摘要：随着电网的快速发展，超、特高压电网的大幅扩建，输电线路走廊越来越多的集中在山区、荒野等人力难以达到的地方，增大了人员进行线路巡视与维护的难度，对电网安全运行维护提出了新的要求。无人机作为科技手段已广泛应用于生活的各个领域，其非接触式、快速高效、多角度全方位的巡检手段，搭配各类可见光和红外影像设备，能够全面了解输电线路的运行情况，相较于人工巡视更为先进、高效、安全，可以成为保证输电线路安全运行的新手段。
关键词：多旋翼无人机；输电线路；巡检；应用
一、多旋翼无人机组成
多旋翼无人机巡检系统由飞行器飞行平台、巡检任务设备系统和地面站遥控系统三大部分。
1.1飞行器飞行平台
多轴飞行平台包括机身本体的电机及旋翼、飞行控制系统、能源与动力系统。四旋翼无人机本体的动力组件是一种带有4片正反桨叶的旋翼。飞行控制系统是无人机的关键核心系统之一，其集成各类型传感器以获取必要的导航要素包括高度、速度、坐标及航向等，使飞行器具有姿态稳定控制的功能。能源与动力系统，为使飞行器能够长航时、多航次进行巡检任务。
1.2巡检任务设备系统
无人机在电力巡视应用上，机载任务设备必须满足输电线路巡检作业要求的图像清晰度、平稳性等功能，经过多次试验，结合现场实际情况选择市场上性能较高的微单相机，有效像素1670万，具有自动对焦、防抖、遥控拍照等功能，由于飞行中的抖动较大及运动拍摄，多旋翼无人机的低速运动飞行拍摄，宜配备适合低速运动摄像的镜头。
1.3地面站遥控遥测系统
手持式遥控系统采用Futaba2.4G遥控器通过各通道的操作将控制信号传输至机载接收机，飞控计算机完成信号的解码并实现飞行器的三维运动和云台的俯仰运动。地面站软件识别各类数据并实时显示、监测飞行姿态，绘制飞行航迹，全面了解飞行器工作情况。
二、现阶段输电线路巡视的主要问题
2.1输电线路巡视检查的主要内容
①线路本体。地面与基面：回填土下沉或缺土、水淹、冻胀、堆积杂物；杆塔基础：破损、酥松、露筋、基础下沉、保护帽破损等；接地装置：断裂、严重锈蚀、螺栓松脱、接地带丢失、接地带外露等；拉线及基础：拉线金具等拆卸、拉线棒严重锈蚀或蚀损、拉线松弛、断股等；绝缘子：伞群破损、严重污秽、有放电痕迹、弹簧销、钢帽破损等；导线、地线、引流线、屏蔽线、OPGW的散股、断股、断线、放电烧伤、悬挂漂浮物、弧垂过大或过小、严重锈蚀、覆冰、舞动、风偏过大、对交叉跨越物距离不够等；线路金具：线夹断裂、裂纹、磨损、销钉脱落或严重锈蚀，均压环、屏蔽环、螺栓松动，防震锤跑位等。②附属设施。防雷装置：避雷器动作异常、计数器失效、破损、变形、引线松脱等；防鸟装置：鸟刺的破损、变形、螺栓松脱等；各种监测装置：缺失、损坏、功能失效等；杆号、警告、防护、指示、相位等标识的缺失、损坏、字迹或颜色不清、严重锈蚀等；防雾防冰装置的缺失、损失等。③架空线路环境通道。建筑物、树木与导线的安全距离不足等；线下有危及线路安全的施工作业等；线路附近有烟火，有易燃、易爆物堆积等；采动影响区，地面出现裂缝、坍塌等情况；线路附近有危及线路安全的漂浮物等。
2.2输电线路巡视
对输电线路进行巡视，是保证输电线路安全运行的基础，目前主要采用的巡视制度主要有三种，即正常巡视、故障巡视和特殊巡视。而随着技术的发展，目前巡视工作也开始向状态巡视方向发展，而且加强了各种监控设备的应用。但无论采用哪种巡视制度，其离不开地面巡视这一最基本的手段，但由于在目前制度执行过程中主要是人工巡视，这样就给巡视工作带来了一定的制约。
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三、无人机技术的概述
3.1技术要素
在巡检输电线路时，经常使用专门的遥控直升机（UH）和四旋翼无人机（M4R），UH的组成部分包括：遥控直升机本体、减振悬挂装置、影像采集传输设备、地面摄像监视和操控系统等，后台的工作人员主要是利用无线图像传输设备，将UH在飞行过程中采集到输电线路的目标视频图像传送回来，以此对输电线路存在的故障做出及时判断；M4R其组成部分包括地面站和M4R无人机，M4R中设置了无线图像传输设备和无线微型高分辨率图像采集设备等，因此，采集到的输电线路的特定目标清晰度很高，并能进行远程传输，同时，M4R应用了4个旋翼对称分布的方法，进而形成的气动布局，在起降和悬停方面性能良好。
3.2功能概述
在巡检过程中，通过人工遥控使UH无人机飞行到输电线路安全距离范围之内，并悬停在输电线路附近，进行采集图像，并通过无线图像传输设备传输到后台；而地面站会发出指令引导M4R无人机沿着输电线路飞行，并在离输电线路安全距离的位置悬停，即完成M4R无人机自主悬停在安全的空间位置的功能，以便拍摄图像时，可以保证各角度的清晰度，另外，工作人员要想调整图像采集设备和被检测设备，只需对航向和M4R的减振云台进行调节即可。其中，M4R地面站除了具备引导M4R无人机飞行到预定的位置、保持与M4R无人机的遥控遥测通信的功能之外，还具有很多功能，如：控制飞行状态、接收无人机传输检测图像、控制无人机云台状态等。
3.3在输电线路巡检中采用无人机的优点
自主导航飞行技术和自主悬停技术是无人机技术的基本功能，因此可以与输电线路保持一定的安全距离，其优势具体体现是在灾害性天气中可以分析输电线路灾害，巡视、检测输电线路，查找线路跳闸故障点等方面。无人机技术的两种工作模式是飞行控制和自主悬停，但它也自驾飞行和手动飞行，在手动模式下，无人机在自主导航下，按照预定的路线飞行，并巡检线路，当无人机处于自主悬停状态后，可以高清晰地拍摄输电线路的图像，并进行传输，地面站工作人员通过监控录像检查故障点。
3.4无人机存在的缺点
在巡检输电线路中，尽管无人机发挥着很大作用，但在某些方面也存在着缺点，由于无人机体积较大，而电池容量相对较小，因此，应用无人机进行巡航的时间非常有限，另外，无人机可接收的有效控制范围是7000m，遥控范围也是有限的，而且无人机不能自动分析图像的故障点。
四、四旋翼无人机巡检系统
4.1性能指标
四旋翼无人机其飞行器本体机械结构简单，旋翼尺寸较小（潜在危害性小、运行风险低），具有重量轻、易携带、易操控、可悬停、效率高、无污染、易维护等优点.能够快速机动地执行巡检任务。四旋翼无人机应从飞行控制参数、飞行稳定性、系统兼容性和完整性几个方面考量在电力巡检中的自身功能需求。综合各种因素，四旋翼无人机适合在40min内、3km左右的电力巡检，无人机作业半径lkm，最大飞行风力5级，飞行温度一10℃～50℃，能满足短距离巡线、缺陷检查、故障点查找等需要。
4.2搭载设备
搭载平台应具有防轻微抖晃功能，并可扩展搭载照相机、摄像机及红外热像仪等用于检测线路金具松脱、缺失和磨损，以及绝缘子劣化、破损或导地线断股等情况，有数据接口用于控制搭载设备镜头移动、拍摄。
4.3可操作性
采用两人为一组操作作业，包括操控手和云台手。操控手负责控制飞行巡视系统，即无人机部分；云台手负责视频监视系统，发现可疑缺陷可悬停或来回飞行检查。且实时监控和录像功能同时进行，以利于后期分析。
4.4安全性能
具备失速保护功能，如一键返回、低电压保护、自动起降、防碰撞等功能，在操作不当、电池亏电、气候突变等异常状况下，具备一定的白保护功能。
结语
综上所述，针对输电线路巡检过程中的一些关键环节，我们要更加科学的使用多旋翼无人机系统，从而提升巡检的效率和效率，保证巡检工作更加富有质量。
参考文献
[1]无人机驾驶员航空知识手册/孙毅主编.—北京：中国民航出版社，2014.
[2]王振华，黄宵宁，梁焜，李少斌，杨忠.基于四旋翼无人机的输电线路巡检系统研究[J].中国电力，2012.
[3]李力.无人机输电线路巡检技术及其应用[长沙理工大学硕士毕业论文].长沙理工大学.2012.
作者简介
莫柳军（1985.04.05），男，学历：广西大学电气工程及其自动化专业 大学本科，单位：中国南方电网超高压输电公司柳州局，研究方向：送电线路
论文作者:莫柳军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/10
标签：无人机论文; 线路论文; 旋翼论文; 地面站论文; 图像论文; 系统论文; 飞行器论文; 《电力设备》2017年第36期论文;