在特高壓交流輸電線路巡視中無人飛行器的應(yīng)用

劉照康

[摘? ? 要]文章研究了特高壓輸電線路運行過程的影響因素，然后研究無人飛行器和巡檢設(shè)備的特點，最后對巡檢模式進行了探討。希望通過研究，幫助技術(shù)人員制定更合理的無人飛行器巡檢策略，及時發(fā)現(xiàn)特高壓交流輸電線路故障。

[關(guān)鍵詞]特高壓交流電;無人飛行器;巡視

[中圖分類號]TM63 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]This article studies the influencing factors in the operation of UHV transmission lines， then studies the characteristics of unmanned aerial vehicles and inspection equipment， and finally discusses the inspection mode. It is hoped that the research can help technicians formulate a more reasonable inspection strategy for unmanned aerial vehicles and find faults in UHV AC transmission lines in time.

[Keywords]UHV AC; unmanned aerial vehicle; patrol

特高壓交流輸電線路的運行會受外界因素的影響，所以必須采取有效的方法及時發(fā)現(xiàn)線路存在的缺陷。使用無人飛行器可以比較靈活地完成線路的巡檢工作，因此有必要開展相關(guān)研究，提升無人飛行器在特高壓交流輸電線路中的巡視工作質(zhì)量。

1 特高壓輸電線路運行影響因素分析

1.1 特高壓輸電線路機械特性

特高輸電線路中的桿塔會支持導(dǎo)線和避雷線等附件，會受到很多載荷的作用，除了會受到各種線路和設(shè)備上的永久荷載之外，風(fēng)雪也會對桿塔產(chǎn)生可變荷載。為了能有效地支撐線路，所以特高壓線路的重量都比較大，保證了可靠性。懸掛在兩基和桿塔之間的一檔導(dǎo)線，也會受到自重、風(fēng)壓的作用，冬季也會有冰重的影響，因此在導(dǎo)線設(shè)計時，會根據(jù)最惡劣的天氣情況來進行設(shè)計，滿足對線路結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求[1]。最后，桿塔的地基會受到自身重力、桿塔荷載引起的附加應(yīng)力、土壤滲流的滲透力等作用，從而造成特高壓桿塔容易出現(xiàn)沉降和傾斜。

1.2 輸電環(huán)境的影響

特高壓線路會經(jīng)過高山、大河等特殊地質(zhì)環(huán)境，并且受到待解霜雪的影響，因此輸電環(huán)境對特高壓輸電線路的作用十分明顯。

（1）風(fēng)力會影響特高壓輸電線路，比如在風(fēng)的作用下，將會導(dǎo)致線路從鉛錘面偏離，并且造成帶電導(dǎo)線和桿塔等接地部件的絕緣距離發(fā)生改變以及造成導(dǎo)線的震動，從而對線路的安全運行造成嚴(yán)重的威脅。

（2）如果出現(xiàn)覆冰，將會使導(dǎo)線的負載增大，并將導(dǎo)線拉斷，甚至拉倒桿塔，而且，覆冰嚴(yán)重也會造成導(dǎo)線和被跨越物體之間的距離減小，容易造成閃絡(luò)等事故，如果導(dǎo)線沒有同時脫冰，就會引起導(dǎo)線之間或者導(dǎo)線和避雷線之間出現(xiàn)閃絡(luò)，導(dǎo)致避雷線燒傷。

（3）如果輸電環(huán)境的溫度發(fā)生改變，也會影響導(dǎo)線的弧垂和應(yīng)力，比如氣溫高的情況下導(dǎo)線會由于受熱膨脹，從而增加導(dǎo)線的伸長量。

2 常見的特高壓無人飛行器和巡檢設(shè)備

2.1 無人飛行器

無人飛行器也可以成為無人機，是一種由程序控制操縱的無人駕駛或者遠程控制的，具有動力裝置的飛行器，具有可反復(fù)多次使用的效果。無人機的系統(tǒng)比較復(fù)雜，具有復(fù)雜的航空、電子、電力、偵察、地理信息、圖形識別系統(tǒng)，包括飛行自動控制、航空管理、通信、數(shù)據(jù)鏈等多種技術(shù)[2]。在運行過程中，運用了GPS衛(wèi)星控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)地理信息、位置信息來控制無人機的運行，而且隨著軟硬件系統(tǒng)水平的提升，目前的無人機已經(jīng)具有較長的航程，擁有較快的速度，運行也十分可靠，已經(jīng)具備較高的經(jīng)濟性。

無人機包括無人旋翼機和固定翼無人機2種。旋翼機可以垂直起降，對起降場地的要求很低，可實現(xiàn)空中懸停，而且飛行姿態(tài)十分穩(wěn)定，但是飛行速度相對較慢，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價和維護費用都比較高。固定翼無人機飛行速度快，工作效率高，機械結(jié)構(gòu)簡單因此維護成本也比較低，可以實現(xiàn)大面積巡視作業(yè)，但是固定翼無人機不能懸停，只能在空中盤旋，并且由于速度較快，因此飛行高度和線路的距離也比較遠，因此對控制系統(tǒng)的要求很高，而且由于固定翼無人機不能垂直起降，因此場地要求也比較高。

2.2 巡檢設(shè)備

2.2.1 可見光缺陷巡檢設(shè)備

特高壓輸電線路存在缺陷時，存在一些具有可見光特性的缺陷，因此可以使用可見光成像儀進行檢驗和采集，分析缺陷信息和掌握缺陷的情況。目前常用的儀器包括可見光照相機、攝像機以及具備較高精度的三位激光掃描儀器，能夠?qū)€路的狀況進行掃描，大面積獲得目標(biāo)對象的數(shù)據(jù)點，獲得三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

2.2.2 熱缺陷巡檢設(shè)備

由于輸電線路裸露在空氣中，因此存在缺陷時會導(dǎo)溫度異常，所以通過使用熱力設(shè)備就能夠?qū)?dǎo)線的缺陷進行檢測工作[3]。引用在輸電系統(tǒng)中的熱缺陷巡檢設(shè)備主能夠檢測線路的發(fā)熱情況，分析絕緣子和合成絕緣子的破損，還可以對絕緣子表面的積污程度做出判斷，依靠表面的溫度分布圖可以將缺陷呈現(xiàn)出來。

2.2.3 伴發(fā)紫外線特征巡檢

電力系統(tǒng)中的高壓輸電設(shè)備長期處在大氣環(huán)境中，經(jīng)過長時間運行之后可能會出現(xiàn)絕緣性能降低的情況，從而容易出現(xiàn)電暈和局部放電。如果試驗中發(fā)現(xiàn)帶電設(shè)備存在局部放電或者電暈時，就伴有紫外線，因此通過監(jiān)測紫外線，就可以判斷線路的缺陷。

3 特高壓輸電線路無人飛行器巡視模式

3.1 無人飛行器巡視內(nèi)容

輸電線路巡視工作中，需要對桿塔是否存在塔材、損毀的情況進行檢查，確定電氣的運行情況，檢查周邊環(huán)境情況等。對于特高壓交流輸電線路的巡視中，對可靠性要求很高，并且需要面對復(fù)雜多變的外部環(huán)境和線路結(jié)構(gòu)，因此安全運行的壓力和外部風(fēng)險都比較大。在采用無人飛行系巡視的過程中，必須保證其可以掌握線路運行的狀況，能夠發(fā)現(xiàn)沿線的缺陷情況，從而給線路的維修提供足夠資料，主要的巡視內(nèi)容如表1所示。

3.2 無人機飛行器模式應(yīng)用分析

無人飛行器在運行過程中，包括了通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、巡檢系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)來完成任務(wù)，由于特高壓交流電線路所處的環(huán)境比較復(fù)雜，所以需要做好對無人飛行器的優(yōu)化和控制工作，為巡檢工作創(chuàng)造保證。

3.2.1 無人飛行器的管制方法

對飛行器的管制包括靜態(tài)管制和動態(tài)管制，靜態(tài)管制中包括了根據(jù)航空法規(guī)、制定全國性、地區(qū)性和臨時性的飛行管制，通過對飛行管制區(qū)和飛行管制分區(qū)的劃分，確定航路，尤其要避開禁飛區(qū)、限制區(qū)和危險區(qū)。動態(tài)管制包括了審查和批準(zhǔn)管制區(qū)域內(nèi)、飛行管制區(qū)內(nèi)的飛行申請，實時進行飛行調(diào)配，以及監(jiān)督飛行計劃，并且按照飛行規(guī)定指揮飛行活動。對無人飛行器的飛行，需要根據(jù)《民用無人機空中交通管理辦法》等相關(guān)法律規(guī)范[4]。目前，隨著法律法規(guī)的完善，無人機飛行的限制要求正在減少，因此目前在巡線模式上，也要根據(jù)特高壓交流輸電線路巡線的需求制定。

3.2.2 無人機飛行器的巡線模式

無人機飛行器和檢測器有很多種不同的組合方式，而且由于無人機本身的負重能力、巡檢工作需求，因此也需要做好對檢測系統(tǒng)和無人機的組合，確保巡線工作的效率，以及為巡線的質(zhì)量創(chuàng)造良好的保證?？墒褂玫难簿€模式包括了但無人機飛行器巡線模式和多無人機飛行器巡線模式，兩種模式在運行方式上存在明顯的不同，所以可以根據(jù)實際需要來調(diào)整運行的方式。

（1）單架無人飛行器的巡線模式。在使用單架無人機進行巡線時，必須要根據(jù)無人機的有效荷載搭載多套不同的檢測儀器，巡線的過程中會沿著線路的一側(cè)飛行，以完成對線路狀況的采集工作。所獲得數(shù)據(jù)會被儲存到機載存儲裝置中，返回地面之后再對數(shù)據(jù)進行分析和檢測，從而對線路的運行情況做出研判，在運行過程中，需要有專門的地面站或者移動地面站，為無人機的通信和后勤補給創(chuàng)造條件。雖然特高壓交流輸電線路的長度一般都在1 km以下，但是也超出了絕大多數(shù)無人機的最大航程，而且單一無人機由于荷載比較大，因此航程會更短。所以對單架無人機巡線的過程中需要做好補給點的設(shè)置，如果巡檢無人機的燃料降低到一定值，就自動降落到最近的地面補給站補充燃料，然后重新起飛繼續(xù)進行巡視工作。還可以使用移動補給站補給，地面保障車會在無人飛行器展開巡檢任務(wù)時進行跟蹤，如果飛行器需要進行燃料補給，保障車會自動配合完成補給。

（2）多無人機協(xié)同巡線模式。多無人機協(xié)同巡線時，會有多架無人機搭載不同檢測設(shè)備，這種方法的優(yōu)勢在于可以將巡檢設(shè)備荷載分?jǐn)偟讲煌w行器，所以無人機的巡航距離更長，并且多點同步檢測的速度更快，使用多機分工的協(xié)作效率也比較高。

對同機型協(xié)同巡檢工作，會有多架無人機搭載相同的檢測儀器對線路進行巡視工作，但是由于檢測儀器的重量不同，因此巡線過程中荷載最大的無人機會率先出現(xiàn)燃料不足的問題，因此需要事先制定好補給策略，以便滿足無人機自動巡視工作的要求。而在多機型協(xié)同巡視工作中，則要根據(jù)不同類型的飛行器的飛行特性選擇其巡檢內(nèi)容，例如固定翼無人飛行器的速度比較快，而且擁有較高的飛行高度，因此可以比較快速地掌握線路的總體運行狀況，然后再使用旋翼機對固定翼無人機所發(fā)現(xiàn)的隱患和異常位置進行重點檢測，就可以獲得比較準(zhǔn)確的巡線結(jié)果。

4 結(jié)束語

無人飛行器由于具有極高的靈活性，并且成本較低，因此在對特高壓線路的巡檢工作中擁有較大的優(yōu)勢。在實際應(yīng)用中，應(yīng)該做好對無人飛行器巡檢策略的設(shè)置，合理應(yīng)用各項巡檢設(shè)備，及時發(fā)現(xiàn)線路的異常。

參考文獻

[1] 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].北京：華北電力大學(xué)，2014.

[2] 王淼，李源源，陳艷芳，等.大型固定翼無人機在架空輸電線路中的應(yīng)用模式研究[J].測繪通報，2017（S1）：159-163.

[3] 何惠清，朱昱，袁煒.小型多旋翼無人機在架空輸電線路巡檢應(yīng)用探索[J].江西電力，2017，41（8）：32-35.

[4] 鄧元婧，汪從敏，夏開全，等.架空輸電線路通道環(huán)境的巡視技術(shù)與應(yīng)用[J].浙江電力，2014，33（8）：28-31.