摘要：无人机具有机动灵活、探测能力强、视角广阔等特点，在电力巡检业务中得到越来越广泛的使用。利用无人机搭载多光谱、红外线、紫外线等探测设备进行巡线，重点区域进行悬停探测，能有效避免“盲点”，有利于巡检人员精确定位缺陷与隐患，及时排除，保障输电线路安全运行。此外在遭受重大自然灾害，导致电网严重故障时，无人机能够克服交通阻断、通讯中断、次生灾害频发等困难进行灾情调查，及时获得受灾数据，准确对故障杆塔、线路进行定位，有力支撑应急抢修与灾后重建。
关键词：无人机；电力巡检；安全风险
引言
利用无人机开展架空输电线路全景巡视，能够精确、高效地反映线路运行情况，减轻巡检人员的工作强度，极大提高线路巡检效率。电力设备巡检制度中规定了定期巡视与特殊巡视，无人机能够协助巡检人员以巡视电力设备及输电走廊通道环境为基础，开展包括故障点排查、外力破坏预防、山火监测等一系列巡检工作，并基于GIS系统进行智能巡检等新型应用尝试。
1.线路巡检业务现状
经济的快速发展，使整个社会对能源的需求越来越大，高电压大容量的输电线路越建越多。为了节约土地资源，电力线路走廊一般需要穿越山区等各种复杂的地理环境，尤其在林区、山区，荒漠等自然条件相对比较恶劣，交通和通信条件差，外加上雨雪等气候影响，给电力线路的巡检工作带来了很多困难。
随着输电工程电压等级的不断提高，巡线作业对维护区域电网的安全、稳定和高效运行越来越重要，也是电力运检业务的主要任务之一。输电线路跨区域分布，点多线长面广，沿线环境条件复杂，线路设备长期受到自然风化、雷击覆冰、持续应力、材料老化、以及人为外力破坏等因素的影响而产生变形、缺损、线条张弛度异常、线下地物安全距离不足、接点松动、过热、放电、弧光闪络、倒塔、断股、磨损、腐蚀、覆冰和人为偷盗电力设备等现象，这些情况必须及时得到排除和修复。传统的人工巡线方法工作强度大、效率低、巡线条件艰苦且存在较大的安全风险，特别是植被茂密的高山峡谷、江河海峡大跨越线路的巡查，以及在灾后和夜间巡线检查。无人机技术的应用使很多难题迎刃而解，能够灵活辅助包括前期设计勘测、路径清查、建设进度监测和线路巡检等多个领域的工作开展，成为当今电力行业建设及巡检的利器和新宠。
2.无人机在输电线路巡检中的发展
2.1从巡检方式角度看
无人机对输电线路巡检作业时，主要受自身的飞控程序控制，辅以人工收放及应急无线遥控。在进行巡检之前，无人机需要根据巡检线路的不同情况设定最佳的飞行路线，对巡视路线进行往返巡视设置，并结合实际情况对重点区域进行悬停检测，将整体巡视飞行方案置入飞控程序中，自动作业与人工操控相结合，方便快捷，灵活高效。
利用无人机代替人工进行输电线路的巡检，搭载多种专业探测设备，例如多光谱、红外、紫外等探测设备对线路可视与可感情况进行检测拍摄，以图像或视频的形式记录线路在运数据，再利用蓝牙、卫星信号或通讯运营商GPRS信号等在线实时直传到巡检人员手持端，辅助决策判断，及时进行缺陷隐患定位排查。无人机延伸视域、巡检探测器增强视力，犹如“千里眼”结合了“火眼金睛”，能够有效避免“盲点”，极大提升巡检人员的巡检的精确度与效率。
巡检人员搭档无人机巡检的方式具有方便、快捷、灵活、精准、全面、高效等优势，将是未来电力巡检领域新的发展趋势。
2.2从巡检制度角度看
无人机巡检技术将在很大程度上完善定期巡检这一相对科学的巡检制度，其将会被主要应用于事故发生率相对较低的区段中，并安排少量人员对其进行控制，能够有效降低输电线路巡检的人工成本，还能够有效弥补线路故障统计方面出现的误差。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随着科学技术的不断发展，无人机的运行成本也在不断降低，不久的将来，技术成熟，实现大规模应用，能使电网的可靠性得到有效保障，甚至可以利用无人机进行全线路的日常巡检，而不是只局限于现阶段的定期期巡检。
3.无人机电力巡检中的风险控制分析
3.1容错控制系统
容错控制系统是指在出现部件故障或失效情况下，安全供用电仍然能够保持闭环系统稳定性和可接受的暂态及稳态性能的控制系统。对于无人机来说，容错控制系统旨在当出现机载执行机构或传感器故障及机体损伤时，仍能保持稳定飞行和一定的性能。然而，为实现这个目标，飞机必须保证有足够数量的冗余执行机构和传感器。容错控制系统分为被动容错控制和主动容错控制两类。被动容错控制系统适用于部件级故障确定的情况，而不需要获得控制系统健康状态的在线信息，能使无人机保持一定的性能。被动容错控制是针对一系列已知的或可预知的故障而设计的，并可以通过采用固定的参数来实现。主动容错控制系统是依据控制系统的最新实时信息，在线重构控制律以适应部件级故障。主动容错控制需要进行故障监测和诊断，以及控制器修复。
3.2故障监测与诊断
影响飞行控制与指导系统性能的关键因素是反馈回路中控制器、故障监测与诊断以及重构等子系统所需的处理时间。在故障监测与诊断可用的方法中，所需的处理时间越少越好。这可以保证在硬性的实时截止时间内完成相应的计算。此外，在保持故障监测与诊断子系统对故障具有敏感性的同时，闭环容错控制系统还应该对系统不确定性具有鲁棒环闭性。
基于模型的故障监测与诊断方法通常包括2个阶段：滤波器或观测器生成残差；对残差进行分析以判定是否真实有故障发生，若有，则隔离故障影响的执行机构。这些残差应该对故障发生具有敏感性，并且包含充分的信息以保证故障监测与诊断系统既能分辨出不同故障类型又能区分出正常和故障的执行机构，且不受干扰、噪声和参数变化的影响。
3.3无人机电力巡检作业一般要求
巡检作业人员
操作人员应熟悉无人机巡检作业方法和技术手段，通过相应机型的操作培训及持证上岗（AOPA），考试合格后持证上岗。此外，操作人员应熟悉巡检线路情况，作业所用无人机巡检系统应通过性能检测，各设备、系统运行良好。执行作业任务前，应按照有关流程办理空域申请手续。
巡检作业安全
一般情况下，无人机巡检作业需要提前进行现场勘查，确定作业内容和无人机起降点位置，了解巡检线路情况、与巡检线路平行架设及交叉跨越线路情况、海拔高度、地形地貌、气象环境、植被分布、所需空域等，并根据巡检内容合理制定巡检计划；根据巡检机型、巡检任务特点等具体情况确定是否需要提前进行现场勘查。作业现场应远离爆破、射击、烟雾、火焰、机场、人群密集、高大建筑物多、军事管辖、无线电干扰等可能影响无人机飞行的区域，避免无人机直接从变电站、电厂低空穿越。无人机起降点应与电力线路和其他设施、设备保持足够的安全距离，进场条件良好，风向有利，具备起降条件。
4.总结
作为电网运行的重要组成部分，电力线路的安全和稳定运行非常重要,线路巡检方式的不断丰富，对于提高电网供电可靠性、减少供电损耗，提高社会效益和经济效益都有着重大意义。而研讨无人机电力巡检的风险分析，提出一种能够广泛应用的无人机巡检平台，能够有效避免无人机巡检过程的突发事件对无人机的影响。
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论文作者:秦娜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/26
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