摘要：“无人机”是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控设备（遥控器、手机、平板电脑等）或者其自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。与载人飞机相比，无人机具备体积小、重量轻、便于携带、造价低、隐蔽性好、对作战环境要求低等优点，能够满足特殊任务需要，因而得到了广泛应用。文章针对电力行业氧化锌避雷器（MetalOxideSurgeArrester，MOA）故障检测面临的人力及物力成本过高的问题，提出了基于LTE230技术结合无人机技术的配网MOA故障监测系统方案。
关键词：无人机；MOA；巡检
1前言
无人机上装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，以实现远距离作业。其中遥控与遥测系统由机载和地面两部分组成。机载部分包括遥控与遥测发射系统、驱动系统、飞行控制器vGPS接收机、定位系统等构成；地面上则需要设置包括天线、电台在内的完成监测控制的平台，例如主站、副站、控制器（遥控器、手机或平板电脑）等部分。
2无人机飞行控制器及地面控制站
导航与控制系统是无人机系统「H，的核心部分，负责无人机在完成整个飞行过程中的控制和任务设备管理。控制器利用获取的信息数据，经过解算将控制情况传送到执行单位，以完成整个控制和导航流程。
无人机地面控制站用来完成无人机的指挥控制工作。地面控制站是无人机测控与信息传输系统非常关键的一个部分，它既是无人机操控者对其进行管理的操控平台，又是无人机信息系统接入地面应用网络的链接枢纽。
地面控制站由硬件和软件组件组成，包括平台通信子系统、起飞着陆子系统、实时子系统、载荷子系统、操作平台子系统、通信子系统、电力分配子系统。该控制站通过指挥控制网络与无人机应用系统相连，又通过无线数据链与无人机相连。无人机地面控制站一般设置任务规划、飞行导航、载荷管理和链路管理等操作控制席位，使无人机操控者能及时有效地跟踪无人机的飞行情况，从而进一步实施控制，达到预定的飞行效果。
3背景及现状
雷电是造成配网线路跳闸的最主要因素，雷电活动频繁地区雷击跳闸比高达70％。配网线路是电网防雷的薄弱部分，安装金属氧化物避雷器（MOA）作为电网防雷的重要措施，计量装置、柱上开关及电力电缆等得到了有效保护。我国电力系统对配电网的MOA检测采用预防性实验方式，正由于配网MOA数量众多、分布广，常规性巡检要提前将线路断电，并且耗时、耗力。另外，经试验的MOA也不能排除两次预防性检测之间损坏的可能，故很多运行部门将实验周期改为3～5年，或者干脆不做检测，出现问题后直接替换。近年来，出现了多种MOA状态监测技术，断电检测准确性及安全性高，但是断电造成的影响较大且检验周期长，在线监测精度不高；基于红外图像的监测，安全性及检测效率较高，但是需要巡检员实地检测，劳动强度大，对于大多配电网部门不适用。随着无人机技术的发展，其在线路巡检中的应用得到了广泛研究。无人机具有机动性强、稳定性高等优点。可搭载红外探测设备进行MOA自主巡查或远程遥控非接触式巡查。相关研究表明，无人机巡检成本仅为人工巡检的30％，同时无人机巡检可有效地减少工人的高空及带电作业次数，安全性高。
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4研究内容
4.1智能雷电定位避雷器终端设计
配网智能雷电定位避雷器终端在常规氧化锌避雷器的基础上集成了智能监测模块，包括阀芯温度传感器、雷击次数传感器和射频通信链路等模块。具有线路避雷的全部功能，并直接测量氧化锌芯片的泄漏电流、阀芯温度、动作次数和雷击次数，并利用阀芯泄漏电流作为主要工作能源，同时采用长寿命高温电池作为备用电源，当配网失电时智能雷电定位避雷器终端仍保持正常工作，所有雷击定位MOA都与杆塔绑定。
4.2基于LTE230技术的配网MOA故障监测系统设计
LTE230电力专网系统是为解决智能配网通信业务而研发的无线通信系统，基于LTE230技术的配网MOA系统网络拓扑图。主要由无线智能MOA、无线中继节点、数据传输基站、应用服务器及在线监测软件组成，系统采用无线自组网技术结合LTE230电力无线专网技术。该系统可同时支持配变温度监测、杆塔倾斜监测和防外破监测等其他配网在线监测应用，LTE230作为数据传输基站节点通信手段进行数据汇总，负责各智能雷电定位终端的入网管理、网络维护、路由查找、智能雷电定位终端信息解密并传送到数据传输基站，应用服务器通过230电力无线基站将信息模型发至应用层存储服务器，同时无线中继节点有效范围内，另外可通过手机等移动终端实时获取MOA内部参数。对于山地、丘陵等特殊地段，无线专网搭建难度及成本太过庞大，同时对于移动终端信息巡检系统，仍需要人工沿配电线路实地监测，实施难度仍然很大，效率低下。因此对于配网MOA检测采用“基础地段依托电力专网＋特殊地段依托无人机巡检”系统。巡检无人机与线路的距离维持在安全范围内，同时顺线路飞行并收集MOA参数，并将收集到的信息暂时储存，按规定航线巡检任务完成之后，返回基站由技术人员处理收集到的信息，进而对故障MOA进行精准更换或维修。同时无线智能MOA监测数据可以通过无线中继节点远距离传输给巡检无人机。无人机装有无线通讯和数据处理模块，可通过2．4GHz无线通道接收配网智能雷电定位终端及其他无线传感发出的无线信号及数据，并将收集到的信息暂时储存，按规定航线巡检任务完成之后，返回基站由技术人员处理收集到的信息，进而对出现问题的MOA进行精准更换或维修。各个MOA巡检无人机携带无线通信模块，模块内部融合了远距离低功耗的无线通信芯片，可实现较大范围内的无线信号覆盖。
5结束语
“基础地段依托电力专网＋特殊地段依托无人机巡检”系统提高了配网巡检效率，减轻了巡检强度。同时可以远程实时监测所有杆塔MOA及配网线路的参数信息，信息化程度高。特殊地段采用无人机巡检大大降低了搭建电力专网的成本，减少了数据传输基站的安装数量，同时减轻了巡检人员的工作强度。另外，对于特殊地段加装大量的数据传输基站的同时也使得传输基站的故障概率大大增加，某种程度上系统稳定性有所降低。无人机在配网巡线上的应用彻底改变了过去的巡检方式，降低了工作强度，小型多旋翼无人机续航时间约25～30min，飞行速度约12km／h。小型多旋翼无人机巡查精度高，近来在飞行稳定性等方面得到了广泛的研究及应用。对于无线智能MOA信号的采集，由于不需要进行精细巡查，可使用工作半径较大的固定翼无人机，固定翼无人机最大时速可达108～180km／h，巡航时间长，控制半径100km，同时自动化程度及安全性高，效率较高，成本及维护费用低。固定翼无人机无线通讯模块具有稳定的数据传输能力和较强的电磁抗干扰能力，在移动的环境中，可以实现无人机和智能雷电定位终端之间稳定可靠的无线通讯。
参考文献：
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［2］周新军，杨娟，黄洪波，等．带电检测在金属氧化物避雷器状态检修中的应用［J］．湖南电力，2016（1）：66－68
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论文作者:何强,宋治,王治军,宋强,段李飞,蒋钰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/12
标签：无人机论文; 基站论文; 终端论文; 避雷器论文; 系统论文; 雷电论文; 子系统论文; 《电力设备》2018年第23期论文;