摘要：随着电力系统规模的日益扩大，对输电线路的要求越来越高，电网的安全稳定运行显得尤为重要。目前，我国电力输电线巡检主要以人工巡检为主，存在效率低、局限性大、工作人员生命安全无保障等问题。无人机具有体积小、携带方便、易操作等优点，目前无人机航拍在电力输电线巡检中有初步应用。本文结合特高压输电线路巡检工作研究了无人机安全技术的有关内容，仅供参考。
关键词：特高压；输电线路；巡检；无人机；安全技术
1引言
相较高压、超高压输电线路，特高压输电线路的结构及运行参数更高，同时也对无人机巡检作业提出了更高的安全要求。电力巡检多旋翼无人机的作业区域主要为环境复杂的低空领域，存在交叉跨越线路、道路桥梁、建筑物及树木等有形障碍，同时会受到线路产生的强电磁场、通信基站无线电信号等无形干扰。若不能处理好无人机与输电线路及周边环境的关系，轻则无人机故障坠毁，重则造成人身及电网安全事故。因此，研究特高压输电线路多旋翼无人机巡检安全技术具有重要意义。
2传统人工巡检工作的弊端分析
现在电网系统主要还是人工巡检，目前的这种巡检模式主要存在以下问题：第一，工作人员安全无保障。我国部分地区电网的输电线路是在无人区里，工作人员一旦进入即与外界失去联系，即使是现在发达的通讯设备也无法使用，如果发生意外，那么工作人员将直接面对生命危险。第二，巡检的效率特别低。输电线路的环境恶劣，输电线经过的区域不免有高山甚至森林，工作人员在巡检过程中，翻山越岭可以说是常事，巡检工作的强度很大，加之电网系统人员的问题，工作人员的压力特别大，输电线路的巡检效率也是大打折扣。第三，巡检质量低，故障解决不及时。采用人工巡检输电线的工作周期非常久，时间久了经常会出现第一次的周期还未结束，己经巡检过的输电线又出现了新的故障，不仅工作人员遭罪，输电线的故障也得不到及时处理，加之人工巡检视线的问题，还会出现漏检的问题，这样使得巡检工作意义不大。
3无人机巡检系统的组成分析
3.1无人机平台
用于电力巡线的无人机平台，任务载荷重量可达30-60kg，需要在恶劣气象条件和复杂野外环境下进行工作，对平台的机动性和可靠性有很高要求。无人机平台以大型无人直升机为例，起飞重量为数百千克，抗风能力达到6级以上，能够满足山地丘陵地区飞行的气象条件，续航时间为数小时。任务载荷数十千克，可满足电力巡线任务的需要。
3.2机载吊舱系统
机载吊舱系统主要由陀螺稳定平台、减振装置、任务载荷、机载任务控制系统、地面任务控制系统、操纵手柄等6个部分组成。稳定转塔通过减振装置与无人机平台连接。稳定转塔和机载任务控制系统通过电缆连接。地面任务控制系统位于测控车内。地面任务控制系统和操纵手柄的控制指令通过无线通信链路发送给机载任务控制系统，从而控制执行吊舱动作。多传感器数据获取系统通过集成多种可用于电力线路故障诊断传感器器件，以有效获取线路周边、线路本体多种类型数据。
3.3地面测控及储运系统
地面测控站系统主要任务有无人机飞行过程中飞行姿态的控制、传感器数据的接收获取、飞行状态的监测、地面自动/半自动检测设备、数据链路通信、运输和作业等功能。该系统包括机上设备的地面控制系统、通信链路地面终端、多传感器地面控制系统、实时数据分析，数据编解码设备，以及运输和作业车辆等设备。
3.4无线通信链路系统
该系统是整个系统通信交互的关键部分，包括通信中继设备以及信号接收/发射设备等。其主要任务是保障地面测控站与飞行平台之间的数据通信，特别是保障在复杂地形区域及恶劣条件下地面控制站和无人机之间的通信。
3.5地面数据处理系统
该系统是数据后期处理与应用系统，包括多种传感器数据的预处理和几何处理系统，针对光学、红外、激光、紫外等多种传感器的输电线路巡检数据处理系统以及三维可视化系统等。
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4特高压输电线路巡检无人机安全技术应用
4.1无人机系统电磁干扰防护技术
无人机电磁干扰主要由3个要素造成，即干扰源、干扰途径及被干扰设备。通过对电力巡检无人机的工作环境分析可知，特高压输电线路的导线周围分布着强电磁场，其发射出的强电磁波为主要干扰源。无人机系统中易受干扰的电子设备主要有飞行控制系统、各类测量模块及信号接收机等，受电磁干扰后将对飞行安全造成极大隐患，因此主要考虑对这些设备的电磁防护。电力巡检无人机系统受到干扰的途径有辐射耦合和传导耦合两种：辐射耦合是指电磁波通过无人机机体及设备外壳上的通风散热窗、线路接口及连接处缝隙等进入机舱内部，或机载电子设备相互间的电磁耦合，对电子设备及线路造成干扰；传导耦合是指电磁波在机载天线或外部线路等其他设备中产生感应电流并沿电源及信号回路传导，导致关键设备发生逻辑错误甚至造成硬件损伤。根据上述干扰途径，在电力巡检无人机上主要采取屏蔽和滤波方式进行防护。
4.2基于毫米波雷达测距的无人机避障技术
目前，电力巡检无人机避障技术主要有两个发展方向，分别是基于雷达测距及基于视觉定位的无人机避障技术。无论是基于雷达测距，是基于视觉定位的避障技术，都是通过机载雷达或视觉定位装置对无人机周围进行扫描探测，得到无人机与障碍物的相对位置及速度等数据，并发送到飞控系统，经避障程序处理得到避障解决方案，并控制无人机做出响应。目前，视觉定位技术应用刚起步，尚不成熟，且对于输电线路的导地线等纤细物体，不能有效识别；激光雷达避障技术在各领域的大型无人机上已取得较为成熟的应用效果，但由于激光雷达重量、体积大，难以应用于电力巡检的中小型无人机上。针对这一问题，采用基于毫米波雷达测距的无人机避障技术。
5无人机安全巡检典型案例分析
无人机任务吊舱主要为单光源吊舱，分为可见光吊舱及红外吊舱，其红外任务设备分辨率相对较高，具备热图数据，可发现导线接续管、耐张管、跳线线夹及绝缘子等相关发热异常情况。
5.1耐张杆塔接点单次大范围红外测温
某地1000Kv特高压变电站出线较多，有500KvA地一二三回、500KvB地一二三回、1000KvC地一线等超、特高压线路，受附近地形影响，周边耐张塔较多。2015年5月，利用无人机搭载红外设备吊舱，对耐张杆塔接点开展了集中红外测温。由于无人机测控距离超过了5Km，因此通过一次起降，顺利完成了3基1000Kv线路耐张杆塔、5基500Kv单回路线路耐张杆塔、5基500Kv双回路线路耐张杆塔的红外测温工作，效果极为显著。
5.2连续段内红外测温排查绝缘子隐患
目前，合成绝缘子断串隐患、瓷质绝缘子零值或低值隐患已对设备安全构成较大影响，以往常通过合成绝缘子憎水性测试及拆除后送检、瓷质绝缘子登杆逐片摇测、地面人工红外测温等手段进行检查，存在检测手段复杂、红外测温效率低下、零值检测不全或不准等情况。为此，在合成绝缘子缺陷判断和瓷质绝缘子低值／零值检测中引入了无人机红外测温手段，可对5Km段内杆塔逐基进行检测，提高了工作效率和质量。
6结束语
电力巡检无人机作业环境中的强电磁场对机载电子设备造成电磁干扰。通过在设备外壳的接缝、孔洞处加装电磁屏蔽垫，电子设备及线路加装屏蔽层，合理改善系统布局及在线路上加装滤波器等方式，有效抑制电磁干扰对关键设备的影响，提高巡检作业安全性。采用全新的高集成度毫米波雷达为解决电力巡检无人机测距避障技术难题的提供了一种高效的新方案，使无人机误撞障碍物的安全隐患得到消除，对后续的研究极具参考价值。
参考文献
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论文作者:任磊,胡阳,张芳余
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/4
标签：无人机论文; 线路论文; 系统论文; 测温论文; 地面论文; 绝缘子论文; 设备论文; 《电力设备》2018年第1期论文;