摘要：近几年，无人机、机器人、智能传感、人工智能、大数据等方面新兴技术发展迅速，特别是无人机已在电网设备运维中应用并收到良好效果。本文立足电网巡检需求，以提高供电可靠性为中心，以提升电网设备运维质量和效率为目标，针对高海拔地区高压架空输电线路无人机巡视精益化方向进行深入研究，提出了具有针对性的解决方案，从而促进电网设备精益化管理水平有效提升。
关键词：高海拔地区，高压架空输电线路；无人机
无人机巡检作为一种使用可见光及红外热像仪等巡检设备对输电线路进行巡视检查的全新巡检技术，与人工巡检相比具有许多优点。目前，输电线路无人机巡检技术已在全国全面推广实施，据统计，运用无人机进行缺陷识别，杆塔瓶口及以上位置、人工难以发现的缺陷占比 78.5%。然而，在高海拔环境恶劣地区，无人机巡检也面临着不小的困境，如山地跨度较大、电池续航较短、提升动力不足、抗风沙能力较差等等。因此，如何因地制宜提升无人机应用的科学性和有效性，对于高海拔输电线路巡检的精益化研究具有积极的推动作用。
1、无人机的分类、巡检系统以及技术特性
随着无人机相关技术飞速发展，无人机系统种类繁多、用途较广、特点鲜明，在尺寸、外形、航程、航时、功能、飞行高度和飞行速度等方面都有了较大的差异。按飞行器结构和工作原理，无人机可分为多旋翼无人机、固定翼无人机、无人直升机；按起飞重量，无人机可分为大型无人机、中型无人机、小型无人机。
输电线路无人机巡检系统包括飞行平台分系统、任务分系统、测控与通信链路分系统、地面控制站分系统，飞行平台分系统主要提供飞行能力和装载设备能力；任务分系统提供采集设备信息的能力，通常带有可见光传感器、红外传感器或紫外传感器；通信链路分系统提供飞行平台与地面站之间遥控和遥测数据、视频图像的传输，必要时可增加中继链路；地面控制站分系统可控制飞行状态、监控飞行情况。
中、大型无人直升机巡检系统能悬停，可用于输电线路设备本体日常巡检；小型旋翼无人机巡检系统起飞重量轻、续航时间短，使用维护相对简单，可用于单塔巡检、故障巡检；固定翼无人机巡检系统续航速度快，航程远，可用于线路通道巡检和灾后评估。目前，供电单位已通过图像处理技术，实现对巡检图片进行自动拼接、过滤、巡检点自动定位、典型故障自动识别，从而提高巡检效率和质量。
2、高海拔地区对无人机巡检的影响
高海拔地区输电线路通道往往远离城市和主要交通道路，线路走廊交叉跨 越，周边地形环境异常复杂，需要穿越诸如河流湖泊、山区丘陵等特殊区段，常 规的无人机巡检模式若无法适应复杂环境的要求，也就不可能在安全、效能方面产生实际作用。
2.1地形地貌的影响
高海拔地区地表形态复杂，山峦连绵、沟渠纵横，净空条件较差。输电线路的架设位置常常位于崇山峻岭之上，交通基础设施差，运用通信终端远程引导控制无人机面临着很多难点，加之大面积高山密林的遮蔽，无人机的通信距离相较平原地区较为微弱，通过远程遥控进行多档导线的无人机巡视，具有一定的难度。
2.2气象条件的影响
高海拔地区气象变化差异较大，一条输电线路经常会跨越多雾区、峡谷风道、地形抬升区等多种特殊区段，环境变化较大。与此同时，低温、大风、大雨等对无人机的操控能力影响较大，会导致发动机推力减小，无人机升力受限，出现启动困难、超温超压等非常规状态，导致起降和复杂地形飞行操纵性差，造成极大的安全隐患。
2.3气温变化的影响
高海拔地区气温较其他地区要低，当空气温度低于4℃时，锂电池所用的电解液会在低温下变粘稠或凝结，使电池充、放电效率和电池电量降低，严重制约了无人机的工作时长。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，操控人员若按照低海拔地区的飞行时间开展线路巡检，可能会发生摔机的风险，进而导致工作成本的增加。
2.4通信条件的影响
受高海拔地形的遮蔽和发射影响，无线电电波受到多路径的干扰，通讯距离短，信号弱，导航覆盖范围小，指示信号接收不稳定，某些方位会有假信号产生，导航系统容易出现因环境误判导致的误差。
3、无人机在高海拔地区应用策略
国内关于无人机巡检的相关研究已涉及无人机导航技术、飞行控制技术、红外检测技术和通信链路中断系统等方面，但对于高海拔地区巡维中面临的问题研究相对较少，只有立足电网巡检需要，对这一难题提出有效解决方案，才能实现安全、成本、效能总体最优。
3.1无人机探伤
高海拔地区地形环境复杂，照搬沿海平原地区的技术经验很不适宜，必须按照当地的特点开展适合本地区的无人机作业。针对大档距、大高差等人力无法巡视到位区段，运维班组一般使用高倍望远镜进行检查，由于距离较远辨识不清，经常发生上报缺陷分级错误，开展检修工作时才发现准备的检修方案与实际不符，增加了检修班组作业量。同时由于缺陷辨识不明，作业风险增大。以上情况使用无人机就可以避免发生，在线路运维人员发现无法确定的缺陷后，使用无人机进行抵近拍照，将导地线情况回传到地面站，帮助运行人员判别、确定缺陷情况。
3.2无人机红外检测
线路设备可以从发热原理上分为两大类，即电流致热设备和电压致热设备。电流致热设备，一般由电流大小决定发热程度，受风速、湿度影响较小。电压致热设备，常见为瓷质绝缘子零值、劣质泄露电流引起的发热，复合绝缘子棒芯电蚀引起的发热，线路避雷器阀片失效导致泄露电流增大引起的发热等。现有的红外设备都不可变焦，当距离超过一定范围（30m）时往往测量不出数据，近年来为了更好的保护环境，新建和改扩建的输电线路往往采用高跨，对于档距中间的接续管、处于污秽区的导地线等，现有的红外检测设备无法进行检测，设备的管控处于失控的状态。通过引入无人机系统，依靠其携带的红外检测设备便可以对此类设备进行检测，避免事故的发生。
3.3无人机+人工协同巡检
根据线路巡检具体内容，可按一定规律划分无人机与人工巡检的工作界面，充分发挥两者的特点与优势，达到优势互补、互相配合的目的。无人机主要巡查地线、导线、绝缘子串、间隔棒和防震锤等处于塔头高度的故障，人工巡检主要巡查塔头以下的各类故障。即以导线、金具和绝缘子等为观察对象，无人机居高临下采用俯视角巡查，人工使用望远镜进行仰视观察。视角互补的巡查方式能有效发现单一角度所观察不到的故障、隐患。另一种方案是，待无人机实时传回现场图像数据后，进行数据分析，再对故障疑点实地检测。两种方法在实际巡检中各有优缺，可综合考虑各地区地理、气象、人文活动特点，因地制宜开展。
4、小结
综上所述，无人机在高海拔地区输电线路巡检中的应用还处于探索阶段，只掌握无人机在高原地区的适应性，从功能定位、标准体系、运营模式、装备配置、作业效果等多维度进行业务难点攻关，积累应用于复杂环境下的飞行操控经验，不断优化无人机巡检模式，才能提升巡检、减员增效，进一步提升精益化管理水平。
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论文作者:洪涛,王进宝,乐丹丹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/13
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