基于無人機(jī)的輸電線路運(yùn)維檢修一體化裝置的研究與應(yīng)用

李小亮

摘要：現(xiàn)當(dāng)今，隨著我國科技的快速發(fā)展，民用無人機(jī)技術(shù)發(fā)展的也十分迅速，逐漸深入各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。雖然無人機(jī)在電力上開始了廣泛的應(yīng)用，但應(yīng)用技術(shù)弱，專業(yè)性不強(qiáng)，未做到深入融合。同時(shí)，輸電線路的運(yùn)維檢修、數(shù)字化管理等應(yīng)用領(lǐng)域都需要無人機(jī)搭載多種任務(wù)設(shè)備完成相應(yīng)作業(yè)，但這需要多個(gè)無人機(jī)飛行平臺配套相應(yīng)任務(wù)載荷，使得成本高、通用性差、功能單一。所以，研究一套一體化多任務(wù)智能運(yùn)檢無人機(jī)系統(tǒng)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);輸電線路;運(yùn)維檢修;一體化裝置;研究;應(yīng)用

引言

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，科技產(chǎn)品的應(yīng)用已經(jīng)覆蓋到各行各業(yè)中。在電力行業(yè)中，電力線路的覆蓋范圍廣，所處的地形相對比較復(fù)雜，部分地區(qū)自然環(huán)境極其惡劣，電力巡檢部門每年都需要花費(fèi)大量的人力物力對線路進(jìn)行巡檢，部分線路所處區(qū)域人跡罕至、交通不便，難以進(jìn)行檢修工作。此時(shí)，運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行電力線路巡檢成為了我國當(dāng)前輸電線路巡檢的一種重要的方式。無人機(jī)巡檢的安全系數(shù)高，對輸電線路的圖像顯示清晰明了，可以發(fā)現(xiàn)桿塔、導(dǎo)地線等部件的運(yùn)行狀態(tài)、快捷方便、實(shí)用性強(qiáng)。本文主要分析VR無人機(jī)的應(yīng)用，低空攝影技術(shù)的應(yīng)用，研究無人機(jī)在輸電線路運(yùn)維檢修的選用原則，推動電力巡檢工作現(xiàn)代化發(fā)展。

1輸電線路運(yùn)行檢修一體化管理實(shí)施的必要性

在上世紀(jì)50年代，我國輸電線路采用定期檢修方案，并且該制度延續(xù)了幾十年。定期檢修制度以時(shí)間為核心，在檢修周期制定上、檢修項(xiàng)目認(rèn)證上都要依靠工作經(jīng)驗(yàn)。該方法無法對輸電線路工作狀態(tài)、結(jié)構(gòu)組成、設(shè)備質(zhì)量、性能差異展開全面綜合考量，所有檢修工作都要嚴(yán)格按照既定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，缺乏創(chuàng)新力度，很容易造成檢修費(fèi)用高、檢修周期長等情況發(fā)生，對輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了嚴(yán)重影響。在人類進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國電力系統(tǒng)也逐漸朝向數(shù)字化、智能化、高壓化、大電網(wǎng)方面發(fā)展，傳統(tǒng)的定期檢修方案已經(jīng)無法順應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展需求，特別是在“兩網(wǎng)”改造后，電網(wǎng)中的科技含量直線提升，很多設(shè)備采用了自動檢修方案，已經(jīng)不需要定期檢修，在此背景下如果依然采用定期檢修方法，勢必會造成資源浪費(fèi)，并且會給正常供電帶來影響。而運(yùn)行檢修一體化管理方案，可以針對智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，采取針對性防護(hù)措施，采用實(shí)時(shí)監(jiān)督檢修方案，可以保證運(yùn)行檢修工作的針對性，降低資源浪費(fèi)和提升工作效率，所以時(shí)代要求我們必須要采用輸電線路運(yùn)行檢修一體化管理模式。

2一體化裝置設(shè)計(jì)

2.1定位系統(tǒng)

由于電力系統(tǒng)中的輸電線路環(huán)境存在一定的電磁干擾，同時(shí)線路周圍環(huán)境復(fù)雜，需要精準(zhǔn)定位，為避免碰撞其他固定障礙物和屏蔽一定電磁干擾，采用RTK定位系統(tǒng)。

2.2動力系統(tǒng)

氫燃料電池、石墨烯電池價(jià)格昂貴，行業(yè)無人機(jī)無法民用化，雖然油電供電方式的續(xù)航時(shí)間長，但其噪聲大、穩(wěn)定性相對較差，因此采用純電動的智能鋰電池作為動力電源。動力部件采用無刷電調(diào)、無刷電機(jī)和折疊螺旋槳，其中無刷電機(jī)防水。

2.3一體化地面站

無人機(jī)地面站采用防水、防塵、防沙設(shè)計(jì)，地面平臺包含飛行控制平臺、顯示平臺、通信平臺、任務(wù)控制平臺等。（1）飛行控制平臺，是飛行控制的操作臺，具備半自動/自動飛行控制功能，主要實(shí)現(xiàn)飛行器的飛行控制和應(yīng)急控制。（2）顯示平臺，主要顯示無人機(jī)地面站軟件、實(shí)時(shí)飛行圖像、實(shí)時(shí)測距系統(tǒng)等。（3）通信平臺，是無人機(jī)所有機(jī)載通信與地面通信的基站，也是運(yùn)檢中心的通信點(diǎn)。（4）任務(wù)控制平臺，是控制無人機(jī)飛行平臺任務(wù)裝置的操作平臺，主要控制任務(wù)裝置的機(jī)械動作和工作狀態(tài)。

2.4一體化任務(wù)裝置

一體化任務(wù)裝置主要包括輸電線路通道線樹測距裝置、導(dǎo)地線異物清障裝置、拋投喊話裝置和三維攝影裝置。（1）線樹測距裝置，采用毫米波雷達(dá)傳感器作為測距儀，包括線距裝置和樹距裝置，這兩套測距裝置包括毫米波雷達(dá)傳感器、微型攝像頭、角度傳感器、轉(zhuǎn)動裝置等。（2）一體化清障裝置，具備噴火除異物和激光清障功能。處理環(huán)境無易燃物或有風(fēng)箏異物時(shí)，采用噴火方式除異物;處理環(huán)境有易燃物或無風(fēng)箏異物時(shí)，采用激光方式除異物。（3）喊話拋投裝置，采用一體化成型設(shè)計(jì)，包括喊話器、拋投器和攝像頭，主要用于新建輸電線路牽引線架設(shè)、高空運(yùn)輸輕量設(shè)備和對線路通道違規(guī)建筑/施工進(jìn)行喊話和取證。

3無人機(jī)選用原則

3.1無人機(jī)選型原則

無人機(jī)在人們?nèi)粘Ｉ钪惺亲鳛椤巴婢摺贝嬖?，但是一旦無人機(jī)具備了電力檢修的使命，其功能、性質(zhì)就發(fā)生了根本性的變化。無人機(jī)在電力線路巡檢作業(yè)中應(yīng)該具備良好的續(xù)航時(shí)間、抗風(fēng)能力，而且要能夠搭載光學(xué)任務(wù)系統(tǒng)吊艙。中型無人機(jī)和固定翼機(jī)性能對比無人直升機(jī)能夠自主的進(jìn)行升降，其升降功能為內(nèi)控自動飛行過程，不需要人工進(jìn)行操作，減少了外空操作出現(xiàn)意外的風(fēng)險(xiǎn)。綜合上述因素，在電力線路檢修作用工作中，無人直升機(jī)的優(yōu)勢大于固定翼機(jī)。要根據(jù)地形的不同、氣候的不同，對不同的巡檢要求，選擇不同的無人機(jī)類型。

3.2無人機(jī)模式應(yīng)用

無人機(jī)進(jìn)行電力線路檢修作業(yè)過程中，要選擇好其飛行方式，避免無人機(jī)在極端惡劣天氣情況下墜毀造成損失。無人機(jī)在進(jìn)行巡檢時(shí)，要和線路保持一定的安全距離，光學(xué)任務(wù)吊艙系統(tǒng)處于無人機(jī)的下方，為了保證巡視質(zhì)量，避免電磁干擾，要保證無人機(jī)的飛行空間，要在線路的斜上方飛行。光學(xué)吊艙具有足夠的掃描視角時(shí)，無人機(jī)可以進(jìn)行單方向的巡視，在較高電壓等級線路中，無人機(jī)就需要在線路兩側(cè)進(jìn)行往返巡視。通信鏈路系統(tǒng)是滿足無人機(jī)進(jìn)行電力線路巡檢工作的重要環(huán)節(jié)，在無人機(jī)距離地面測控車比較近，且沒有障礙物阻擋的情況下，通信鏈路一般為直通模式，即無人機(jī)直接與地面測控車進(jìn)行信號數(shù)據(jù)通信。但是很多線路處于山區(qū)，其中的山峰、樹木等障礙物眾多，會對無人機(jī)傳送的信號產(chǎn)生比較嚴(yán)重的干擾。就需要實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在超距條件下作業(yè)，通信方式就可以采用地面中繼模式或者空中中繼模式。地面中繼模式是在將通信倆路系統(tǒng)中的中繼設(shè)備安裝在線路桿塔上，這種方式成本比較低，但是工作模式復(fù)雜，需要工作人員對特殊地形下的地面中繼點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃，在實(shí)際安裝過程中很可能受到當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境因素的影響。要注意電路巡視工作中的不同要求，將不同的無人機(jī)類型、設(shè)備組成不同的巡檢模式。中型無人機(jī)加上地面中繼模式就很適合無人機(jī)無法直接與地面測控車進(jìn)行通信的情況，無人機(jī)距離地面控制車超過了直視范圍，或者存在障礙物阻礙。無人機(jī)采集到的圖像和信號會首先通過無線發(fā)送給塔架中繼終端，中繼終端再轉(zhuǎn)發(fā)給地面的測控車。地面測控車發(fā)出的指令發(fā)送到中繼終端，然后在通過中繼終端轉(zhuǎn)發(fā)給無人機(jī)。

結(jié)語

輸電線路運(yùn)維檢修一體化裝置的研究與應(yīng)用，是電力行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。毫米波雷達(dá)測距、一體化無人機(jī)、自動巡檢系統(tǒng)和數(shù)字化管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，雖然存在很多缺陷和不足，但其對無人機(jī)在電力行業(yè)的快速發(fā)展起著推動作用。

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