关键词：无人机；输电线路；巡检
引言
输电线路是电力系统的重要组成部分之一，它的主要作用是对电能进行输送和分配，通过输电线路可以将发电厂、变电站与电力用户有机地联系到一起，因此，保证输电线路的运行可靠性尤为必要。这就要求相关人员做好输电线路的巡视检查工作，发现问题及时处理。传统的人工巡检方式，作业效率偏低，并且容易受到地形和天气的影响，人员的安全性无法得到保障。为了解决这一问题，可对无人机技术进行运用。借此，下面就无人机巡检输电线路技术及运用展开分析探讨。
1无人机技术及其在输电线路巡检中的运用优势
1.1无人机技术
无人机是一种无人驾驶的飞机，在电力巡检中应用的无人机多为旋翼式，这是微机电系统集成的产物，它可垂直起落降，能够在指定的位置处进行悬停，适用于各种恶劣的环境，操作简单、控制灵活。
1.2应用优势
在很长一段时期内，国内输电线路的巡检采用的都是人工的方式，巡检人员需要到现场，对输电线路及相关设备进行观察，并辅以一些仪器设备，如红外成像仪等进行检测，判断线路的运行状况。人工巡检的工作效率相对较低，并且容易受到地形等因素的影响，制约了巡检效率和质量的提升。无人机的出现，为这一问题的解决提供了途径。在输电线路巡检中，无人机的应用优势体现在如下几个方面：
1.2.1不会受到气候和地形的限制。以往对输电线路进行巡视检查的过程中，巡检人员需要亲临作业现场，如果遇到雨、雪等比较恶劣的天气时，巡检作业可能会被迫中断。而运用无人机对输电线路进行巡检，基本不会受到天气的影响，无论是机动性还是安全性，无人机都要比人工巡检方式高很多。同时，在恶劣的天气下，无人机能够正常完成巡检工作，巡检效率和质量都不会受到天气情况的影响。不仅如此，通过无人机对输电线路进行巡检，不会受到地形的限制，只要对无人机进行操控，便可近距离、多角度地观察线路中的设备，如导线、绝缘子串、金具等等，整个过程不存在任何风险隐患，作业安全性显著提升。
1.2.2操作更加简单。以人工的方式对输电线路进行巡视检查时，作业人员需要根据不同的情况，携带相应的仪器设备，由于部分仪器设备的体量较大，给携带造成不便，无形中增大了工作量。而旋翼无人机属于微机电系统，它的体积比较小、重量轻，易于携带，操作简单，通过无人机的运用，能够使输电线路巡检水平获得进一步提升。
1.2.3有助于减少资源耗费。以人工的方式对输电线路进行巡视检查的过程中，为确保所有巡检项目顺利完成，需要投入大量的人、财、物力，如果地形复杂，则会进一步增大作业难度，并且巡检结果的精确度无法得到保障。而运用无人机进行巡检，只需要一台性能完备的无人机和地面操控系统，减少了人、财、物力的投入，节省了大量的资源，巡检效率随之提高。
2无人机技术在输电线路巡检中的具体运用
2.1搭建无人机巡检系统
运用无人机对输电线路进行巡视检查时，需要搭建一套功能强大的巡检系统，该系统主要由以下几个部分组成：无人机飞行器、GPS导航、摄像机、红外与紫外成像仪以相关的功能模块，如电源、通信、控制等。整个无人机巡检系统的架构如图1所示。
图1 输电线路无人机巡检系统架构示意图
2.1.1无人机飞行器。这是无人机巡检系统的核心部分，可以按照输电线路巡视检查任务，对无人机飞行器进行合理选择，如大型、中型或是小型旋翼无人机。在没有特殊要求的情况下，可以选用中型旋翼无人机，该类型的旋翼无人机采用锂电池为飞行提供所需的电能，其体积和负载能力均为中等，能够搭载各种微型传感装置。旋翼无人机的飞行模式有低速飞行、定点悬停等，可对输电线路、附属设备以及线路走廊进行全方位巡视检查。
2.1.2供电模块。由于旋翼无人机采用的是锂电池进行供电，受到电池本身容量的限制，无法为无人机提供长时间的续航能力。为了解决这一问题，在无人机巡检系统设计中，可以引入无线方式为无人机进行供电。现阶段，对无线电能传输方式的研究主要集中在以下几个方面：超声波式、微波式、感应耦合式等等。从传输功率上看，微波较小，仅为几百毫瓦，磁共振耦合能够达到几十千瓦，超声波最大，可达到几千瓦；从传输距离上看，微波能远距离传输，但磁共振耦合与超声波的传输距离只能达到几米。上述几种无线电能传输方式，各具优缺点，经过综合比较，并考虑无人机对电能的需求，在巡检系统设计中，采用磁共振耦合的方式，为无人机提供电能。具体的框架架构如图2所示。
图2 电能无线传输框架结构示意图
当采用无人机对输电线路进行巡检时，如果无人机本身的电量低于25%，那么电量检测器便会寻找距离最近的无线充电端，利用GPRS导航系统，使无人机平稳降落至充电平台上，进而完成自动充电。当电量充到预先设定好的数值后，控制系统会发出指令，使无人机重新返回巡检线路上空继续进行作业。
2.1.3通信模块。利用无人机对输电线路进行巡检时，无人机需要接收地面控制中心发出的信号，从而完成导航、巡线以及障碍物避让，同时，无人机还需要将巡检中拍摄到的影像等数据，传给地面控制中心。为确保信号及数据传输的稳定性，在无人机巡检系统搭建的过程中，可以采用无线通信技术完成传输。
2.2无人机在巡检中的应用
2.2.1在日常巡检中的应用。在输电线路的日常巡检中，按照巡检模式的不同，可细分为精细化巡检和通道巡视检查两类。前者主要是针对线路中的杆塔及附属设施，后者则是对线路走廊进行快速巡视。在上述两类巡检中可对无人机巡检系统进行运用，操控无人机对巡检目标进行近距离拍摄，获取影像资料，并将资料回传给地面控制中心。巡视线路通道时，可按照线路走向，对无人机的航线进行设定，完成自动拍摄，并将采集到的成果导出，经数据处理后，生成影像图，为通道隐患分析提供依据。在一次巡检中，通过对无人机近距离拍摄回传的影像进行分析后发现输电线路中存在两处故障隐患，如图3所示。
a.绝缘子爆破缺失 b.地线断股
图3 无人机巡检中拍摄到的线路缺陷故障
2.2.2在专项巡检中的应用。由于输电线路本身的重要性，除了要做好日常巡视检查之外，还要定期开展专项巡检工作。在此项工作中，可对无人机巡检系统进行运用，借助无人机完成专项排查，如架空地线专项检查等等。由此可大幅度提升专项检查效率和质量。
2.2.3在应急抢修中的应用。输电线路在运行时，不可避免地会出现一些故障，在导致故障的各种原因中，自然灾害所占的比例较高，如大雪导致的线路覆冰、大风造成的风偏闪络等等。在这种恶劣的环境中，以人工的方式查找故障，难度较大，并且还存在安全隐患。而通过无人机的应用，能够在较短的时间完成线路状况的观察，并将图像回传给地面控制中心，这样便可以了解到现场的情况，从而为应急抢修提供依据。
2.3应用中的注意事项
在输电线路中，对无人机巡检系统进行应用时，需要对如下事项加以注意：选择适宜的起落降场地，避开复杂区域，并使无人机与相关人员保持一定的安全距离；控制好无人机的飞行高度，避免受到杆塔、高大树木的影响；在对无人机进行操作前，巡检人员应当详细阅读操作手册，掌握无人机的操作要领，同时，要对无人机进行校准，保证各项参数的设定正确，如飞行高度、返航点、电量报警值等，从而使无人机能够高效、安全地完成输电线路巡检任务。
3结论
综上所述，输电线路巡检是一项较为重要的工作，直接关系到输电线路的运行可靠性。传统的巡检方式存在诸多的不足之处，不利于巡检效率和质量的提升，为有效解决这一问题，可对先进的无人机技术进行合理运用，通过搭建无人机巡检系统，可以高效完成输电线路的日常巡检和专项巡检等工作。在具体应用时，需要对相关事项加以注意，从而使无人机在输电线路巡检中的作用得以充分发挥。
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论文作者:陈晓波
论文发表刊物:《中国电业》2019年17期
论文发表时间:2019/12/11
标签：无人机论文; 线路论文; 系统论文; 作业论文; 方式论文; 电能论文; 技术论文; 《中国电业》2019年17期论文;