摘要：电力企业的发展也在一方面扩大了电网的规模，增大了巡检的工作量和难度。整个电力系统的稳定运行主要受一些自然因素和人为因素的影响，而造成输电线路受到破坏，致使输电线路不能正常运行，而一旦发生故障，必须尽快找到输电线路故障点，因此，在巡检输电线路故障中，采用四旋翼无人机技术可以有效地提高抢修的效率。
关键词：多旋翼无人机；输电线路；巡检；应用
一、无人机的发展及概述
无人机技术作为目前世界范围内的热门研究领域,尤其是在近年复合材料、动力系统、传感器以及飞行控制等技术发展的支撑下,无人机的实践性能得以高速发展,已经能够在大多数条件下替代载人机开展工作。然而,从无人机的发展历程来看,这项最早用于军事的技术,现阶段已经能够在电力线路巡视工作中发挥重要的作用了。
据可靠的记录,最早的无人飞行器是1849年奥地利所造无载人气球,而最早是1917年所发明的,但是受限于飞行能力并未大面积使用。直到1935年,往复式飞机才得以开发。然而,发展到1940年,量产型无线电遥控无人机得以出现,并被用于防空炮手的训练工作。20世纪六七十年代,美国利用无人机深入敌后开展高危军事侦查,有效地减少了人员伤亡。而目前常用于输电线路巡视的四旋翼无人机虽然早在60多年前就已经提出了初始概念,但是直到21世纪初期才得以发展并大规模投入使用。而事实上,国内的无人机技术起步相对较慢,但是由于该技术在民用上的巨大市场,才得以迅猛发展。从最近几年的国内航展来看,各式各样的国产无人机呈现百花齐放的态势,迎来发展的高速时期。从当下的情况来看,一批低成本低耗费的无人机已经开始承担了大批量的勘查、监测以及巡查等非军事工作。
以用于输电线路巡视的四旋翼无人机为例,主要是桨叶旋转面的倾斜产生水平运动。这类无人机所具备的垂直起降能力,使得其对使用场地的环境有较高的适应能力。不仅可以满足巡视要求下的悬停工作和低速飞行,还能满足在近距离和低速运动下,对同一物体保持长时间的观测任务。
二、四旋翼无人机在输电线路巡视中的优势
人工巡视往往通过肉眼、望远镜以及红外热像仪等设备对输电线路的状态进行观测,但是为了保障自身安全性,使得观测的数据受到了限制。然而,通过空中巡航实现对输电线路监测的无人机而言,往往可以有效地发现销钉脱落、金属锈蚀以及导地线断股等问题。虽然载人监测直升机也可以发现这类的问题,但是受限于高成本和空域限制,导致其实际应用的效益并不高。具体来看,利用无人机搭载巡检设备来完成输电线路巡视工作,主要有以下优势；不受地形、地势以及安全性等因素的限制,可以进行多角度和近距离的观测。不仅提高巡查的质效,也减少监测人员的劳动强度和风险。通过四旋翼无人机的悬停功能,可以利用巡查仪器对输电线路的各构成部分进行录像和拍照,而且还能进行实时传输,让地面测控站可以尽快进行分析和决策,提高了故障处理的效率。四旋翼无人机具有携带方便、使用灵活以及工作效率高的特点。检测人员可以通过随身携带或者车载,在达到现场之后也可以迅速投入使用,完成工作之后尽快回收,并转移到下一个作业点。
三、无人机系统的选择要点
3.1飞行平台及传感器
水平起降式无人机对场地要求高，虽可通过倾斜弹射、定点伞降等方式获得垂直起降能力，但维护保障难度将加大，限制了水平起降式无人机的使用便利性。平台需要考虑到携行问题，全系统体积重量不能太大。平台可携带三轴稳定器，在低空紊乱气流下中保持视场稳定，并能保证传感器视场始终对准目标区域，生成清晰的高分辨率影像。
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3.2安全性
在飞行平台发生失控及故障时，应能保证在指定区域盘旋或悬停，飞行平台不能随气流飘飞。无人机自身安全性受各系统的各环节制约，目前国内缺乏统一的适航标准及质量标准，安全性与无人机的制造成本直接相关。但过高的价格又会限制使用，需在各个方面有一个折衷。
3.3数据链路
数据链路应具有较好的抗干扰性，同时可传输高清高分辨率画面。高清高分辨率实时画面可以在第一时间帮助发现疑点目标，而不用等数据采集后分析，同时地面站应拥有数据接口，借助通信设备连接卫星转播系统或移动互联网络，将其采集到的图像信息实时转发。
四、四旋翼无人机在输电线路巡视工作中的应用
4.1短距离巡视工作
四旋翼无人机的短距巡视方案分为人工控制和自主导航两种，人工控制模式指的是由操作人员直接操控无人机的飞行线路，通过操作系统来控制无人机进行飞行巡查。通常人工控制模式都是使用地面控制站来预先布置无人机的飞行位置或手动遥控器控制飞行，可直接目视无人机飞行位置，而如果是用到车载地面控制站或视频眼镜之类的设备来操控无人机则飞行巡视的范围更大。自主导航模式则是指预先设置好无人机的飞行路线，由无人机全自主或半自主控制飞行来进行预先设定好的飞行巡视任务。通常情况下会使用人工的方式来对杆塔和线路通道进行事先的巡查，详细记录杆塔的位置、弧垂位置和飞行危险避让点等需要避开的GPS信息，而后输入到无人机的储存器当中，这样便能够避免无人机在半自主飞行或全自主飞行的时候撞到杆塔或其他部位。
4.2定点检查工作
四旋翼无人机具有强大的机动性、悬停稳定性以及灵活性，十分适合用来检查输电线路的高空设备，比如金具、绝缘子、杆塔上部构建和导地线之类的设备情况，能够轻松拍摄到图像和视频来让技术人员了解设备的状况。在实际的工作当中，四旋翼无人机能够轻松地定点检查设备是否存在故障或缺陷，清楚拍摄设备损坏的情况，还能够便捷地查找到线路故障点，不需要工作人员重复登塔和带电作业来进行查找，还可以在大型线路检修工作之前进行提前勘察，为技术人员来提供各设备的情况，好让检修方案的制定更加方便。
这里需要注意的是，在检查不同部位和设备的时候，无人机的飞行高度和速度都需要严格控制，确保安全飞行，不同的检查部位需要严格按照相应的角度要求来进行。在检查绝缘子、金具和杆塔的时候应该以5m/s的速度到达铁塔30m左右的位置然后缓慢靠近目标，当达到了目标高度之后悬停，控制好云台的角度来进行检查拍摄。而在检查导地线和其金具的时候同样也是以5m/s的速度到达导地线30m的位置，然后控制云台从平视的角度靠近导地线，在到达目标高度和大约10m位置的时候悬停或缓慢平行飞行，控制云台的角度来进行检查拍摄。
结语
现如今全世界的科技都在飞速发展，多种多样的高科技产品层出不穷，最近几年出现的四旋翼无人机便是一种较为新颖的高科技设备，而将四旋翼无人机应用于输电线路巡视工作当中能够有效提高输电线路巡视工作的效率。但是目前四旋翼无人机要想应用在输电线路当中还需要克服几个问题，比如无人机的飞行控制稳定性以及操作人员的操作水平，无人机续航能力等，所以四旋翼无人机在输电线路当中的应用依然处于实践阶段，需要做好安全控制措施和工作流程标准化的工作，从而让短距离巡查线路和设备定点检查等工作变得可能，相信随着科技的飞速发展，用不了多久就能够将四旋翼无人机全面应用在输电线路巡视工作当中。
参考文献：
[1]潘文斌.无人机在丘陵地区输电线路巡检中的应用[J].山东工业技术，2015.
[2]李翔.多旋翼无人机在输配电线路巡检中的任务管理[J].科技创新导报，2015.
论文作者:田亮
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/29
标签：无人机论文; 线路论文; 旋翼论文; 工作论文; 设备论文; 杆塔论文; 地线论文; 《电力设备》2018年第29期论文;