基于无人机承载X光设备进行带电探伤的研究

陈文栋

摘 要： 随着电力工业的发展，输电线路设备的状态评价变得越来越重要。通过建立输电线路设备状态评价体系，并利用无人机承载X光设备进行带电探伤，探索一种新的方法来评估输电线路设备的状态。通过实证研究发现无人机承载的X光设备能够成功进行带电探伤，并能够提供高质量的图像，从而有效评估输电线路设备的状态。

关键词： 输电线路设备 状态评价 无人机 X光设备 带电探伤

中图分类号： U416文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）04-0020-03

Research on Live Detection Based on the Airborne X-ray Equipment of UAVs

CHEN Wendong

Zibo Power Supply Company， State Grid Shandong Electric Power Company， Zibo， Shandong Province， 255000 China

Abstract： With the development of the power industry， the condition evaluation of transmission line equipment is becoming increasingly important. This study establishes a status evaluation system for transmission line equipment， and uses the airborne X-ray equipment of UAVs for live inspection to explore a new method to evaluate the status of transmission line equipment. Empirical research has found that the airborne X-ray equipment of drones can successfully perform live inspection and provide high-quality images， so as to effectively evaluate the status of transmission line equipment.

Key Words： Transmission line equipment； State evaluation； Drone； X-ray equipment； Live detection

随着电力工业的发展，输电线路设备的状态评价变得越来越重要。传统的输电线路设备状态评价方法主要依靠人工巡检，但这种方法存在着一些问题，如风险高、效率低、成本高等[1]。因此，利用新兴技术和设备对输电线路设备进行状态评价成为一种新的研究方向。无人机作为一种灵活、高效、低成本的检测工具，已经被广泛应用于不同领域[2]。而X光设备作为一种常见的无损探伤设备，在医疗、工业等领域有着广泛的运用。本研究试图将无人机与X光设备相结合，利用无人机承载的X光设备进行带电探伤，从而为输电线路设备状态评价提供一种新的方法。

1 建立输电线路设备状态评价体系

1.1 目前状态评价方法的不足

传统的状态评价方法主要依靠人工巡检和经验判断，存在主观性较强的问题。人工巡检存在着评价结果受人员主观意愿和水平的影响，容易出现误判或遗漏情况，无法提供客观准确的状态评价结果[3]。并且传统方法通常只能反映当前状态，缺乏长期状态的跟踪和评价，无法提前发现并预防潜在故障的发生。此外，传统方法无法对大量数据进行有效的管理和分析，浪费了大量的时间和资源。

1.2 构建状态评价指标体系

建立科学合理的状态评价体系可以帮助电力公司及时采取相应的维护和修复措施，保障输电线路设备的安全稳定运行。在构建状态评价指标体系时，需要考虑以下几个关键因素。

1.2.1 设备可用性

评价指标应包括设备的有效使用时间和故障率，通过统计设备的故障次数和维修时间，可以评估设备的可用性以及其对输电系统的影响。

1.2.2 设备性能

评价指标应包括设备的技术指标和性能参数，如绝缘电阻、绝缘耐力、线路阻抗等。通过对这些指标的测量和分析，可以判断设备的工作状态和性能表现。

1.2.3 设备健康状况

评价指标应包括设备的老化程度和损耗情况。通过检测设备的老化程度、磨损和腐蚀情况，可以判断设备是否需要进行维护和更换。

1.2.4 设备安全性

评价指标应包括设备的安全运行状况和系统的故障容忍性。通过检测设备的状态，可以评估设备的安全性，及时发现可能存在的安全隐患。

1.3 确定评价方法和评价标准

评价方法是指用于对输电线路设备状态进行评估和分析的具体方法和工具，而评价标准则是用于衡量输电线路设备状态优劣的指标和要求。在确定评价方法时，应选择适合的监测技术，如温度传感器、振动传感器、电流传感器等，用于实时监测输电线路设备的运行状况。采用数据分析方法，如数据挖掘、统计分析等，对监测到的数据进行处理和分析，以获取关键的设备状态信息。引入故障诊断方法，如模型建立、故障识别等，对可能存在的故障进行预测和诊断，以便提前采取相应的维修措施。采用综合评估方法，如层次分析法、灰色关联分析等，对设备状态进行综合评估，得出评价结果。

2 基于无人机承载X光设备无损探伤模型

2.1 X光设备在无人机上的实现

选择适当的X光设备，确保其体积和重量适合安装在无人机上。进行相应的改造，以满足无人机的空间限制和安装要求，包括调整设备的大小、重量和电源供应方式，确保其与无人机的飞行性能相匹配[4]。同时，还需考虑X光设备的防护措施，以减少对无人机及其操作人员的潜在危害。通过使用机载设备和地面站之间的无线通信实现，通信系统不仅需要能够传输设备的工作状态和数据，还应进行实时控制和调整。地面站可以提供操作界面和监控系统，以便操作人员可以随时掌握设备的运行情况，并进行相应的控制和调整。无人机和X光设备之间的通信与控制系统建立起来后，可以开始进行无损探伤的任务。无人机可以通过飞行路径规划和自主导航的功能，将X光设备准确地悬停在需要检测的区域上方。通过无人机的移动和X光设备的工作，可以对目标物体进行全方位的X光扫描。X光设备可以将扫描结果实时传输回地面站，由操作人员进行分析和评估。

2.2 X光设备在带电环境下的应用可行性分析

X光设备在带电环境下的应用可行性分析需要综合考虑安全性、稳定性、性能、适应性和操作便捷性等多个因素。一方面，需要考虑的是X光设备在带电环境下的安全性。带电环境往往存在电磁干扰和高电压等安全隐患，因此需要确保X光设备具备足够的防护措施以保证操作人员和设备的安全。可以采取将X光设备的电路与带电环境隔离，使用防爆材料进行包裹等方式来提高安全性[5]。另一方面，稳定性也是评估X光设备在带电环境下的可行性的重要因素之一。由于带电环境常常存在电磁干扰、电压波动等问题，对设备的稳定性提出了高要求。因此，需要对X光设备进行充分的电磁兼容性测试，并采取适当的措施来降低干扰和提高稳定性，如使用电磁屏蔽材料和滤波器等。此外，性能是衡量X光设备在带电环境下可行性的关键因素之一。在带电环境下进行无损探伤，X光设备需要具备足够的分辨率和探测能力，可以有效地检测到电力设备存在的缺陷和隐患。对于电力设备来说，速度也是一个重要的性能指标，因此需要确保X光设备具备足够的扫描速度和数据处理速度。同时，还需要考虑X光设备在带电环境下的适应性和操作便捷性。设备应具备灵活性和适应性，以便能够适应带电环境的不同工况和需求。另外，操作人员对设备的操作便捷性也提出了要求，因此X光设备的控制界面和操作方式需要易于使用和理解。

2.3 无人机承载X光设备的优势和局限性

无人机承载X光设备作为一种无损探伤模型，具有以下优势。

2.3.1 灵活机动

无人机可以在不同高度、角度和位置进行飞行，从而能够对较为复杂和难以到达的区域进行探测。它可以快速调整航线和高度，以便更好地获取目标区域的图像。

2.3.2 高效快速

由于无人机的高速飞行和操作灵活性，可以快速覆盖大面积区域，减少无损探伤的时间和成本[6]。因此，它可以显著提高现场工作效率，减少人力资源的需求。

2.3.3 安全可靠

通过利用无人机进行探测，可以减少人员直接接触有害环境和危险区域的风险。这种方式可以提高工作环境的安全性，并保护操作人员的安全。

2.3.4 高分辨率

无人机搭载的X光设备可以提供高分辨率的图像，用于检测目标材料或结构的缺陷和疾病。这种方式可以有效地发现微小的缺陷，并及时采取响应措施，避免潜在的安全风险。

3 实证研究

3.1 实验设计和测试样本

3.1.1 实验设计

为了验证基于无人机承载X光设备进行带电探伤的可行性和有效性，本实证研究设计了一系列实验，并选取了合适的测试样本。在实验设计上，首先确定了无人机的飞行路径和高度，以保证对待测物体进行全面的探测。其次，选择了适当的X光设备，确保其能够在无人机上进行稳定的搭载和操作。另外，也注意到了安全性的问题，采取了相应的措施，确保实验过程中不会对周围环境和人员造成危害。

（1）飞行路径设计。根据进行带电探伤的需求，需要选择采用网格状扫描的飞行路径。X坐标和Y坐标计算公式具体如下。

式（1）中：X0和Y0分别为起始坐标；i和j为扫描网格中的行和列索引；dx和dy为每个网格之间的水平和垂直距离。

式（2）中：H为飞行高度；Hmin为最低飞行高度；F为焦距；D为每个网格的大小；θ为扫描范围与水平面的夹角。

3.1.2 测试样本

在测试样本的选择上，考虑到实验的可行性和实用性，选择了不同尺寸、形态和材质的常见电器设备进行测试。这些设备代表了现实生活中常见的带电物体，包括电脑、手机、电视机等。通过对这些样本进行X光扫描和探测，能够验证该技术在实际应用中的准确性和可靠性。

3.2 无人机承载X光设备的带电探伤实验

在实验中，选择了一批带电设备进行研究，包括线路电器、电缆等。将X光设备安装在无人机上，并通过控制中心遥控飞行器的运行。通过对带电设备进行安全检查和评估，确保设备安全无碍。然后，无人机悬停在一定高度上，通过遥控X光设备进行电器元件的X光探测。同时，记录下各个电器元件的X光图像，并进行详细的分析。根据X光图像的反馈结果，可以判断出元件中可能存在的缺陷或故障。在实验中，重点考虑无人机的稳定性和悬停的精准度，以确保X光设备的准确扫描。还需确保无人机与被探测设备之间的安全距离，以防止可能的电磁干扰和碰撞等意外发生。

实验进一步验证了无人机承载X光设备进行带电探伤的可行性。通过此方法，可以非常便捷地对带电设备进行探测，并及时发现潜在的缺陷和故障，以便进行维修和处理。同时，无人机的灵活性和高空飞行的优势，使该方法在特定场景下具有广泛应用前景，如高空线路的维护和航天器的检测等。

3.3 分析和评价实验结果

对实验收集到的数据进行统计分析，如计算平均值、标准差和相关系数等，这些统计指标可以帮助概括数据的集中趋势、离散程度和变量之间的关系。通过重复实验、测量误差分析等方法进行评估可靠性。通过与已有研究结果的比较、实际应用效果的评估等方式评价有效性。对结果的原因进行分析，找出可能的影响因素和潜在机制，并与相关理论进行对比和印证。同时，还可以探讨结果的局限性，提出未来研究的建议和改进之处。

4 结语

通过本文的实证研究，发现无人机承载的X光设备能够成功进行带电探伤，并能够提供高质量的图像和数据。这种方法不仅提高了输电线路设备状态评价的效率和准确性，而且降低了评价的风险和成本。然而，本研究还存在一些局限性，如样本数量较少、实验环境受限等。未来的研究可以在这些方面进一步地探索和优化。

参考文献

[1]周仁练，马佳佳，苏怀智.基于无人机载红外-可见双光成像的土石堤坝渗漏巡查方法[J].河海大学学报（自然科学版），2023，51（3）：154-161.

[2]于淼，唐小军，杨耀东，等.基于二维剪切散斑干涉的无人机缺陷检测[J].科技创新与应用，2023，13（2）： 5-10.

[3]李昭君，王泉，虎永红，等.面向架空线路的无人机带电无损探伤系统的研究与应用[J].宁夏电力，2022（6）：33-40.

[4]张国鲲，刘家鹏，石立民，等.线夹带电X光检测用无人机电磁防护技术及应用[J].自动化与仪表，2021， 36（4）：79-82，103.

[5]李锋，魏志豪，李心娟，等.飞机蒙皮裂纹探伤设备的设计[J].机械制造，2021，59（4）：6-8，56.

[6]余海翔，陈保刚，彭飞，等.基于无人机技术的输电线路无损探伤应用研究[J].自动化与仪器仪表，2021（3）：225-228.