（广东电网有限责任公司机巡作业中心 广东广州 510180）
摘要：随着电力需求的增长，高压输电线路逐年增多，由人工进行输电线路巡检的传统方式逐渐落后。采取新型的固定翼无人机进行线路巡检的新方法，不仅能解决人工巡检方法的种种困难，提高巡检效率和质量，更能提高线路的安全管控水平，成为将来电力巡检工作的发展趋势。
关键词：固定翼无人机；巡检；输电线路技术；应用
无人直升机具有起降灵活，可自由悬停等诸多优点，但现阶段国内大载荷无人直升机技术还不成熟，国外成熟产品又处于对华禁售的状态，无人直升机要进行长航时、长航程的输电线路巡查还存在技术难度，而固定翼无人机可长时间滞空的特点能弥补这方面的不足，不但可以对线路、杆塔局部进行精细巡检，又可以对线路走廊全局进行快速普查，从而满足现阶段电网对无人机巡线的要求。
1固定翼无人机巡检系统功能定位及优缺点
（1）固定翼无人机具有速度快、滞空时间长、飞行半径大等优势，可主要应用以下几个方面：①输电线路、杆塔机械故障、热缺陷和局部放电等故障检测；②基建线路选址，可替代人工实地查看，提高线路选址效率；③输电线路走廊的整体普查，及时发现线路走廊内违章建筑和高大树木；④灾后应急评估，可为救灾抢险提供第一手的现场资料，为决策部署提供事实依据。
明确固定翼无人机巡检系统的功能定位可与有人直升机和无人直升机形成功能互补，满足不同现场的功能应用，是输电领域智能化建设的集中体现。
（2）固定翼无人机由于结构上的优势，以及飞行原理上的优势，引擎不需要克服机身重力。理论上电机的推力只要在机身重力的1/10量级上就可以飞起来，多旋翼需要大于机身重力的大推力电机才能飞起来。因此在相同规格参数下，固定翼无人机和多旋翼无人机相比较，固定翼可以装载更大的电池或更多的设备，同样容量的电池也可以飞行更长时间，所以续航时间完全超越了多旋翼。再考虑到速度上的优势，固定翼的航程一般能达到80km/h以上，是多旋翼的三五倍。在搭载同样设备的情况下，可对线路进行更大范围的排查。
（3）就长线路大范围排查而言，更需要长航时、长距离地飞行，故而选择固定翼无人机，但固定翼无人机并不是没有缺点。固定翼最大的两个缺点：①通固定翼无人机常常需要很长的跑道来起飞，发动机向后推动气流，要得到向上的升力必须有足够大的前进速度，这样气流从前向后流与飞机的相对速度才能足够大，根据流体力学理论，才能分解出足够大的向上的升力，使飞机起飞。因此，普通固定翼飞机需要足够长的跑道帮助飞机助跑，使飞机加速到足够的速度，才能产生足够的向上的升力；②固定翼无人机由于飞行速度快，舵面灵活，受风影响大，容易发生侧翻事故，因此对无人机操作员的要求较高。
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2针对固定翼缺点的两个解决方案
基于上述的两个问题，为确保固定翼无人机安全稳定运行，提出了两个解决方法：
2.1固定翼无人机起飞与回收
2.1.1固定翼无人机弹射架
固定翼无人机弹射架由四个部分组成：①弹射架导轨：轨导轨由两根1.2m的方形镂空铝材组成，互相钩嵌受力上紧后，导轨上方是一条空心的轨道，下方是两根宽3cm长80cm的方形铝材，用于支撑导轨形成一定角度；②弹射架动力：动力来源于一根展开长度为2.2m的皮筋，能够在负载5kg以内迅速回弹，提供持续动力；③无人机支架：由两根垂直固定的铝材，上方固定两个海绵轮子，用于支撑无人机的机翼部分，一根有锁定/回弹机构的铝材，上方制作凹槽，用于钩住无人机下方的倒钩。三根铝材形成三点支撑，固定无人机平稳；④弹射架击发机构：击发机构由锁定和扳机两个部件组成，将无人机支架推向弹射架尾端，卡入锁死机构后，通过一根2m长多股钢丝牵引，扳机可控制锁定机构开锁，无人机即可弹射出去。
2.1.2无人机伞降
降落伞重量150g（带伞绳），投影直径1.6m，伞绳长度2.5m，载重开伞降落速度为1.5～4m/s（视风力大小而定）。利用伞降回收无人机，可精准控制无人机降落点，使无人机降落得到缓冲，避免降落时的冲击力对无人机的机载设备造成损坏。亦可在发生突发情况时，及时打开降落伞，让无人机缓慢下降，减小坠机的风险。
2.2固定翼无人机飞控系统
无人机飞控系统是集成GPS接收机、三轴MEMS陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁传感器、高精度气压计，以提供高精度姿态模式。可限制固定翼无人机最大倾斜角度，防止固定翼在操作不当的情况下侧翻。同时能够实现自动盘旋和自动降落，可以最大程度减轻操作压力。
3固定翼无人机巡检系统应用成果分析
与传统人力巡线相比，固定翼无人机有独特的优越性。
3.1减少人身安全事故的发生
传统电力巡线是由人工完成，通常要出动大批人手，翻山越岭去巡视线路或者查找故障。在巡线过程中，也容易发生人身安全事故。利用无人机巡视，也减少了人工登杆的次数，避免登杆过程中发生意外。
3.2节省巡线时间成本
如若发生跳闸重合闸不成功事件，假设一条线路为100基杆塔，排查范围根据故障录波位置，通常要在录波前后排查20基杆塔，总共就40基杆塔，平均档距为300m的线路，需要巡视的线路长度为12km，而正常巡视的行走路径，几乎是线路长度的4倍以上，即需行走48km。根据目前输电运维班组的人员配置，除去司机，每个班巡视人员为6人，2人一组可分为3组，而人工在山区的巡视速度，仅有4km/h。而无人机巡视速度可以达到80km/h，飞行前准备0.5h，相片分析处理0.5h。
（1）人工巡视所需时间=行走路径÷分组数÷巡视速度=48km÷3组÷4km/h=4h。
（2）无人机巡视所需时间=巡视线路长度×往返÷巡视速度+飞行前准备+相片分析处理=12km×2次÷80km/h+0.5h+0.5h=1.3h。
（3）节约的时间成本=人工巡视所需时间－无人机巡视所需时间=4h－1.3h=2.7h。
结语
随着科技进步与发展，无人机应用的门槛越来越低，无人机已经融入了现实生活中的方方面面。利用无人机在电力系统中进行高压线路巡检，不仅减少了传统人工巡检的作业风险，也有效提高了工作效率，并且降低了运行维护成本。因此，无人机运用于电力巡线，是一项具有经济性、可靠性、持续性的工作方法，无人机巡线的优越性将越来越突出，无人机巡检必将成为一种安全、高效、普遍的输电线路巡检方法。
参考文献
[1]付里玮，李字明，姜洪.无人机巡线的发展和应用研究[J].科技论坛，2015.
[2]张睿纯.无人机遥测地面站系统设计要点分析[J].电子世界，2013.
廖建东（1984.12），男，广东广州，华南理工大学本科，单位：广东电网有限责任公司机巡作业中心（广东，广州），班员，单位邮编：510180
论文作者:廖建东
论文发表刊物:《电力设备》2016年第19期
论文发表时间:2016/12/8
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