摘要：随着电网的日益扩大，巡线的工作量也日益扩大，无人机可以被应用在输电线路巡检中，以提高巡线效率，而无人机巡检电压等级较高的输电线路时，可能会因各种天气条件，地理环境因素受限等情况，无法实现无人机机巡视，因而对人工巡检和无人机巡检技术配合进行了研究。
关键词：架空输电线路；无人机；巡检系统
0引言
我国电网系统比较庞大，覆盖地区极为广泛。一些人际荒凉、地形复杂、天气条件恶劣的地区因为自然灾害的频发，输电线路极其容易遭到破坏，同时给该区域生活的居民带来诸多不便。由于自然环境的原因，对输电线路进行人工巡查并及时做好维护工作十分困难。同时，架空电力线路所覆盖的范围较广，并且地形较为复杂，环境较为恶劣，对再加上一些电力线路长年在外暴露，受材料老化、机械张力等一些外界因素的影响，容易导致一些杆塔倾斜、导地线断股以及线路走廊安全距离不足等安全隐患及缺陷，如果处理不及时的话，则会导致安全事故的发生，影响到电力线路的稳定与安全。因此，为了保证电网系统的稳定、输电线路的安全以及居民生活的稳定，采用无人机的方式对输电线路进行排查并及时对电路进行维护非常重要。为了排除线路潜在的隐患，国家每年都会花费巨资进行巡检来掌握线路具体的运行情况。
1无人机巡检特点以及优缺点
1.1无人机巡检特点
无人机虽说应用起来非常灵活、方便，但是由于动力电源技术的限制，民用无人机飞行时间和飞行距离比较短成了一个极大的问题。根据以往经验来看，民用无人机在天气状况较好并且无载重的情况下可以飞行20分钟左右，风力较大、载重过大的时候飞行时间只能保持在10-15分钟左右，这种情况也给工作人员在排查输电线路故障段时带来很多不便。因此，我们要不断加大无人机的研发力度和资金投入，促进无人机技术得到不断发展，使无人机设置配备达到最优。在发展无人机技术的同时，我们也要根据输电线路故障段的实际情况，设计最佳飞行路线，减少无人机的飞行时间和飞行距离，以便无人机以最快的速度和最佳的方式找出线路故障源，工作人员及时做好维修，保障输电线路的无障碍运行。
输电线路的安全对整个电网系统起着相当重要的作用，为了保证输电线路的安全，有些地区会采用直升机载人进行电路巡检，这种巡检方式将人工巡检和空中巡检有效地结合起来，利用工作人员对线路周围环境的了解以及自身的工作经验，可以极快地找到输电线路的故障点，随即可对故障线路进行维修，真正做到了寻源快，维修快。但是该巡查模式运行成本较高，同时受天气环境的影响也比较大，所以不宜长期使用。无人机在进行线路巡查时，首先拍摄故障线路段的图片，然后将图片反馈到地面监控站，之后由工作人员进行图片和数据分析，以此为基础找出线路故障源。
1.2无人机和人工巡视的主要优缺点
在输电线路巡视中，无人机巡视能降低人工巡视中出现的人身风险，增加线路巡视的效率和质量，弥补人工巡视中因视力受限未能发现的缺陷隐患，增强了电网安全运行的稳定性。但由于天气原因和地理环境的因素限制，无人机在雨，雪，雾天气时，会限制无人机的性能，无法实现巡视。同时在机场附近，发电厂（站）附近和地磁场干扰地区等特殊地段，无人机是自动“禁飞”而无法起飞。同时，人工巡视注重高压铁塔瓶口以下至基础区段，无人机巡视注重在瓶口处往地线挂点以上区段和线路的通道走廊，所以人工巡视和无人机巡视应做到“机巡为主，人巡为辅”的联合巡检模式。
2飞行指标要求
根据巡检业务分析，架空输电线路巡检需要的任务载荷有可见光相机、红外热像仪、紫外成像仪和SAR。对飞行指标的要求主要集中在飞行高度和速度两方面。
2.1可见光相机
可见光相机(摄像机)属于光学成像设备，成像分辨率符合光学成像原理，即像元尺寸/焦距=分辨率/航高
对于不同的巡检业务，分辨率要求也不同。对于绝缘子、金具等的精细化巡检，要求能够识别厘米级销钉目标，根据分辨率要求及调研设备指标，在保证安全的前提下，巡检时距线路的距离通常小于100m。对于其他巡检业务，航高也有所不同。
采用可见光载荷进行精细化巡检时，要求低速进行巡视。对重点部位需进行悬停拍摄，此时要求飞行平台具备悬停能力。同时由于每次拍摄都需要一定的曝光时间，为保证成像质量，对飞行速度也需要进行限制。
2.2红外热像仪
红外热像仪主要用于线路部件热缺陷检测和山火监测，其成像遵从光学设备成像原理。用于热缺陷检测时，分辨能力要求较高，巡检速度和距离必须进行严格控制。对山火巡检要求则相对较低。
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2.3紫外成像仪
紫外成像仪主要用于对绝缘子、金具和导线进行紫外成像，对飞行速度要求较高。同时，紫外信号随着距离的增加而衰减，要求巡检时与线路距离不能太远。
3无人机巡检系统关键技术研究
3.1无人机自主避障系统的研究
无人机是通过GPS方式进行导航的，由于GPS存在误差，所以无人机在执行任务的过程中可能会出现偏离预定航向的情况，造成无人机与输电线路或其他障碍物的发生碰撞；在经过交跨线时，如果无人机的飞行高度不够，同样存在与线路发生碰撞的危险。因此，为了保障无人机巡线系统及输电线路的安全，提升巡线作业的可靠性，有必要开发一套无人机避障系统，实现无人机巡线系统的自主避障功能。
3.2小型无人机长续航保障技术的研究
目前小型无人机多采用锂电池提供飞行动力，受载荷和电池能量密度限制，续航时间普遍不长。一般多旋翼续航时间在20～30min，小型固定翼在40～60min左右；因续航里程短，导致每次无人机巡检都需要携带十几块电池进行更换作业，而且在野外电池用完无法快速充电，巡检效率大大降低。因此，为了提高无人机巡检效率，对无人机续航保障技术的研究是非常必要的，例如氢燃料电池以及远距离激光充电技术在小型无人机上的应用研究等。
3.3无人机巡检图像智能处理技术研究
随着无人机巡检塔数的增加，巡检图像后期处理与缺陷识别的工作量也大大增加。每基杆塔平均拍摄几十张不同部位的照片，需人工过滤、分类、编号和命名，并利用人眼逐一判读识别，编制缺陷分析报告，效率低下，给运维人员带来了沉重的工作负担，运维单位亟需新技术提升巡检图片处理分析的自动化程度，降低劳动强度，提升工作效率。
4无人机任务规划中的关键技术
4.1地面数据处理技术
地面数据处理技术是采用摄影测量、遥感的数据处理方法和流程，对多种数据进行高精度几何处理。电力线、电塔以及走廊等地物都是以此为基础进行无人机多传感器电力线路安全巡检智能开发的，通过模式识别、人工智能、专家系统以及多种可视化技术来对电路中存在的隐患与异常进行判断与确认的。
4.2无线通讯技术
所谓的无线通讯技术又称为无人机测控技术，主要指的是对无人机进行遥控、遥测、跟踪定位以及信息传输的技术。遥控指的是控制无人机的飞行状态与设备状态，遥测指的是测量无人机飞行状态和设备状态的参数，跟踪定位指的是对无人机的位置进行连续测量与跟踪，信息传输指的是无人机任务载荷传感信息的传输。
4.3多传感器高精度时间同步
多传感器是在同一时间内将各个传感器所获得的测量数据进行关联起来的一种联合应用。为了实现传感器的同步时间的高度精确化，需要建立一种统一的时间坐标，这是关联应用的关键所在。GPS接收机最普遍的功能就是输出含UTC时间在内的定位数据和1PPS脉冲，由于脉冲边沿时刻对应着输出定位数据，因此为了实现传感器数据的同步，可以以此为依据来设计授时型GPS时间同步控制器。将GPS和PPS输出的信号引入时间同步控制器中，并授权于激光扫描仪，扫描仪在接收PPS信号后将秒计数清零来获取精确时间，同步控制器同时触发相机曝光并将数据发至计算器记录，以此来达到多种数据的统一。
4.4飞行姿态控制技术
无人机在巡检时常常受恶劣气候如降雨强风等因素的影响，为了保证无人机电力线路的安全，有必要加强飞行姿态的控制。而LQG就很好完成了对飞机俯仰翻转姿态的控制，PID控制器也能对偏形运转起到一个良好的控制作用。当无人机进行悬停时，利用系统的高鲁棒性功能透过对绳索强行拉动机体控制系统进行正常工作。
5结束语
综上所述，在经济不断发展、科技不断进步的今天，单纯依靠人力去促进企业或者行业的发展，已经远远满足不了整个社会的需要。中国特色社会主义的建设和发展需要以科技的发展为前提。因此，运用无人机对电网电路进行巡查，不仅解决了以往人工巡查工作量大，难度大等问题，而且提高了工作质量和工作效率，做到更好、更快地解决线路问题，使电网系统更稳定地运行。
参考文献
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作者简介：张文祥（1994-），男，大专学历，主要从事线路运检工作。
论文作者:张文祥
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
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