摘要：目前输配电线路巡视正逐步由传统人工巡视方式转向“航空巡视为主，人工目测巡视为辅”的方式。航空巡视具有快速性以及数据可以共享等优点，而其中多旋翼无人机是巡视体系中重要的补充，近年来得到了大量的应用。随着技术的进步，近几年来多旋翼无人机的完成任务能力有了很大的提高。该文试探讨110kV及以下电压等级（尤以35kV及以下中、低压配电网为主）的输配电线路中多旋翼无人机的应用。
关键词：多旋翼无人机；输配电线路；巡线；任务管理
1多旋翼无人机输配电线路巡视存在风险分析
无人机电力巡线是电网企业进行的一种技术项目，将产生一定的安全风险。这种风险主要存在两方面，一方面是电力线路对无人机存在影响而产生的安全风险，另一方面是无人机对电力线路安全运行存在的风险。
（1）电力线路对无人机的安全风险。对于无人机而言，系统故障因素、飞行环境因素、机载设备性能因素是无人机执行任务时整体风险的关键因素。其中，飞行环境因素包括无线电环境、气象环境和地理环境，而无线电环境是在任务管理中最难进行管控的因素。
输配电线路是三相交流电，变化的电场产生变化的磁场，并不断向四周激发，离高压线的距离越近，场强也就越大。架空输配电线路产生的电磁干扰包括导线电晕、绝缘子表面局部放电和金具的电晕。在电晕及其它放电的同时，产生的效应之一是无线电干扰。无线电干扰的实质，是在电晕过程中出现一些有害的、频率相当宽的电磁波干扰无线电通信，对无线电设施设备产生干扰，这在一定程度上会影响无人机的飞控系统和数据链路，存在导致无人机任务失败的风险。
（2）无人机对电力线路运行的安全风险。无人机进入输配电线路周围时，受高压强电场作用，无人机上的金属部件会出现感应电荷，特别是无人机表面及尖端处会感应出较高的电场强度分布。当局部场强超过空气击穿场强时，将会发生尖端放电现象，威胁到无人机及输配电线路的安全运行。因此，无人机进行电力巡检时，一方面要保持足够的安全距离，另一方面，无人机在设计时应避免金属尖端结构的出现或增加绝缘保护。
2多旋翼无人机系统的基本运行任务
对线路环境的巡检可基本归纳为两大类。
（1）线路环境类：线路与设施周边植被变化，地形地物变化等。
（2）线路设施类：导线，杆塔，基础，绝缘子，拉线，金具等。
多旋翼无人机系统典型的运行方式是以线路中的某一杆塔处附近为起飞点，在不超过起飞点500m距离内，距离起飞点高度120m以下区域内使用。
3系统运行期间的典型组织方式
由于线路巡检特殊的任务性质和环境，巡检作业必须精心组织。其保障任务的典型组织方式由以下几个阶段组成：任务规划、飞行准备、起飞、任务执行、回收、回撤/转移、数据整理。
（1）任务规划对任务的成功具有关键性的作用，可分为两阶段执行。第一阶段应依据和巡线相关数据，确立任务目标、是否允许飞行（不靠近机场等禁飞区区域），现场勘查飞行路线、气象情况、特殊情况处置等。第二阶段则在飞行模拟器上对任务规划阶段所设定的动作进行模拟预演与操作，如发现问题则记录后调整，返回到第一阶段重新制定并审核。如无飞行模拟器，应采用地图推演法进行基本路线推演。
（2）飞行准备也分为两步执行。第一阶段是内场准备，检查飞行器在存储时的状态，对电池、动力系统等各部件进行检测，确定上述各部件正常后将系统由储存状态调整为运输状态。第二阶段是外场准备，当飞行器转运到达场地后，将飞行器由运输状态转为飞行状态，平整起飞场地，检查飞行器各部件完好度、机载导航部件校准、返航点设置等情况，以及数据链路工作是否正常，有效载荷及各部件控制是否完好，地面控制设备的完整性，任务规划航线数据的输入等，飞行准备阶段如果发现问题应立即启动备用方案。
（3）起飞指观察手和操作手在观察起飞区域情况确认可以起飞后，操作手执行起飞命令。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆飞机按指令动作后，观察飞行器各方面状态，然后将飞行器依据事先已经规划好的航线飞往目标区域；或转入自动程序，飞行器自行飞往目标区域。无论采用何种方法引导飞行器飞往目标区，观察手和操作手都要始终留意各状态量，并相互进行安全提醒。
（4）任务执行指进入目标区域后，操作手应通过数据链路传回数据进行识别，并依据任务规划确定的路线及传感器动作方式进行。靠近目标物期间应稳步操作。在目标区域内如发现不利于飞行安全的物体应按照规定预案规避，同时观察手应注意鸟群等低空活动物体，飞行器与电力线路的相对位置等情况。
（5）回收指完成任务后应迅速返航，返航时应注意规定航线的执行情况，并同时留意航线周围有关物体的变化。在进入降落阶段时，应稳步操作飞行器，并注意下降率情况，同时留意风的变化，当进入最终着陆接地前应稳步收油门杆。
（6）转移/回撤指检查飞行器各部件，确认基本完好后，将其转入运输状态并装入防护箱内，完毕后将其转移至运输载具上前进至下一地域或完成任务后回撤。
（7）数据整理指可以利用数据链路实时下载采集到的数据，或者待飞机降落回收后将机载记录数据拷贝至计算机。
4多旋翼无人机系统输配电线路巡检运行时应注意的事项探讨
由于110kV及以下的线路，线路之间并行、穿越、跨越等情况较多，对于多旋翼无人机运行任务规划时应在现有电力工作安全规定的基础上进行，在实践中对于飞行器飞行有以下注意的地方。
（1）对线路设施进行巡检飞行前应了解线路设施的运行情况，尤其是杆塔类型、导线情况、前次巡视记录等。应建立电子化任务规划单及安全检查单，方便调取查阅及保存。
（2）不同类型的无人机和不同的巡线设备，其工作的安全距离的设置是不同的，这个安全距离应是动力螺旋桨边缘与线路设施各处的安全距离，而不是传感器与被拍摄物的距离。
（3）在任务规划阶段就应仔细权衡飞行路线上电磁干扰所带来的影响，同时飞行器的运行位置应考虑传感器特性及巡检要求。如遇到自高压线路下方穿越及跨越的路线，应优先选择返回起飞点并回收，转移地点至线路对侧后重新飞行。
（4）对不同的塔形及导线布置方式，应制定优化路线，完善巡视路线方案，这有利于高效的完成巡视任务。
（5）任务规划及执行阶段应考虑传感器的性能，还要防止飞行器运动时带来的模糊导致任务失败。而采用延时摄影法时应保证有较好的重叠率。使用红外传感器时应考虑目标温度在大气环境中的水汽吸收以及所处位置背景温度带来的影响。
（6）对于飞行器与线路设施安全距离的把握，人的作用目前仍然是无法替代的。目前常有飞行器上加装多种传感器，或辅助距离判定装置等方式，但无论采用何种方式，都应考虑隔离操作、传感器盲区等问题，人在飞行平台起飞后的操作更多的是辅助决策。应制定完善的应急预案，并重视“操作-辅助”模式的训练。
（7）飞行器失去控制，尤其是飞行器失去无线电信号后动作处置，考虑到110kV及以下线路的特点及所处环境，在选择动作方案时不应考虑自动返航，应选择悬停方式。
（8）有效载荷重量大小等决定了飞行器的续航能力，而有效载荷的类型决定了所能完成的任务。多旋翼无人机系统的悬停高度与任务载荷最大重量成反比，因此需要在任务规划阶段考虑所搭载的有效载荷对任务的影响。
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论文作者:莫志豪
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/13
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