高壓輸電線路小型無人機(jī)巡線技術(shù)領(lǐng)域的探究

趙宇

摘要：結(jié)合我國目前電力系統(tǒng)架空輸電線路運(yùn)行受各方面因素影響產(chǎn)生的故障停運(yùn)，在日常的運(yùn)維中運(yùn)行工況、隱患、缺陷等問題不能及時被發(fā)現(xiàn)或者在環(huán)境條件差、巡視人員巡視困難容易產(chǎn)生的巡視死角等問題，對發(fā)展小型無人機(jī)平臺巡視應(yīng)用進(jìn)行分析，簡述巡視用小型無人機(jī)在線路巡視中的技術(shù)特點(diǎn)、意義和注意事項，從基礎(chǔ)入手展望此項技術(shù)未來的發(fā)展前景以及其在未來高壓輸電線路運(yùn)維領(lǐng)域?yàn)殡娏ζ髽I(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：輸電線路；無人機(jī)；線路巡視

0 概述

近些年，隨著電網(wǎng)特高壓系統(tǒng)的不斷發(fā)展，高電壓輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大，巡視的工作量也在不斷地增加，線路運(yùn)維巡視工作量也在大大提升。為了保證線路安全健康運(yùn)行，及時發(fā)現(xiàn)線路、附件以及線路保護(hù)區(qū)內(nèi)的缺陷及隱患，是保障電力線路可靠運(yùn)行的重要手段，同時也可以為線路狀態(tài)評價及計劃檢修提供有效的數(shù)據(jù)。為保證線路安全運(yùn)行，電網(wǎng)的運(yùn)維管理要求不斷提高，按照狀態(tài)分析線路運(yùn)行情況，提出了動態(tài)預(yù)測重點(diǎn)區(qū)段的巡視型思路。根據(jù)線路區(qū)段所處地理、大氣環(huán)境的不同以及故障頻繁特點(diǎn)、發(fā)展規(guī)律的不同，進(jìn)行有差異化的線路巡視工作。有效地避免線路運(yùn)行工況良好的區(qū)段頻繁巡視造成人財力的浪費(fèi)，避免了故障多發(fā)區(qū)段的巡視力量削弱。線路運(yùn)維單位應(yīng)建立重點(diǎn)線路或區(qū)段的危險點(diǎn)易發(fā)臺帳和預(yù)控措施動態(tài)滾動臺帳，實(shí)現(xiàn)線路運(yùn)維巡視的“全線”為單位到“區(qū)段”或“點(diǎn)”為單位的改變。雖然在巡視管理方法上縮減了運(yùn)維人員的巡視工作量，但是僅僅依靠人員巡視的方法很多視覺死角、高危險山地、林地都制約巡視人員的巡視質(zhì)量。隨著科技迅速發(fā)展，無人機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用均取得很好的成效，將小型無人機(jī)引入輸電巡視工作也已經(jīng)不是什么新鮮事物，在架空線路的巡視檢查中，它不僅降低了巡視工作的難度、提高工作效率、降低運(yùn)維成本，更重要的是對于人身安全的保障也有很大的提高。然而無人機(jī)畢竟是需要人為控制，也存在一定的安全風(fēng)險和缺陷，在技術(shù)和管理兩方面都有改善的余地，因此，對于小型無人機(jī)在線路巡視中的應(yīng)用需要進(jìn)一步的研究。

1 小型無人機(jī)的概述

小型無人機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中會涉及到很多領(lǐng)域，如影視、體育、勘探、軍事等，主要是利用無線電遙控遠(yuǎn)離、飛行原理及成像技術(shù)打造的一種小型化的飛行儀器。無人機(jī)目前應(yīng)用較多的有以下三種樣式，分別是固定翼式、直升式和旋翼式，樣式的不同也導(dǎo)致它們在飛行或是執(zhí)行某類任務(wù)時有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，比如固定翼式有著很好續(xù)航能力，可以執(zhí)行較長的飛行任務(wù)，但是它不能夠懸停，對拍攝高清圖像不利；直升式可以實(shí)現(xiàn)懸停且飛行平穩(wěn)，但是其飛行速度較慢；旋翼式也可以懸停，但是其載重能力不足，且受風(fēng)力影響較大，操作相對較難。所以總體來說不同形式的飛行器都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，對于電網(wǎng)輸電線路巡視來說需要結(jié)合運(yùn)維巡視選擇合理合適的機(jī)型，來完成在山間、樹障等環(huán)境下的巡檢工作任務(wù)。

2 小型無人機(jī)技術(shù)與線路巡視分析

2.1 視圖跟蹤技術(shù)

在無人機(jī)巡檢領(lǐng)域來說，視圖跟蹤技術(shù)是不可或缺的重要部分，精密的視圖跟蹤可以讓無人機(jī)安全地躲避障礙物保證飛行器安全和線路安全。因?yàn)橐晥D的清晰程度直接影響地面控制人員的操作，因?yàn)檎駝?、過彎、轉(zhuǎn)向等原因造成畫面模糊、失步或是離開被巡檢目標(biāo)極易造成機(jī)身與障礙物甚至是輸電塔、線的碰撞，所以確保視圖的跟蹤極為重要。在現(xiàn)有的技術(shù)中利用霍夫變換跟蹤算法進(jìn)行彌補(bǔ)，計算方法的引入可以很好地完成對三條導(dǎo)線的視圖跟蹤檢查，還可以保證無人機(jī)在安全的距離內(nèi)進(jìn)行位移變化，即使是畫面不清楚或失真的情況下，也能夠確保較短的時間內(nèi)飛行器不會脫離安全軌道位移，有效彌補(bǔ)跟蹤的不足。

2.2 方位控制技術(shù)

無人機(jī)巡檢作業(yè)中，無人機(jī)由于體積小且空氣力學(xué)的原理，對環(huán)境和天氣的要求比較嚴(yán)格，這一方面需要自然條件允許的情況下保證飛行的安全系數(shù)外，還應(yīng)該在技術(shù)方面對機(jī)身的穩(wěn)定控制進(jìn)行改良，以保證飛行器不失控、不偏離軌跡。目前大多數(shù)無人機(jī)是采用LQG控制器來進(jìn)行飛行時的機(jī)身平衡和風(fēng)力補(bǔ)償以更好地完成動作，這項技術(shù)簡單地形容就類似于輪船失去動力浮在水面，用錨對船體進(jìn)行拖拽防止它偏離應(yīng)在的位置，無人機(jī)在懸停時也需要額外的力對其控制，保持在應(yīng)處的位置。

2.3 故障檢測技術(shù)

巡視用無人機(jī)的作用就是要檢查線路的健康情況，這就需要無人巡檢機(jī)要具備一定能力的檢查功能，目前應(yīng)用比較普遍的主要有以下幾種：

一是雷達(dá)檢測。這一技術(shù)有著屬于自己的優(yōu)勢，它的應(yīng)用不僅可以提高定量測量精度，還能在雷達(dá)測距裝置的作用下了解線路與建筑物或周邊植物間的距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測量，同時也可以為樹木砍伐等工作提供一定的參考。

二是可視檢測。此項技術(shù)是利用高清攝像裝置，進(jìn)行視頻和圖片的拍攝，同時再將所有可視信息進(jìn)行儲存和無線傳送，地面操作人員根據(jù)傳輸回來的畫面對被巡檢設(shè)備進(jìn)行掌握和分析，這種技術(shù)對于傳統(tǒng)巡視到無人機(jī)巡視的過渡是一個比較容易上手的方法。

三是紅外探測。紅外和紫外在電力系統(tǒng)中早已不是新鮮技術(shù)，在高清成像的基礎(chǔ)上配合紫外或紅外成像分析，可以觀測到肉眼不能識別的金屬傷痕，特別是線路金具的探傷應(yīng)用此項技術(shù)更為方便，對于點(diǎn)或局部過熱能夠及時發(fā)現(xiàn)。

2.4 無線控制技術(shù)

所謂無線控制一方面是指控制基站對無人機(jī)的遠(yuǎn)程遙控，另一方面是指無人機(jī)所檢測到的信息傳遞，這些都是在無線通訊的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)。由于在野外、山區(qū)作業(yè)加之電磁干擾對于無線電的抗干擾能力較高，因?yàn)樵谀撤N情況下地面人員需要實(shí)時地觀測到被檢設(shè)備的情況，雖然圖像和視頻有存儲記憶能力，但是影響運(yùn)維人員及時的判斷甚至對一些不能校準(zhǔn)的區(qū)段再次進(jìn)行飛行檢查，造成時間和人力的浪費(fèi)。確保良好的傳輸信號是保證數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)闹匾Ｕ希瑫r也保證了飛行器在執(zhí)行任務(wù)過程中不被外來信號干擾而造成位置偏差，甚至是失控而造成其它的隱患。

2.5多樣式配合

在線路巡檢工作中，人為巡視會有死角，無人機(jī)巡視也同樣存在類似的問題，前面提到每種不同樣式的飛行器都有自己的缺點(diǎn)，這樣在巡檢過程中也就難免會遇到無人機(jī)因?yàn)榧夹g(shù)特點(diǎn)原因而不能完成的任務(wù)，那么引人多樣式飛行器組合模式可以將盲區(qū)和死角間題很好地解決，發(fā)揮不同類型無人機(jī)的特點(diǎn)讓其各自發(fā)揮白身的長處，比如在某段線路故障后，可以用旋翼式大范圍勘察輸電走廊清況，初步判斷異樣地點(diǎn)再安排直升式無人機(jī)進(jìn)行旋飛觀測，以進(jìn)一步確認(rèn)故障點(diǎn)及故障原因。因此不能片面地認(rèn)定某種類型的飛行器適用于輸電巡視，而是可以將這些類型組合去更好地完成巡檢工作。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代小型無人機(jī)技術(shù)加上周密的管理方式，可以完全勝任架空輸電線路的巡視工作，它可以做到人為巡視不能做到的細(xì)致周到，規(guī)避人為巡視可能存在的安全風(fēng)險，可以多角度觀察擴(kuò)大巡視范圍，達(dá)到系統(tǒng)全面的巡視效果，為隱患的發(fā)現(xiàn)及設(shè)備線路的運(yùn)行狀態(tài)提供有力支撐。無人機(jī)的線路巡線功能已經(jīng)成為當(dāng)下電力線路運(yùn)檢中不可或缺的一個重要部分，在管理上進(jìn)一步細(xì)化要求，規(guī)范操作行為，完善制度條款，再加上無人機(jī)技術(shù)的不斷提升和改進(jìn)，在未來的線路運(yùn)維巡視中無人機(jī)巡視將成主力。

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