)

0 引言

近几年来人们对用电需求的增加，导致配网线路带电作业需要进行高效的运行。必须要有覆盖面广、电流稳定的特点。但是在很多环境较差的地区，线路往往会受到外部因素的影响，传统的方式就是通过工人们的人工巡检，在这样的背景之下，巡检效率较低，在环境恶劣之中还会面临很大的危险。无人机的出现为配网线路带电作业带来了很大的便利，并且在我国已经取得了初步的应用。无人机可以通过人工的控制，在地形较差的地区进行拍照、信息处理等。提高了线路巡检的效率，快速发现故障并且进行针对性地解决。但是在发现无人机无法修复的故障时，就需要工人与无人机共同合作，对其进行解决。本文主要研究的是多旋翼无人机在配电线路带电作业中的应用，保证我国带电作业的工作效率。

1 多旋翼无人机概述

就当前我国在多旋翼无人机的发展而言，在配电线路带电作业中有三个系统，无人积分系统、综合保障分系统、任务荷载分系统。无人机分系统又被分为平台、地面系统以及通讯系统。任务荷载分系统又被分为地面控制以及设备。综合保障分系统被分为动力补给、车辆等等。现在我国也致力于研究无人机的质量，在质量上海也可以将无人机分为大、中、小。更多使用是在小型无人机上，因为小型无人机比较容易携带和操控，对环境也造成不了污染。在配网线路中已经取得了初步的应用[1]。

无人机更多地使用来巡检、在我国已经成为一种系统，该系统主要包括了无人机、能源系统、巡检设备系统、控制系统等。无人机的动力大多数是来源于锂电池，在无人机上，有红外线设备，可以通过红外线设备进行拍照，发现线路当中的故障，并且小型的无人机设备还能在空中悬停，一般来说，会将无人机与控制系统控制在2km以内，防止失控的情况出现。多旋翼无人机如图1所示。

图1 多旋翼无人机

2 无人机在配网线路带电作业巡检的应用现状

无人机最早出现在19世纪，19世纪是战争的高发期，更多的发达国家侧重于将无人机应用在战争当中。直到上个世纪末，无人机才开始进入了人们的生活，在监控等方面得到了初步应用。直到近年来才将无人机技术应用在配网线路带电作业的巡检上面，自从进入二十一世纪之后，我国很多的科研单位都对无人机巡检技术进行了研究，并且在我国很多电网都取得了应用[2]。在2012年，我国开始进行了巡检试验，并且想要在三年之内形成完整的体系，将小型无人机全面的应用，通过无人机与人工巡检的合作，提高配网电路带电作业的巡检效率。

2.1 初见成效

因为我国国土面积较大，地形比较复杂，所以无人机需要有很强的地形适应能力。无人机主要发现的故障是在铁塔瓶口以上，经过初步的应用之后，发现无人机的巡检效率远远高于人工巡检，特别是对于跨区线路的巡检。经过近几年的不完全统计，在2014年的时候，就已经巡检了杆塔4000多基，巡检公里数达到了3000多公里，找出故障1000多个，可以说为当代人民的安全用电做出了卓越的贡献。

2.2 建立了较完善的培训体系

基于无人机的初步应用，我国已经建立了较为完善的无人机培训体系，也建立了一批专业能力强、综合素质过关的无人机研究队伍。已经有成百上千人具有无人机驾驶资格，并且每年也在不断的上涨，这也是无人机人才建设的主要途径。

2.3 工作范围仍在不断增加

首先是无人机与人工共同巡检：小型无人机可以在空中进行悬停，通过无人机观察杆塔的俯视角，保证输电工作的正常运行，而且在环境较差的地区，也能够实现对杆塔的观察，并且录像，防止出现用电故障。

故障监测：在每次配网线路出现故障的时候，无人机作为巡检的主要工具，能够对现场进行快速地勘察，发现出现故障的原因，方便维修。而且小型无人机因为自身质量较小，受到外部因素的影响较小，提高了监测效率。

诊断性巡视：在地里位置较差的杆塔上，能够通过无人机迅速掌握周边地形，防止出现安全事故。

现场勘查：在进行线路的施工之前，必须要进行现场的勘察，但是勘察的工作量比较大。为了提高勘察的效率，可以通过小型无人机的广阔视角进行勘察，从而掌握周围环境的情况。

日常监测：配网线路往往会受到外部因素的影响，譬如天气、自然灾害等等。尤其是在偏远的地区是自然灾害的多发区域，通过无人机的监测能够及时发现自然灾害，台风能够对配网线路产生较大的影响，所以一定要注意日常的监测。

紧急人员救援：配网线路工作人员因为工作环境比较差，往往在山区里面没有信号，如果发现自然灾害很有可能引起安全隐患。在搜救的过程中，借助无人机的视角可以迅速探索到被困人员的位置，从而进行搜救[3]。

3 无人机在配网线路带电作业中的应用项目

3.1 抛掷绝缘绳

通过辅助架线的优势，工作人员可以在实践中使用无人机抛掷绝缘绳，譬如在2015年，大连就首次通过无人机进行绝缘绳的抛掷，在很大程度上保证了工作人员的安全性。

3.2 无人机带电现场勘查及故障分析

在小型无人机上都会存在红外线以及相机，这些都是属于任务设备，在进行带电作业时，可以通过无人机的拍摄判断故障的类型，从而进行针对性的修复方案。譬如在2014年，我国山东电网就通过无人机拍摄的方式，对实际项目进行勘察，并且分析出了线路故障，在修复过后通过无人机的视角确定解除了故障[4]。如图2所示。

图2 无人机故障勘察

3.3 进行安全监控

工作人员所看到的视角无法与无人机相比，为了使工作人员全面掌握杆塔的情况，必须要使用无人机进行安全的监控，将拍摄到的画面实时的传送到控制系统中，在通过通讯系统告知工作人员，消灭杆塔的安全隐患。譬如，在2015年中，河南就通过安装了安全监控设备，完成了很多次电网修补。

4 高精度定位装置实现无人机巡视

由于配网线路比较复杂，无法实现自动导航的原因就是因为没有高精度的定位装置，虽然GPS在近几年得到了很大的发展空间，但是因为高空中会受到很多外部因素的影响，也有产生10米左右的误差。但是随着科技的进步，可以将近年来比较流行的RTK技术进行应用，可是在具体落实的过程中非常困难，配网局部的线路比较复杂，要将现场的环境、天气等外部因素进行预测，如果只是从一个方面进行应用还是会有很大的问题。可以将GPS技术与RTK技术一起应用，通过高清的相机在高精度的定位之下进行拍照，从而实现故障的识别。因为RTK可以弥补GPS定位精度不够的缺点，可以实现高精度的定位，并且严格把控RTK的运动路线，对配网系统进行智能的追踪。通过无人机上的相机拍到的照片进行处理和分析，将配网的杆塔进行数据识别，应用现代化的技术分析杆塔的特征，从而实现无人机位置的获取。

5 无人机自主巡视作业

对于传统的人工规划无人机路线来说，缺点比较明显，主要的缺点表现为工作效率不高，定位精度误差较大。基于此，可以在无人机上安装GPS和RTK的定位装置，借助图像识别算法发现无人机的实时位置，将杆塔作为坐标，直接控制无人机的位置巡视。

一般来说，多旋翼无人机是用于杆塔的精细巡视，在无人机起飞之后，按照预期的计划进行拍摄，当电量时或者受到外部影响较大时进行返回，所以不会造成特别大的损失和意外。通过对杆塔坐标的分析，可以在卫星地图上进行操作，一般都是规划为“C”字航线，因为“C”字航线一直都是在统一水平高度进行飞行，拍摄时采取45°的俯角进行拍摄。为了节省无人机的用电，在飞行的过程当中，相机的拍摄是由控制台完成，保证无人机在空中不会出现事故。与传统的巡检航线相比，“C”字航线可以在一定程度上增加工作的效率和无人机的续航能力，保证无人机自主巡视作业的顺利完成。“C”字航线如图3所示。

图3 C字航线示意图

6 多旋翼无人机在配网线路带电作业中的未来展望

无人机作为带电作业中比较重要的载体，最主要的是起到信息传递的作用。在具体的实践中还是需要专业的设备进行维修，为了保证无人机在配网线路带电作业中的工作效率，对未来的展望主要有以下几点。

6.1 将无人机与配网线路设备结合

就目前而言，我国的无人机进入了高速发展的时期，科学技术得到了很大的进步。传感器的应用也为无人机带来了很大的发展空间。无人机携带的不再是相机与红外成像设备，更多的是携带配网线路机器人，直接替代了人工巡检。这也在一定程度上降低了劳动力的使用，提高了工作效率，增加了安全性能。

6.2 无人机可以在高压配网线路上验电

很多偏远的地区在对于高压配网线路带电作业上依旧使用的是非接触验电，一般都是通过对电场强度的感应来判断线路是否有电。可是这样做的整体效率并不是很高，而且受到外部因素的影响较大，可能会出现线路有电，却验不出电的情况。可是随着无人机的高速发展，可以使用绝缘杆将验电器固定在无人机上面，由工作人员进行控制，直接使用无人机进行验电，保证效率的同时也不会出现漏检的情况。

7 结束语

我国的配网线路带电作业中离不开无人机的存在，无人机在人们的生活中越来越重要，对很多危险性较高，难度较高的工作都有较大的作用。这也为工作人员减轻了工作压力，可以说无人机的发展为配电线路带电作业带来了非常大的便利，在未来必定会成为主流的趋势。我国应该继续对无人机保持重视，保证科研人员取得进一步的研究成果，以此来保证当前人们对电网的高质量需求，促进社会的和谐发展。在配网线路带电作业的具体实践中，多旋翼无人机可以发挥出应用的作用，解决了拍照时的掉帧、模糊等问题。借助GPS与RTK的联合技术，可以保证无人机在精确的定位之下，完成拍照工作。最后，通过“C”字航线的应用，提高了多旋翼无人机的续航能力和工作效率，很适合当前配网线路带电作业的巡视工作。并且拥有非常广阔的应用前景，在未来有很大的发展空间，希望多旋翼无人机在配网线路带电作业中能够取得长足的应用。