淺析固定翼無人機(jī)在輸電線路巡視中應(yīng)用探述

王赫男

摘 要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展之下，電力資源在人們的生活以及生產(chǎn)中發(fā)揮著非常重要的作用，電力企業(yè)需要基于用戶用電的需要大力進(jìn)行電力工程的建設(shè)工作，為人們提供優(yōu)質(zhì)的用電服務(wù)。電力工程建設(shè)與應(yīng)用期間，架設(shè)與敷設(shè)的輸電線路較多，這些線路運(yùn)行質(zhì)量容易受到多種因素影響，從而出現(xiàn)斷電、短路等異常情況，對(duì)于人們的正常用電有著較大不利影響，因此需要電力企業(yè)加強(qiáng)輸電線路的無人機(jī)巡視工作，有效維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行有效性與可靠性。基于此本文對(duì)固定翼無人機(jī)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了概述，并對(duì)該巡視方法在輸電線路巡視自動(dòng)化中的使用情況進(jìn)行了全面分析，以此為更多地方的電力企業(yè)高質(zhì)量、高效率的做好輸電線路巡視工作提供參考經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：固定翼；無人機(jī)；輸電線路；巡視；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）20-0168-02

我國諸多行業(yè)的發(fā)展與人們的基本生活都離不開電力資源的應(yīng)用，電力企業(yè)進(jìn)行供配電期間存在著線損、設(shè)備損壞、桿塔故障、線路脫落等問題，嚴(yán)重影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，制約著企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)健康發(fā)展。針對(duì)此種情況近年來的很多電力企業(yè)開始采用人工巡視方法對(duì)于輸電線路的工作情況進(jìn)行檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行相應(yīng)的處理，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及輸電線路架設(shè)數(shù)量的增多，常規(guī)巡視方法的弊端逐漸顯現(xiàn)，要求企業(yè)可以采用當(dāng)前先進(jìn)的固定翼無人機(jī)來替代傳統(tǒng)方法，做好線路巡視工作，有效提升巡視工作的質(zhì)量和效率。

1 固定翼無人機(jī)概述

現(xiàn)階段我國的很多電力工程建設(shè)在地形地貌復(fù)雜、氣候條件惡劣的偏遠(yuǎn)山區(qū)，由于這兩個(gè)方面因素影響，輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行效果不理想，而且常規(guī)的人工巡視方式存在著工作任務(wù)重、效率低、誤檢、漏檢等問題，所以會(huì)采用直升機(jī)巡視、機(jī)器人巡視以及無人機(jī)巡視等方法開展此項(xiàng)工作，比較各種方法優(yōu)缺點(diǎn)可知基于無人機(jī)的電力線路巡視價(jià)值高，尤其是固定翼無人機(jī)[1]。當(dāng)前固定翼無人機(jī)巡視手段發(fā)展較為成熟，使用期間具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，方便快捷、工作效率高、飛行半徑大，可以快速且長(zhǎng)時(shí)間的滯留空中對(duì)目標(biāo)區(qū)域輸電線路進(jìn)行運(yùn)行基本情況的檢查。分析實(shí)際應(yīng)用情況可知在線路走廊檢查與選址、救災(zāi)搶險(xiǎn)、線路故障查詢等工作中意義重大。

2 輸電線路依托固定翼無人機(jī)自動(dòng)化巡視的應(yīng)用分析

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

該種無人機(jī)主要由以下系統(tǒng)構(gòu)成：其一為飛控系統(tǒng)，依托該系統(tǒng)可以對(duì)無人機(jī)飛行期間的啟動(dòng)、飛行以及盤旋等情況，航線、時(shí)速以及高度等參數(shù)進(jìn)行控制，要求無人機(jī)需要在設(shè)計(jì)的航線降落。如果飛行期間需要巡視的線路有變，可以直接調(diào)整巡視任務(wù)，按照拍攝要求在相應(yīng)地點(diǎn)使用相機(jī)對(duì)輸電線路進(jìn)行攝影，包括飛行控制、通信以及電源等模塊。飛控系統(tǒng)中還包括地面遙控系統(tǒng)，借助于接口設(shè)備、監(jiān)控平臺(tái)、計(jì)算機(jī)等設(shè)備給予系統(tǒng)運(yùn)行支持，使得系統(tǒng)可以在接到無人機(jī)指令時(shí)及時(shí)執(zhí)行，包括發(fā)射天線、指令編碼裝置、接收裝置以及調(diào)制器等設(shè)備[2]。其二為圖像收集、處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以借助于無人機(jī)相機(jī)拍攝需要的圖像，若無人機(jī)飛行高度較高時(shí)則可以長(zhǎng)時(shí)間且長(zhǎng)距離的飛行，若飛行高度較低采集的圖像分辨率較高；將空速管裝置安裝在無人機(jī)上，可以控制飛行期間的速度，該種無人機(jī)在飛行時(shí)可以依據(jù)巡視任務(wù)，攝取中等距離圖像，以此有效提升圖像重疊率。該系統(tǒng)與飛控系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行輸電線路的巡視工作時(shí)，飛控系統(tǒng)可以對(duì)圖像進(jìn)行處理，根據(jù)經(jīng)緯度等信息可以對(duì)線路布設(shè)區(qū)域是否出現(xiàn)故障隱患進(jìn)行有效發(fā)現(xiàn)，最終將全部圖像傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件中，便可以形成完整的線路運(yùn)行圖，方便電力企業(yè)加強(qiáng)輸電線路運(yùn)行質(zhì)量的高效管理[3]。

2.2 實(shí)際應(yīng)用

首先應(yīng)用于輸電線路架設(shè)時(shí)的預(yù)驗(yàn)收中，搜集整合輸電線路走廊植被生長(zhǎng)、地形、氣候資料后指導(dǎo)電力工程的施工建設(shè)工作，以此控制線路應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，提升運(yùn)送電質(zhì)量。很多輸電線路架設(shè)環(huán)境較差，施工位置存在江河湖泊以及高大的樹木，這些均為威脅線路運(yùn)行安全的危險(xiǎn)因素。一般情況下輸電線路的架設(shè)半徑較長(zhǎng)，輻射范圍較廣，需要電力企業(yè)提前對(duì)施工路段的基本情況作以詳細(xì)的調(diào)查，制定清障計(jì)劃來對(duì)相關(guān)危險(xiǎn)因素進(jìn)行有效排除。電力企業(yè)需要按照施工方案劃定的區(qū)域，控制固定翼無人機(jī)在該區(qū)域進(jìn)行飛行并采集圖像，重點(diǎn)要對(duì)施工路段沿途的樹木、以往架設(shè)的線路桿塔、道路、江河湖泊、建筑物等情況進(jìn)行檢查，以此在較短的時(shí)間內(nèi)快速的完成數(shù)據(jù)收集、分析工作，方便電力企業(yè)掌握相關(guān)隱患，確定需要清障的內(nèi)容，促使輸電線路可以在良好的工作環(huán)境下進(jìn)行施工建設(shè)，并在線路正式驗(yàn)收之前達(dá)到消缺的目的。此外在后續(xù)的線路巡視中還可以依照預(yù)驗(yàn)收時(shí)獲得的圖像，進(jìn)行圖像的前后對(duì)比找出故障原因，及時(shí)有效的排除故障[4]。例如茂名市在進(jìn)行220kV茂南變電站的配套輸電線路工程建設(shè)期間，由于該地區(qū)人口眾多，屬于沿海地區(qū)降雨量多，線路布設(shè)的走廊內(nèi)栽種的樹木高大，路況非常復(fù)雜，不利于工程建設(shè)與信息獲取。所以在清障時(shí)采用了2個(gè)架次的固定翼無人機(jī)進(jìn)行信息采集，全部飛行里程約為30公里，時(shí)間約為一小時(shí)，將走廊內(nèi)的24基桿塔輸電線路進(jìn)行了雙回航攝。同時(shí)在某線路（2200千伏）的巡視工作中，可以了解到該走廊內(nèi)布設(shè)的信號(hào)塔較多，主要用于電能的傳輸，其中雙回并行鐵塔有90基，絕大部分的桿塔施工建設(shè)在地勢(shì)險(xiǎn)峻、巖石較多的山區(qū)，此處的植被覆蓋率較低，在夏季降雨量較多的時(shí)候，埋設(shè)的桿塔則非常容易被雨水沖刷，所以通過固定翼無人機(jī)巡視期間借助于地面桿塔的高程參數(shù)、地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，來對(duì)無人機(jī)飛行航線進(jìn)行明確，僅使用一個(gè)架次的無人機(jī)便可以完成線路的全部巡視任務(wù)，以便工作人員掌握桿塔埋設(shè)的質(zhì)量情況。

其次為輸電線路的日常巡視，該線路的應(yīng)用過程中，在惡劣天氣、地質(zhì)災(zāi)害等因素影響下會(huì)引發(fā)線路故障，并且在線路架設(shè)附近存在工程施工情況也會(huì)威脅線路運(yùn)行的安全以及穩(wěn)定性。所以電力企業(yè)需要加大線路日常運(yùn)行檢查的力度，依托固定翼無人機(jī)快速的完成檢查工作任務(wù)，對(duì)于一些線路架設(shè)的高危區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)檢查，準(zhǔn)確定位問題發(fā)生位置并及時(shí)處理。目前高壓輸電線路應(yīng)用較多，非常容易出現(xiàn)跳閘重合閘失敗情況，在檢查問題時(shí)需要使用無人機(jī)以及故障錄波位置，來對(duì)相關(guān)的基桿塔進(jìn)行巡視，從巡視開始直至得出故障分析結(jié)構(gòu)花費(fèi)的總時(shí)間約為半小時(shí)，而且結(jié)果的精確度高，檢修人員可以快速抵達(dá)出現(xiàn)問題的桿塔來對(duì)問題進(jìn)行解決[5]。

最后為災(zāi)情檢查，持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)降雨、降雪、冰雹天氣以及地震災(zāi)害均會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定程度的破壞作用，所以在發(fā)生此種情況后人工巡視災(zāi)情難度較大， 而使用其它方式調(diào)查災(zāi)情的資金與時(shí)間成本過高，調(diào)查結(jié)果還會(huì)受到災(zāi)情的干擾，基于該情況需要使用固定翼無人機(jī)采集信息。無人機(jī)體型較小，對(duì)于工作環(huán)境有著較強(qiáng)的適應(yīng)性，輕易不會(huì)受到干擾，花費(fèi)較少，所以要加強(qiáng)應(yīng)用。固定翼無人機(jī)在檢查災(zāi)情時(shí)可以迅速抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)當(dāng)?shù)氐臈U塔、線路走廊的全部位置進(jìn)行系統(tǒng)的攝像，之后再將圖像信息及時(shí)傳遞至地面接收平臺(tái)中，通過計(jì)算機(jī)軟件的數(shù)據(jù)分析，使得電力企業(yè)可以獲得災(zāi)區(qū)災(zāi)情的第一手資料，可以依據(jù)攝影數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的制定搶險(xiǎn)救災(zāi)方案，把握好線路與桿塔受災(zāi)的嚴(yán)重程度，分別派遣不同的搶救團(tuán)隊(duì)對(duì)線路進(jìn)行處理，對(duì)受損桿塔則進(jìn)行周邊區(qū)域的土層加固，便可以避免在救災(zāi)過程中再次發(fā)生電網(wǎng)問題，為線路有效使用提供數(shù)據(jù)依據(jù)。同時(shí)在電網(wǎng)救災(zāi)期間固定翼無人機(jī)還可以對(duì)救災(zāi)實(shí)況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便搶救人員可以隨時(shí)掌握事故現(xiàn)場(chǎng)的情況，按照災(zāi)情變化及時(shí)調(diào)整作業(yè)方案。

3 結(jié)語

固定翼無人機(jī)在現(xiàn)階段的電力系統(tǒng)輸電線路巡視工作中，有著非常廣泛的應(yīng)用，該巡視法與常規(guī)的巡視方法進(jìn)行比較具有較強(qiáng)的便捷性、靈活性，巡視范圍較大，效率高，能夠?qū)旊娋€路使用期間的常見問題進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)與有效處理，避免線路問題嚴(yán)重化導(dǎo)致的更為嚴(yán)重的問題出現(xiàn)，顯著降低了線路運(yùn)維成本，使得電力企業(yè)獲利較多，可以提升線路巡視的自動(dòng)化水平，保障線路運(yùn)行質(zhì)量與安全。

參考文獻(xiàn)

[1]齊銘.輸電線路小型電動(dòng)無人機(jī)巡檢模式及成本分析[D].華北電力大學(xué)（北京），2017.

[2]侯飛.電力專用無人機(jī)的巡檢技術(shù)應(yīng)用分析[D].華北電力大學(xué)（北京），2017.

[3]王柯，彭向陽，陳銳民，陳海涵，郭小龍.無人機(jī)電力線路巡視平臺(tái)選型[J].電力科學(xué)與工程，2014，30（06）：46-53.

[4]李勇.無人飛行器在特高壓交流輸電線路巡視中的應(yīng)用模式研究[D].華北電力大學(xué)，2014.

[5]徐云鵬，毛強(qiáng)，李庭堅(jiān).架空輸電線路直升機(jī)、無人機(jī)及地面人工巡視互補(bǔ)機(jī)制探討與研究[J].廣西電力，2013，36（05）：72-75+84.