陆森
（中国广核新能源投资有限公司 广西南宁 530028）
摘要：特高压交流输电线路铁塔高、相间距大等特点给人工巡视带来一定困难，为此研究了特高压输电线路直升机巡线技术的方法、手段、项目、悬停位置、巡视安全性等技术难题，分析了特高压电磁场强度对直升机的影响。
关键词：无人直升机；特高压；输电线路；应用
前言：
目前，利用载人直升机进行输电线路巡，已成功应用于超高压线路运行维护。直升机巡线技术是在直升机上使用可见光及红外等巡视设备对输电线路进行巡视检查。直升机巡线能判断通道、铁塔、金具、导地线、绝缘子等缺陷；判断接头过热、异常电晕、导地线内部损伤和零劣质绝缘子等缺陷；当前，目测、仪器观察和仪器自动检测相结合时，采用计算机处理数据，还可以生成设备缺陷清单和缺陷处理意见。
1、输电线路影响无人直升机运行的因素
目前，无人直升机在输电线路上的应用主要有线路杆塔常规巡视，搭载红外、紫外及可见光成像设备对输电线路杆塔开展预试定检工作，输电线路故障查找，精确定位线路杆塔GPS坐标等地理信息，对输电线路进行航拍取照等工作。无人直升机在进行上述工作时，其工作环境有两大特点：
1.1贴近输电线路工作
无人直升机在大部分作业中都要贴近输电设各飞行或悬停，在其间带电的输电设备产生的空间密度不一的电场、磁场由于电磁感应原理，会使无人直升机设备中金属部分如导线、信号线等部分电信号电路产生污染，导致无人直升机工作异常，其作为定位及辅助增稳的GPS模块、电子指南针、电子陀螺仪也会因为磁场的影响不能正常工作。按无人直升机的工作原理，在实践中的表现就是在无人直升机在接近输电线路到一定距离时会突然不受控制或控制困难，地面站各项数据波动较大、GPS连接的卫星数量突然减少的情况，特别是对于用增稳模式加GPS坐标点自动巡航的无人直升机还会出现坠机导致输电线路跳闻及设备损坏的后果。
1.2不可预知的微气象环境
跨区域的输电线路走廊距离长，一般都在人烟稀少的山区或广裹的平原丘陵地区，地形环境复杂，随之产生的是一个个不可预知区域的微气象环境。目前输电线路所使用的无人直升机为小型油动或电动直升机，重量轻，飞行中对复杂的气象环境的抵抗力较弱，在微地形及大气候的作用下，微气象区域会无规律性地产生横风、涡流、小型龙卷风及乱流等气象条件，无人直升机会在飞经此区域时突然遭受这些气象，导致无人机失控或控制困难。
除上述两方面外，无人直升机在实际应用中，由于机体元件布置不合理，在飞行中，高频震动或高温对传感器或飞行控制器产生影响，致使PWM信号的输入输出异常，也会导致飞行器短时或长时间失控。另外，由于操作人员误操作或误拨操作钮导致无人直升机失控的情况也时有发生。
2、直升机巡视内容
对线路的巡视内容包括：
①利用红外热像仪对线路上的导线接续管、耐张管、跳线线夹、导地线线夹、金具、绝缘了等进行拍摄，并分析数据，判断其是否正常。
②在航巡中应用望远镜、照相机、机载可见光镜头检查记录基础杆塔、导地线金具、绝缘了等部件的运行状态、线路走廊内的树木生长、地理环境、交义跨越等情况。
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③利用紫外成像仪对线路上的绝缘了、跳线线夹、导地线线夹、金具等进行拍摄，检查电晕放电情况，判断设备运行是否正常。
3、输电线路巡视的无人直升机设计
无人机遥控系统采用无线数传系统，系统具有较高的抗扰度和稳定性。操纵器及地面站完成编码任务，将代表操纵手意愿的指令编码信号送到高频发射电路进行调制、调频和高频功率放大，以10W左右的射频功率辐射到空间，保证飞机上的遥控接收电台可靠接收，以实现对直升机的控制。机上遥控接收电台通过天线接收地面遥控发射机发出的调频信号，经放大，鉴频，解调、译码后，以串行形式送往飞行控制器，实现远距离人工遥控。
图像及遥测系统属于信息传输系统，它能将无人机上获得的图像信息和各种重要信息实时地传回地面并由显示设备显示出来，为指挥员和操纵手提供飞机的飞行姿态、飞行高度、机上主要设备的工作状况，以及飞机所处的位置等控制飞机飞行的数据，遥测地面跟踪系统为GPS引导跟踪，极大地提高了飞机定位的正确性和遥测系统的可靠性。另外计算机还能实时地把飞机飞行的轨迹显示并记录下来，延伸了人的视觉和听觉。
由无人直升机载模块、中继器模块和地面测控车模块组成了图像与遥控遥测无线数据链。数据链系统从传输内容上，可划分为遥控遥测双向数据链和图像传输单向数据链，巡线直升机上图像、数据与地面车控制上的图像、数据都通过中继模块进行转发。遥控遥测双向数据链由于数据传输速率低，采用抗干扰跳频一对多的组网方式，具有一定的抗干扰能力，保证遥控遥测的可靠通信，同时对组网通信的延迟加以控制，保证遥控遥测数据对通信延迟的要求。
中继模块的遥控遥测链路不仅完成巡线直升机遥控、遥测、任务设备控制数据的中继转发，同时还要保证中继直升机的飞控数据、遥测数据与地面测控站的可靠传输，所以需要对各类数据加以帧格式的标注，以便接收机对各类数据的识别和分发。
无人机电力线路综合巡检控制系统同步进行航迹绘制。系统实时接收无人机电台下发的无人机各项飞行状态参数，并在系统同步显示。此外还具有以下功能：半油回航。无人机油位传感器实时参数通过数传电台实时回传，系统实现低油位音响告警。同时无人机飞控系统控制飞机自主返航、自主降落。系统模拟显示测控半径。飞机飞离测控半径时实施音响告警。同时无人机飞控系统控制飞机提前自主返航。无人机若在告警状况下仍然超出测控半径，无人机飞控系统还具备断链失控返航功能。巡检结果批量自动处理功能。任务吊舱拍摄的照片能够通过飞控计算机实时记录飞机当前坐标，并通过电台实时回传照片所匹配的飞机坐标值。飞机返航导出照片后，系统能够批量将照片与杆塔实施自动匹配，供后期分析处理巡检结果。实现无人机巡检控制系统与飞控系统的数据交换。系统为无人机提供飞行线路的数字正射影像地图和等高线数据;同时将无人机传回的视频图像、飞行坐标和历史航迹在综合巡检控制系统上实时显示。离线工作能力。系统能够针对电网设备异动和现场巡检线路的记录情况，采用后台数据融合技术，实现高效的无线数据更新同步机制，减少系统数据更新和户外巡检结果提交等工作上的人工干预。基础地理信息数据和电网异动数据能通过WI-FI无线通讯网络自动进行数据同步更新，测控车巡视结果也可通过无线网络上传保存至福建省电力防灾减灾服务器，以此保证数据及时同步，从而实现综合巡检控制系统的户外离线应用。
总结：
无人直升机在跨区域特高压输电系统的应用解决了跨区域高压输电线路运行维护中的诸多问题，但其风险也是与其电压等级成正比的。在带来利益及便捷的同时也存在较高的安全风险，本文所阐述的安全风险可为开展输电线路无人机工作风险辨识与评估提供一定依据。此项作业现在电力行业无人机应用正值初级阶段，在不久的将来，经过不懈的探索，无人直升机在特高压输电线路中将发展为集成作业审批、风险辨识、风险分析、完备安全措施的完整的一套流程。
参考文献
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论文作者:陆森
论文发表刊物:《电力设备》2016年第8期
论文发表时间:2016/7/18
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