摘要：随着我国经济高速发展及能源结构转型，以特高压为重点的跨区域输电工程建设全面展开。这是保障国家能源安全、提高能源效率、服务清洁能源发展、促进生态文明建设的重要选择，可有效提升我国长距离、大容量能源转移的能力，对转变经济发展方式、调整能源结构将产生深远影响。本文就特高压输电线路巡检无人机安全技术进行简单的阐述。
关键词：特高压；输电线路；巡检无人机；安全技术；探讨
输电线路巡检是及时发现并消除隐患确保线路安全、可靠运行的必要基础性工作。在长期的输电线路运行维护工作中，总结出多种巡检方法。除传统人工巡检外，还积极将新技术应用于线路巡检，其中无人机巡检是近年来大范围推广应用的一项技术，在提高巡检质量及效率方面取得显著成效。
1 无人机系统电磁干扰防护技术
1.1屏蔽
电磁屏蔽是指通过切断辐射耦合途径抑制电磁场对关键设备的干扰，实质是将关键设备用屏蔽体包围起来，使耦合电磁波通过反射和吸收被衰减。屏蔽干扰源是最直接的防护方式，但实际设计中无法做到完全屏蔽。通过分析常见的电力巡检无人机，主要从3个方面进行电磁屏蔽防护。
①机身面板、设备外壳等处的接缝、孔洞对于接缝最理想的方式是将其焊接起来，但为保证无人机设备的可拆装性，这种做法是不现实的。因此考虑在接缝处使用屏蔽垫，常用的屏蔽垫有：金属丝网垫；导电布垫；硬度较低易于塑性变形的软金属（铜，铝等）。
设备出于散热、接线的需要在外壳上留有孔洞，对于这些部位采取的主要措施为将原有面板或外壳改为穿孔金属板，即在金属板上打出供线路通过或通风散热用的孔阵，以减少外壳上的孔洞面积。
②电子设备及线路加装屏蔽层。电子设备及线路为电磁辐射耦合的主要对象，对其采取的屏蔽措施主要为加装屏蔽层：对于飞行控制系统、测量元件等电子设备，可采用锡箔纸整体包覆的方式；信号回路可采用双屏蔽的双绞线，即不同的模拟信号线应该独立走线，有各自的屏蔽层，且走线应尽量短，以减少线间的耦合；电源回路可采用屏蔽线，屏蔽层的电导至少为每相导线芯电导的1／10，且屏蔽层应可靠接地。
③系统布局。通过改善系统布局可有效降低关键设备受到的电磁干扰，主要遵循以下原则。关键设备尽量远离机身干扰源。飞行控制系统、测量元件是飞行安全的核心，应使其远离电调、电机线路等大电流设备及接缝、孔洞等外界干扰源，也可对机体内空间进行分割隔离，降低设备间的电磁干扰。
合理布线改善电磁干扰。大电流线路应独立于其他线路走线，同时应避免与其他电线长距离平行走线，以减少输出电压快速变化而产生的电磁干扰。电源回路与信号回路交叉时，应使其按90°角交叉，同时必须用合适的扎带固定到安装板上。当有线路经过孔缝时，应尽量使线路沿孔缝方向或平行孔缝布线，避免跨越孔缝，以免孔缝在线路电场作用下发生天线效应，向外辐射干扰对周围设备产生电磁干扰。
2.2滤波
滤波是指将传导耦合中的电磁干扰能量滤除，并维持线路中工作电平的技术。针对从天线部分耦合进来的能量，可以在天线等外部接口处使用带通滤波器，并对接收信号进行滤波匹配；对于从外部线路耦合进来的能量，可采用电源滤波器。常用的电磁干扰滤波器为铁氧体磁环滤波器。
铁氧体磁环可视为一个阻值随频率变化的电阻。根据电磁波频率特点可以选用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体，前者的高频特性优于后者。铁氧体的磁导率越高，其低频时的阻抗越大，高频时的阻抗越小。所以，在抑制高频干扰时，宜选用镍锌铁氧体；反之则用锰锌铁氧体。也可在同一束线路上同时套上锰锌和镍锌铁氧体，这样可以抑制的干扰频段较宽。磁环的内外径差值越大、纵向高度越大，其阻抗也就越大，但磁环内径一定要紧包线路，避免漏磁。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆磁环的安装位置应尽量靠近干扰源或接口处。
3 多余度无人机飞行控制系统
无人机飞行控制系统的稳定性及可靠性是决定无人机飞行安全的关键因素。多余度飞行控制系统即多套系统同时运转、互为备用，大幅降低单一系统故障时导致飞行事故的概率。
双余度飞控系统由两套相互独立的传感器、飞控计算机及一个表决模块组成，两套飞行数据传感器及飞控系统采用双余度热备份模式。传感器A、传感器B同时工作，采集决定飞行控制的同源数据（包含GPS坐标、加速度、姿态角、气压高度及磁航向等），并输出到各飞控计算机的数据接口。飞控数据接口各通道先后接收到来自传感器A、B的输入数据后，在CPU中进行分析对比，经过控制律程序选出合适的数据，作为依据运算得到输出给各控制终端的输出数据。两套飞控的输出数据汇入表决模块，通过控制律程序最终决定由其中一套飞控系统的输出值作为整套系统的最终输出。
4 基于毫米波雷达测距的无人机避障技术
电力巡检无人机作业环境复杂，为避免无人机飞行中碰撞障碍物或线路，确保飞行安全，必须要考虑无人机自动检测障碍物并避让的技术。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。毫米波雷达在电力巡检无人机避障测距应用中的优势主要体现在以下方面。
①雷达采用一路发射天线和两路接收天线，收发天线分离设计使得雷达收发链路具有高隔离度，提高了雷达目标探测的动态范围，有效探测距离可达50m。
②多接收天线的设计使得雷达获得目标回波细微的相位差，让雷达具备精准的测角能力，探测精度达±0.1m，能有效识别导地线。
打死你雷达天线在方位面设计为宽波束，在俯仰面设计为窄波束，并且采用泰勒算法对方位面进行低副瓣综合。这样的设计使雷达在方位面上具有140°的宽视角，同时低副瓣使雷达不易受地面目标的干扰，显著提高雷达的探测性能。
④高精度数字锁相电路负责射频基带的调制与解调。高性能数字信号处理芯片负责完成目标检测与跟踪，刷新频率达50Hz，能在20ms内准确地对目标进行定位，并通过CAN接口输出数据。基于以上优势，高集成度毫米波雷达尤其适于作为电力巡检中小型无人机避障系统的感测装置，其毫米波宽带线性调频技术能实现对导地线等纤细目标的探测，通过数据转发为飞控系统做出避障策略提供依据，避免无人机误撞输电线路或其他障碍物的事故发生。
5 小结
输电线路巡检是及时发现并消除隐患确保线路安全、可靠运行的必要基础性工作。在长期的输电线路运行维护工作中，总结出多种巡检方法。除传统人工巡检外，还积极将新技术应用于线路巡检，其中无人机巡检是近年来大范围推广应用的一项技术，在提高巡检质量及效率方面取得显著成效。
参考文献
[1]彭向阳,陈驰,饶章权,杨必胜,麦晓明,王柯.基于无人机多传感器数据采集的电力线路安全巡检及智能诊断[J].高电压技术,2015,01:159-166.
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[3]吴飞龙,林韩,汤明文,郑小莉.多种中继方式在大型无人机输电线路巡检中的应用[J].中国电力,2015,02:104-110.
论文作者:石永建1,谢佳2,石玮佳2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/17
标签：无人机论文; 线路论文; 屏蔽论文; 技术论文; 铁氧体论文; 毫米波论文; 天线论文; 《电力设备》2017年第19期论文;