高壓輸電線路的無人機(jī)電力巡檢技術(shù)研究

陳榮，徐浩

（1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司淮安供電分公司，江蘇淮安，223001；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇南京，211106）

1 無人機(jī)功率檢測技術(shù)介紹

在無人機(jī)功率檢查任務(wù)中，除了對無人機(jī)本身質(zhì)量的特定要求外，整個系統(tǒng)中的每個模塊還具有自己的技術(shù)特征和問題，每個模塊直接影響整個系統(tǒng)檢查的效率和準(zhǔn)確性。

1.1 巡線和避障技術(shù)

在執(zhí)行常規(guī)功率檢查任務(wù)時，無人機(jī)將準(zhǔn)確跟蹤任務(wù)路線，避開路線上可能存在或突然出現(xiàn)的障礙物，并在避讓完成后繼續(xù)進(jìn)行檢查。當(dāng)前的無人機(jī)巡檢技術(shù)主要通過GPS定位/導(dǎo)航技術(shù)和基于攝像頭的視覺技術(shù)來實現(xiàn)，但是由于飛行過程中的惡劣天氣，無人機(jī)很容易受到干擾，造成視覺異常，降低識別率。因此，為了保證無人機(jī)在檢查工作中的安全性和穩(wěn)定性，無人機(jī)自身以及安裝設(shè)備和各種軟件技術(shù)的硬件質(zhì)量需要進(jìn)一步提高。

1.2 無人機(jī)姿態(tài)控制技術(shù)

無人機(jī)通常重量輕，體積小，在執(zhí)行檢查任務(wù)時容易受到惡劣天氣的影響，變得不平衡或墜毀。同時，無人機(jī)的異常姿態(tài)也會對線路檢查造成影響檢測精度。當(dāng)前，無人機(jī)姿態(tài)控制技術(shù)主要依賴于安裝在無人機(jī)中的飛行控制器。如果無人機(jī)的姿態(tài)異常，則飛行控制器會根據(jù)當(dāng)前無人機(jī)的特定姿態(tài)、線速度、角速度、加速度等來調(diào)整無人機(jī)的行為，以確保無人機(jī)恢復(fù)正常飛行并進(jìn)行巡邏。

1.3 無線通信技術(shù)

執(zhí)行檢查任務(wù)時，無人機(jī)可以維持與地面服務(wù)器的實時無線連接，并實時返回?zé)o人機(jī)狀態(tài)信息，任務(wù)信息，捕獲的圖像，視頻等數(shù)據(jù)信息，它還從地面服務(wù)器接收數(shù)據(jù)、控制信號，并提供反饋等。但是，功率檢查環(huán)境非常復(fù)雜，經(jīng)常充滿變化和不確定性。該系統(tǒng)的無線通信技術(shù)需要強(qiáng)大的抗干擾能力，以及足夠的傳輸速度來支持圖數(shù)信息傳輸，確保能夠及時、準(zhǔn)確的完成輸電線路的電氣檢查任務(wù)。

1.4 故障檢測技術(shù)

當(dāng)前，無人機(jī)的電力檢查工作包括無人機(jī)巡檢時采集相關(guān)圖像和視頻，并由地面服務(wù)器對接收到的圖像、視頻等進(jìn)行分析，實現(xiàn)輸電線路的健康狀態(tài)評價并確定是否存在缺陷或故障。常見的故障分析方法包括溫度測量分析和線性形狀分析。影響故障檢測準(zhǔn)確性的主要因素包括拍攝角度、圖像和視頻文件的清晰度以及分析技術(shù)的準(zhǔn)確性等。每個部件的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性決定了輸電線路整體故障檢測的準(zhǔn)確性，因此不可忽視。

2 無人機(jī)智能檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)

智能檢查技術(shù)可以為電力系統(tǒng)提供重要的檢查計劃。該技術(shù)包括一個中央控制核心，主要模塊由服務(wù)終端、工程車輛、電池充電柜和便攜式無人機(jī)組成。智能檢測系統(tǒng)集成了任務(wù)接收、自動巡檢、數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)同工作等功能，能夠執(zhí)行長距離，中距離和短距離等3D智能功率檢查工作。無人機(jī)檢查技術(shù)主要包括作為控制中心和運輸?shù)囊幌盗斜O(jiān)測技術(shù)。固定翼無人機(jī)技術(shù)通常使用遠(yuǎn)程控制圖像來監(jiān)視導(dǎo)線、地線和絕緣子的特定狀況，適用于大規(guī)模檢查和屏蔽傳輸線，檢查半徑在5～10km。如果線路發(fā)生異常，作業(yè)人員可以使用無人機(jī)檢查技術(shù)到達(dá)現(xiàn)場，然后使用旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī)檢查技術(shù)或兩棲無人機(jī)對異常位置并進(jìn)行細(xì)致檢查。近年來，我國的電力公司的一些人員制造了民用無人機(jī)，因為無人機(jī)具有更好的系統(tǒng)，但在檢查電力系統(tǒng)的傳輸線方面存在較多的困難和局限性。根據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)，無人機(jī)檢查技術(shù)已應(yīng)用于輸電線路常規(guī)巡檢工作，不僅提高輸電線路的運行和維護(hù)水平，提升輸電線路巡視質(zhì)量，還有效降低了輸電線路人工巡視強(qiáng)度，以及相關(guān)設(shè)備的運維工作量，從而更好地降低企業(yè)的運維成本。

3 應(yīng)用無人機(jī)電力巡檢技術(shù)的重要性

首先，輸電線路周圍環(huán)境復(fù)雜、覆蓋范圍廣。通常，大型電源網(wǎng)絡(luò)由較多的負(fù)荷中心組成。為了確保公用事業(yè)具有足夠高質(zhì)量的電力，相關(guān)的電力網(wǎng)絡(luò)也安裝在陡峭的地形和惡劣的條件下。因此，輸電線路、電線桿、鐵塔等運行環(huán)境較差，電力傳輸功能可能會受到削弱，輸電線路的檢查工作尤為重要。其次，詳細(xì)分析我國各個地區(qū)的電力公司的人員配備情況，各個級別的城市中約有100名輸電人員，輸電線路綿延數(shù)千公里，但在平原上，丘陵和山脈遍布大約相同，每個占1/3。生產(chǎn)一線線路檢查的人員較少，受到地形限制，崎嶇地區(qū)輸電線路巡檢周期較長、頻次較低，諸如維護(hù)、檢修之類的任務(wù)，因此，線路檢查工作很難很好地完成。最后，電動無人機(jī)是一種新型的電檢機(jī)，具有許多可靠性能的開發(fā)技術(shù)，如無線遙控技術(shù)和固定水平導(dǎo)航技術(shù)，這是當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)。無人機(jī)出色的遠(yuǎn)程控制性能可以大大提升工作效率，所涉及的工人不必親自在困難的條件下檢查桿塔、導(dǎo)地線。更重要的是，無人機(jī)的檢查更加細(xì)致。工作人員可以操控?zé)o人機(jī)對桿塔、金具等進(jìn)行仔細(xì)觀察，避免了手動檢查過程中肉眼看到的視覺偏差以及光學(xué)器件性能而引起的錯誤。此類應(yīng)用程序通?；谔厥鈪^(qū)域的檢查，這是因為無人機(jī)具有較低的出行成本、較高的可操作性和出色的安全性能。因此，使用無人機(jī)檢查高壓電力線有效地降低人力資源成本、資源和材料。簡而言之，無人機(jī)在電力線檢查中的應(yīng)用是可擴(kuò)展的。

4 高壓電力線電路檢查

故障檢測（如支撐故障，塔架故障和某些設(shè)備故障）在高壓線路檢查中至關(guān)重要，有助于確保高壓電力線的可靠性和安全性。高壓電力線具有遠(yuǎn)距離、功率大等特性（例如它們的廣泛性和高度環(huán)境敏感性），特別容易受到檢查期間的環(huán)境安全的影響。尤其在偏遠(yuǎn)的山區(qū)，對高壓輸電線路的檢查特別困難，并且需要相關(guān)人員擁有更多的體力。因此，輸電班組使用無人駕駛飛機(jī)巡檢線路，不僅提高了員工的人身安全性，使員工的工作更加輕松，還提高了巡檢效率，檢查結(jié)果顯著提高，其維修的質(zhì)量也大大提高。無人機(jī)還可以發(fā)送和存儲記錄的數(shù)據(jù)，從而使相關(guān)企業(yè)可以對輸電線路和電網(wǎng)進(jìn)行更加準(zhǔn)確、全面的控制。

5 當(dāng)前無人機(jī)檢查模式及改進(jìn)方法

當(dāng)前，無人機(jī)檢查有四種類型。一種是通道檢查，以檢測輸電走廊周圍的工程事故和特定事故。第二種是主要用于高壓輸電線路的精細(xì)掃描。第三種是調(diào)查故障區(qū)域，分析并確認(rèn)故障區(qū)域的損壞程度和故障原因。第四種是自然災(zāi)害時的特殊工作，調(diào)查高壓電源線的損壞，在探測器的幫助下詳細(xì)調(diào)查損壞了哪些設(shè)備、損傷區(qū)域及損壞程度。故障巡檢主要根據(jù)所拍圖像、掃描結(jié)果和被監(jiān)視對象的特定條件進(jìn)行特定檢查，并根據(jù)特定條件和故障執(zhí)行故障排除和特殊任務(wù)。

當(dāng)前，無人機(jī)檢查仍然存在許多問題。例如，無人機(jī)只有一種檢查方法，而手動操作是主要方法。在工作時，需要不斷調(diào)整無人機(jī)，以便可以更近地拍攝目標(biāo)。然而，以這種方式拍攝的照片仍然具有缺點。第一是，無人機(jī)使用手動操作。人工操作水平直接影響無人機(jī)的工作水平，不正確的操作很可能會損壞線路。無人機(jī)進(jìn)行信息收集時，容易受到地理環(huán)境的影響，造成結(jié)果不完整。第二點，信息的形成主要取決于可見光波。地理信息收集的數(shù)據(jù)信息無法量化，與現(xiàn)實之間存在較大差距。第三點，在特定的操作過程中，無人機(jī)獲取信息的方式同人工巡視相反，無需特殊使用即可收集信息。關(guān)于以上問題，我們從以下幾個方面進(jìn)行考慮：第一個方面，在使用無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的同時，利用GIS技術(shù)旋轉(zhuǎn)拍攝角度。第二個方面，巡邏和檢查不同的物體時，無人機(jī)使用不同的GPS沿固定方向飛行并收集正射影像，以便于測量。第三方面，作業(yè)人員可以對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和管理，以便快速找到信息。

因此，應(yīng)該構(gòu)造一個操作狀態(tài)數(shù)據(jù)模擬生成系統(tǒng)，以便模擬現(xiàn)場輸電設(shè)備的操作狀態(tài)數(shù)據(jù)，并用于操作員監(jiān)視數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)比對、現(xiàn)場校驗，最終實現(xiàn)數(shù)字驗收。同時，無人機(jī)的存儲空間不斷增加，掃描范圍不斷擴(kuò)大，覆蓋范圍不斷變廣，從而節(jié)省巡檢作業(yè)中的用能成本。

6 使用無人機(jī)進(jìn)行功率檢查的技術(shù)過程

6.1 通道檢測

通道檢測是通過檢查特定半徑范圍內(nèi)的設(shè)備狀況來確定通道是否安全。主要目的是檢測周圍是否存在影響導(dǎo)線運行的障礙物。同時，通道檢測可以檢查高壓通信路徑是否被污染，排水/防洪設(shè)備是否損壞以及鐵路橋梁是否變形。在UAV檢測環(huán)境中拍攝的照片和視頻無法滿足公用事業(yè)的需求，并且無法基于這些數(shù)據(jù)開發(fā)合理的解決方案。因此，UAV監(jiān)視通道不僅可以收集照片和視頻，還可以創(chuàng)建特定的飛行路線以形成正射影像，從而使公用事業(yè)公司在特定區(qū)域，距離，區(qū)域特征等方面更加準(zhǔn)確的獲取數(shù)據(jù)。

6.2 無人機(jī)檢查數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用

使用無人駕駛飛機(jī)拍攝時，可以在拍攝角度，更高的像素點上獲得更大的靈活性，并保存拍攝中獲得的數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)可進(jìn)行集中存儲和專人管理的方法，提高利用率。首先，通過使用GIS系統(tǒng)允許無人機(jī)收集有關(guān)區(qū)域地理信息和區(qū)域環(huán)境狀況的數(shù)據(jù)，特定設(shè)備可以響應(yīng)所收集的信息和特定障礙物，對以后的維護(hù)非常有用。其次，可以使用無人機(jī)捕獲各種數(shù)據(jù)，特定設(shè)備和特定環(huán)境條件，以捕獲特定坐標(biāo)信息并提高控制水平。其次，可以將無人機(jī)收集的信息與先前收集的信息進(jìn)行匹配，高壓輸電線路的及時性和電網(wǎng)信息可保持最新狀態(tài)。然后，每次使用無人機(jī)獲取信息時，按時間順序?qū)ζ溥M(jìn)行標(biāo)記，對電網(wǎng)故障情況有更多的了解。最后，作業(yè)人員對導(dǎo)地線、電塔等信息進(jìn)行分析，對電線桿和電塔的各種潛在危險做出準(zhǔn)確判斷，并相應(yīng)地確定故障的位置，這將進(jìn)一步提高塔架管理的效率。

6.3 精細(xì)掃描

為了確保整個輸電網(wǎng)絡(luò)的安全性，無人機(jī)系統(tǒng)采用精細(xì)掃描方法。例如，如果滿足UI設(shè)備的某些條件，則應(yīng)徹底檢查許多微型設(shè)備，包括絕緣體和接地設(shè)備。精細(xì)掃描主要用于記錄相關(guān)的特定信息，如無人機(jī)的地理位置、高度和區(qū)域。其記錄的數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)的手動操作更準(zhǔn)確。

7 結(jié)束語

通過使用無人機(jī)進(jìn)行檢查，可以有效地解決傳統(tǒng)檢查無法解決的隱患。在未來，無人機(jī)技術(shù)檢查高壓電力線將變得很普遍。但是，我國目前的無人機(jī)技術(shù)水平有限，無人機(jī)巡檢過程中仍然存在一些問題。因此，我們需要在使用中不斷修正，并進(jìn)行針對性的研究，以使無人機(jī)更好地滿足輸電線路運維與檢修的需求。