无人机在输电线路巡检中的应用

陶承志 黄禹铭 李宇程 邹毅立广西电网有限责任公司百色供电局

无人机在输电线路巡检中的应用

陶承志 黄禹铭 李宇程 邹毅立
广西电网有限责任公司百色供电局

陶承志，男（1978- ）本科，民族：汉族，籍贯：广西桂林灵川县，职称：工程师.研究方向：输电线路智能化巡检。

当下，输电线路的电压等级是不断提高的，输电线路的巡线工作对于维护电网的安全、稳定和高效运行发挥着非常重要的作用，也是电网运行的当务之急。我们知道，输电线路一般是跨区域分布的，点多面广，所处地形复杂，往往自然环境比较恶劣，输电线路设备长期暴露在野外，受到持续的机械张力、雷击闪电、材料老化、冰雪覆盖以及人为的影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、舞动等现象，这些情况必须得到及时的修复和更换。绝缘子还存在被雷击损伤、树木生长引起高压放电以及绝缘劣化而导致输电线路事故，杆塔存在被偷盗等意外事件，必须及时处理。传统的人工巡线办法存在工作量大而且工作环境艰苦的缺点，尤其是对山地地区和跨越较大的江河的输电线路的巡查，以及在各种自然灾害和夜晚期间巡线检查，人力成本会提高很多、所花时间也会很大程度的延长、困难非常大，某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还不能完成，无法保障巡线的可靠性。即使通过望远镜等设备，可能一些设备的故障还是不能找出的。

无人机是一种先进的无人驾驶自行飞行器。电力无人机输电线路巡线系统是一个非常复杂的集成系统，他集成了 航空、电力，通信、地理信息系统等多个系统在内，涉及飞行器控制技术、机载遥测遥感技术、现代导航技术、数据链通讯技术、机体稳定控制技术、快速对焦摄像技术以及故障诊断等多个高精尖技术领域。现代的电力无人机具备爬升高、距离远、速度快和自动作业的功能，可以穿越很多复杂的障碍物对输电线路进行迅速的巡线，可以对架空线的金具等各种器件进行全光谱的快速摄像和故障监测。基于电力无人机输电巡线采集数据的专业分析，可以为电网管理和维护提供数据支持。

无人机作业可以大大提高输电维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带油的环境下迅速完成。无人机作业还能使作业范围迅速扩大，而且不为污泥和雪地所困扰。因此，无人机巡线方式无疑是一种安全、快速、高效、前途广阔的巡线方式。

在国外的输电线路巡检中，由电力无人机载遥感仪器巡线的试验工作最早的开始约在上个世纪70年代初期，在几次修改以后，每个被检出的故障耗资呈逐年递减的趋势，到1987年时耗资已经减少到不到原来的一半。其中对接头出现的问题一共分成四种情况，有微热、热、温和异常热，这些也是最主要的问题，然后报告给维修工程师，主要负责的工程师根据负荷、天气来确定检修的先后顺序。在我国的一些输电系统，也都是进行了红外航测线路的试验研究，我们在试验的过程中也本着独立自主的态度，积累了很多我们自己的研究成果和解决办法。无人机巡线工作是一种大量野外作业过程。用无人机进行低空巡线，是一种高效的巡线过程。它不仅能把部分野外的巡线作业转移到室内来做，还能把肉眼所难以发现的、处于萌芽状态的隐患（如：温度升高，轻微放油等）通过红外、紫外成像显现出来。

为了提高低空巡线作业效率，整个作业过程一共是分成两个部分来进行的：长距离线路普查和短距离线路详查。前者主要是利用红外、紫外和可见光遥感设备检查线路有否异常点，后者则利用飞行器在异常点上空多个角度的倾斜摄影，以便管理部门做出决策。

无人机巡线系统

图1 系统组成图

无人机巡线系统的组成

无人机输电线巡线系统主要由以下五部分组成：

低速、低空、长距离航行、长航行时间的先进无人机平台系统

包含红外、可见光至紫外的全谱段的实时遥感系统

微型气象数据采集平台

陀螺稳定平台

信息处理系统

无人机巡线系统的平台

本巡线方案主要包括以下设备：长航时固定翼无人机一架，多用途无人机两架，系统组成框图如图1所示。

无人机的主要技术参数见下表：

无人机主要技术参数（按需方要求，可调整）　EWG-Ⅱ　EWG-E3起飞重量：　16Kg　10Kg最大飞行速度：　110km/h　100km/h巡航速度：　40km～110km/h　40km～100km/h飞行高度：　100-5000m　100-5500m航行距离：　20km　20km航行时间：　≥2h　≥1.5h翼展：　2.2m　3.5m机长：　1.55m　2m控制半径：　2km　2km任务载荷能力：　3kg　2kg

巡线无人机的主要性能指标

无人机的飞行控制距离

由于高压输电线路长度一般在100km，距离公路30km内，因此要求飞行控制距离在10km以上。EWG-Ⅱ与EWG-E3型无人机的航行范围均在10km，而测控范围在高度大于2km，无地物遮挡的情况下，可以达到2km以上。在我们可以遥控的范围里边，我们在地面可以通过控制系统对无人机进行远程的控制，并且可以传递很多的实时监测数据和视频等信息。

无人机的起飞条件

当起降的风速在每秒10m以下，风向夹角小于30°，环境温度在-40℃～+ 50℃范围内均能起飞。

无人机的飞行高度

飞行高度高于导线100M，EWG-Ⅱ型升限为5000m海高，EWG-E3型升限为5500m海高。

无人机的飞行导航控制系统

无人机飞行稳定，采用自稳定能力的摄像云台，可以选择安装红外成像仪、CCD彩色摄像机、紫外线成像仪等摄像设备，具备摄像设备的自动控制摄像功能，这样就便于拍摄地面线路杆塔的高分辨率航空图像。

无人机的稳定飞行控制

对于无人机飞行稳定的问题，我们采取的办法是采用自稳定能力的摄像云台，在这个摄像云台上边可以选择安装彩色CCD摄像机、紫外成像设备、红外成像设备，而且设备的拍摄也是可以通过地面的控制系统进行拍摄，这样就很方便的拍摄地面线路杆塔的高分辨率航空图像。

无人机的自动驾驶系统

飞机以程控方式飞行为主；地面站并能够实时接收无人机飞行信息，发出飞控指令，能对无人机实施安全可靠的实时操作控制。

自动跟踪识别线路杆塔和快速对焦成像技术

有了这种技术以后，可生成高清晰的地面杆塔、线路、绝缘子、金具、树林等可见、红外图像。

总结

当前，随着供电可靠性要求的提高，高电压输电线路的巡检已经变得越来越重要了。人工线路巡检不仅费时费力，而且还有很大的局限性，很多自然环境恶劣，工作人员不容易到达的地方也存在着很大的安全隐患。电力巡检无人机是一种新型的高科技产品。他可以在很大的程度上为现场工作人员排忧解难，降低现场工作人员的难度，从而用更小的付出换来更高的回报。无人机应用于输电线路巡检工作将是一个必然趋势。本文又详细的介绍了实际应用中的两种无人机平台，给出了无人机的各项性能指标，足以证明无人机在输电线路巡检中发挥的巨大作用和应用的可靠性。最后，希望本文的一些内容可以对广大作者有所帮助。