无人机在山区架空输电线路巡检中应用分析

田 军

（国网张家界供电公司，湖南 张家界 427000）

1 无人机概述

1.1 无人机技术

无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是“无人驾驶飞机”的简称，其工作机理是借助无线电遥控设备和网络信息技术作为支持，在事先设计控制程序的指引下，执行各种操作动作，完成相关作业任务。有人驾驶飞机与无人机相比，在适用范围和应对恶劣环境等方面更具优势。无人机本体由遥控直升、减震悬挂、地面影像监视、无线电操控以及影像采集传输等系统构成。

1.2 无人机智能化功能

无人机是在地面站控制下飞行到作业区域，根据指令内容开展工作，主要功能表现在以下3 个方面。一是在人工操作指令下，沿着预先设计的程序线路飞行，在适宜位置悬停，开展图像采集、资料收集、拍摄图像等作业。二是进行返航操作时，在地面站指挥下完成飞行状态和云台状态的切换，按照设置路线返回地面站。三是无人机把自主导航飞行技术与悬停技术作为基本功能，必须保持安全距离和作业空间，为其在灾害性天气或恶劣环境条件下实施作业创造条件[1]。对山区架空输电线路巡检而言，需要定点悬停观察输电线路灾害、巡查检视跳闸故障点，通过采取飞行控制或自主悬停模式，高清晰地拍摄输电线路的图像，然后传输给地面站工作人员，经分析研究提出相应措施，智能完成线路巡检的故障修复。

2 无人机在电力输电线路巡检中的优势与不足

无人机技术经过多年的创新发展研究和实践经验总结，已经成为一项成熟的技术体系，其优势主要表现在以下5 个方面。

（1）不受地形条件限制。就山区电力输电线路巡检而言，在输电线路全域范围内，能够根据检测需要随时进行高空悬停，开展数据提取、拍摄影像、巡查作业，对提高输电线路巡检工作质量、巡检准确率以及劳动生产效率等方面具有很大优势，如图1所示。

图1 无人机在山区架空线路巡检中的应用

（2）不受天气情况影响。无人机技术与人工操作相比，可以在火灾、雷雨、飓风以及降雪等恶劣自然条件下完成巡检工作，特别适用于长距离、大跨度的高寒环境，或者地面情况复杂人员不易到达的地点，对解决线路故障、确定故障地点、提升巡检的安全性可靠性十分有益。

（3）迅速完成线路线检查。电力系统输电线路巡查，既是一项常规工作，又是影响电力系统整体稳定的关键环节。应用智能化无人机检测技术，能够第一时间向调度中心传送数据、传回拍摄图像，为制定行之有效的解决方案、及时清除电路故障赢得时间。

（4）系统操作便捷快速。无人机技术具有体型小、携带方便、续航时间长等优势，可以通过车辆运输或人员携带到指定位置发射放飞，操作应用十分灵活。

（5）扩展性强。无人机具有强大的可扩展性，能够根据环境特点、实际需要对作业搭载平台以及监控接收平台进行组合安装，为避开线路检测故障问题、绕开沿线树木高空物体的干扰提供导航引领[2]。

虽然无人机技术目前已经成熟，且具备很大优势，但此项技术仍处于不断发展创新中，同时也存在功能和使用上的一些缺点。例如：在巡检输电线路中，无人机受输电线交互作用产生的磁场影响较大，会出现短暂的数据信号失真、传输画面不稳定等现象；无人机组件间功能配置匹配度不高，功能切换有时会出现功能性卡顿；个别无人机单体大，而与之相配的电池容量相对较小，导致巡航时间受限，缩小了无人机的有效作业控制范围。

3 无人机在山区架空输电线路巡检中的应用策略

3.1 开展全方位无人机巡检

电力企业开展山地架空输电线路巡线检测，要以保证无人机性能优良为前提，将此项技术进行广泛推广应用。一是通过对地形地勘和输电线路走向的数据设置，合理制定无人机巡线程序，为快速寻找故障地点、开展智能化故障抢修创造条件。二是通过自动续航与人工切换操作模拟转换推演，从无人机减震悬挂结构特点出发，以计算机系统和控制软件为支撑，加强无人机巡线与地面站的沟通联系，按照输电线路分布走向，精准停靠在悬停位置，确保数据采集传输回送的准确性，为地面站开展事故判断提供数据支撑[3]。三是输电线路巡检人员要借助数控工具控制无人机飞行路径，有效避免地面障碍物和空中其他飞行物的碰撞干扰，既要保持无人机处在合理的安全飞行期间，又要确保工作目标清晰可见。

3.2 复杂地段环境杂物清除

山地电力输电线路所处环境、建设地点以及检查位置十分复杂，开展杂物清除要抓住以下几个重点。一是借助无人机快速巡线成像清晰的特点，准确发现杂物存在地点，及时进行故障修复，发挥无人机清除省时省力保障安全的特性，避免发生触电情况。二是摆脱传统方式下激光二极管搭接无线电的清除方式，利用先进的光维材料可以达到更好的清除效果。三是将多旋翼无人机搭载技术与无人机模组技术相结合，在云台摄像头技术的支持下，准确观察异物位置，锁定目标开展工作。

3.3 快速确定故障检测点位置

电力单位在无人机技术的支撑下开展输电线路巡检，以整条输电线路、全流域为检测对象，确保检测点故障位置准确。一是以红外检测技术为主要方式，针对输电线路金属探伤的特性，及时发现故障消除事故隐患。二是采取局部观察与整体观测相结合的方法，在红外检测仪、激光探测仪等多种数据的辅助下，通过温差和热感等数据分析，第一时间发现输电线路故障点，为采取有针对性的故障消除措施赢得时间。三是确定输电线路故障点，充分考虑天气因素、风力大小以及气旋等变化因素，保证无人机悬停空间稳定，提高检测的准确性。

3.4 合理设置作业流程

为确保无人机在输电线路巡检中的安全性，电力施工单位要不断总结积累经验，探索优化作业流程。无人机进行输电线路巡检作业之前，需要对线路所处环境、跨越地形区域及气候变化特征做到心中有数。获取相关信息数据的支持下，制定优化巡线检测工作方案，为巡检工作顺畅运行创造条件。检修作业要根据工序顺序、工作量大小，合理安排检修力量，细化工作流程，全面考察输电线路、踏勘地标信息，保证作业环境气流平稳，地面基站基地平稳，周围电磁干扰小，为开展无人机巡检创造良好环境。此外，无人机作业尽可能避开飓风、雷电等恶劣天气，以防对无人机造成损害。

3.5 熟练掌握无人机作业方法

电力施工企业针对无人机电池续航容量有限和检测过程技术的局限性，熟练掌握特定情况下无人机作业方法。一是合理预估无人机续航时间，特别是在使用多旋翼无人机的情况下，作业时间通常要控制在半小时之内。二是在无人机开始线路巡检之前，要做好防雷、绝缘子保护等基础工作，必要时要开展特殊地形地勘调查，为合理调整无人机飞行速度，确保悬停作业万无一失。三是在无人机接近工作目标开展检测成像、故障修复、杂物清除的过程中，要适当减缓飞行速度，调整工作角度，减少风气湍流对无人机稳定性的干扰。精准判断无人机与目标的距离，为实施准确的无人机云台控制，防止无人碰撞、遭受雷击等情况扫清障碍。

3.6 多旋翼无人机与人工配合作业

电力输电线路巡检中应用多旋翼无人机巡查优势明显，但是在极端情况下也要发挥人工巡检的特殊作用。一是对导线地线类缺陷进行检验，由于线路架空与地面距离较近，出现的异常不明显，此时采用人工检验方式比较适宜，既能发挥人的主观能动性，又能减少无人机低空风险。二是对于标杆高度有限的杆塔平口检验，选用人工检测方式比较适宜，可以及时改进检验方式，实时进行信息传送，快速修复故障。三是要对输电线路巡检情况具体分析，制定多旋翼无人机与人工配合的互补方案，克服单一模式下工作中存在的弊端，为确保输电线路巡检安全、人工与多旋翼无人机配合衔接创造有利条件[4]。

4 开展无人机技术前瞻性研究

4.1 不断优化无人机功能

无人机巡检技术在电路系统检修中的作用毋庸置疑，多旋翼无人机具有的自主导航和自主悬停技术优势巨大。因此，开展无人机技术前瞻性创新研究，要以保证无人机输电线路巡线安全距离为基础。面对洪灾、冰雹以及大风等恶劣天气，发挥无人机消除故障功能的优势[5]。将手动模式和自主导航设定线路相结合，加强无人机自主悬停飞行控制模式的调整，保持地面站与无人之间指令的传输。在结构强度、稳定设计、空气动力以及电池续航等方面，选用流线型机身，选取碳纤维新型材料，不断优化无人机系统设计的一体化功能。

4.2 拓宽无人机应用范围

无人机在电力系统输电线路检测中的优势一览无余，发挥作用效果显著。因此，拓展无人机应用范围要站在更高视角，以更加前卫的思维理念指导研发。以实现无人机替代人工检测为目标，发挥无人机替代人工高空作业、带电作业，减少人工工作量。加强无人机技术的应用，提高数据采集的合理性，为确定巡线的适宜时间，制定周密的无人机作业程序，提高检测效率，确保作业安全[6]。

4.3 密切跟踪国际无人机发展潮流

电力系统在国家电力主管部门的统一组织下，树立超前意识、保持与时俱进的前卫思维，密切注视无人机技术设计理念、材料应用、功能开发的新动向。坚持以数据网络技术为依托，拓宽信息技术交流渠道，开展国际间无人机技术的交流合作。

5 结 论

无人机因其自身性能优势、科技含量高的特点，广泛应用于电力输电线路巡检范围内的众多领域。发挥无人机在山区架空输电线路巡检中的作用，合理设置作业流程，熟练掌握无人机的作业方法，拓宽无人机应用范围，密切跟踪国际无人机发展潮流，为更好地发挥该项技术的优势，助力各行业发展做好铺垫。