无人机巡检输电线路技术的应用与分析

2013-04-11李德波许启金

宿州学院学报 2013年8期

张永，李德波，吴翔，许启金，郑浩

1.宿州供电公司安全质量监察部，安徽宿州，234000；2.宿州供电公司输电运检工区，安徽宿州，234000

输电线路多分布在荒郊野外，地形复杂，人工巡视困难。线路设备在遭受狂风、暴雨、冰雪等自然原因和违章施工碰线、搭设塑料大棚、植树等人为原因破坏后，须迅速查找故障点，分析故障原因，这对线路运维单位查找故障点的准确性和及时性有着很高的要求[1]。因此，探索能够迅速、简单、准确地查找到故障点，能够实现多角度、全方位地观测检查隐性或潜在的安全隐患的方法，是当前线路运行部门面临的一个重要课题。

1 无人机的设计研制

1.1 技术要素

(1)UH采用常规直升机气动布局，可携带图像采集与传输设备，在飞行中采集输电线路上的目标视频图像，并通过无线图像传输设备下传到后台，以实现输电设备的巡检与故障查询功能。

(2)M4R采用4个旋翼对称分布的气动布局，具有良好的起降与悬停能力。安装有减振云台和无线图像传输设备，可携带微型高分辨率图像采集设备(如数码相机)，对输电线路特定目标实施高清晰度采集、存储与远程传输，并能够通过地面站对输电线路设备进行远程监视。

1.2 系统组成

(1)UH无人机由遥控直升机本体、减振悬挂装置、影像采集与无线传输设备、地面影像监视与操控系统等部分组成。

(2)M4R无人机包含两个主要部分：M4R无人机和地面站。

1.3 功能描述

1.3.1 无人机的主要功能

(1)UH无人机由人工遥控飞行或悬停在输电线路附近(满足输电线路安全距离要求)，然后进行线路设备图像的实时采集与传输。

(2)M4R无人机在地面站的引导下，沿着输电线路飞行并到达设备附近(满足输电线路安全距离要求)。其主要功能有自主悬停在特定空间位置，以提供合适的图像角度；通过调节M4R的航向和减振云台，调整图像采集设备与被检测设备的光学角度和距离；进行设备图像的实时采集与传输；按人工操作控制指令，沿输电线路进行飞行检测。

1.3.2 地面站的主要功能

M4R地面站的主要功能有与M4R无人机进行遥控遥测通信；引导M4R无人机飞行到预定的检测位置；接收无人机传回的检测图像；对无人机的飞行状态和云台状态进行操作控制。

1.4 关键技术和创新点

(1)基于自主悬停、自主导航飞行技术的四旋翼无人飞行器用于输电线路巡视和检测，进行输电线路跳闸后故障点查找，并由此建立健全了输电线路全工况立体巡检系统。

(2)具有输电线路防碰撞保护功能的四旋翼无人飞行器用于输电线路巡视和检测，以及发生覆冰、大风、洪灾等灾害性天气时对输电线路的灾害分析。

(3)地面实时监控及影像防抖降噪技术用于输电线路巡检，无人机上携带的可见光视频可以通过3G网络传输给远方管理人员。

(4)优化M4R无人机一体化设计与输电线路快速检测系统，解决流线型机身的碳纤维制作工艺问题，解决锂电池选型、机体重量、旋翼升力、电机选型，优化结构设计、旋翼设计、空气动力、结构强度、飞行控制等。

(5)自主悬停和飞行控制系统具备自驾和手动模式两种工作模式，自主悬停状态下可通过地面站的高清监控录像检查线路；保留手动模式，并能够按照预定路线自主导航飞行、巡检线路。

2 无人机推广应用

2.1 应用效果

借助无人机巡检输电线路技术，可实现多角度、全方位的高空巡检，减少日常巡检和故障查找过程中的带电作业和高空作业，降低架空输电线路巡检工作强度和安全隐患，提高巡检工作效率和质量。特别是在恶劣天气中，铁塔打滑时，代替人工登杆、走线，为电网安全稳定运行提供了一种可靠的方法。可以降低人工巡视成本，保障线路运行安全和社会生产生活用电。无人机输电线路巡检技术在宿州供电公司有着很大的应用空间，目前已在220 kV汇姬2732等线路上成功使用，并在2012年宿州供电公司联合市政府举办的“宿州市迎峰度夏应急演练”中发挥了重要的作用。