固定翼无人机系统在输电线路巡视中的应用

2018-09-11湖南国网岳阳供电公司杨剑波

大众用电 2018年7期

● 湖南·国网岳阳供电公司黄瑶杨剑波张谦

1 无人机的应用背景

随着全球能源互联网战略的提出，输电线路越来越长，与此同时国家电网公司输电专业存在普遍缺员现象。传统的人工巡线不仅效率低下而且由于地形等因素，导致有些巡检项目无法开展。尤其是在防山火、外破、滑坡、夜间的巡视，人工巡线所花费时间长，人力成本高。虽然采用直升机的人工巡视能够一定程度上解决上述问题，但是由于成本高，应用门槛高，使得其很难作为日常巡线的手段，限制了其推广使用。本文设计了一种固定翼无人机系统，作业范围大，航程时间长，作业效率高，而且不为污泥地带和山区丘陵所困扰。现场应用表明，将自创固定翼无人机系统应用于输电线路日常巡线中，能提高工作效率，缓解人员紧缺的压力，并且成本在可接受范围内，具有很好的推广使用价值。

2 自创固定翼无人机系统

自创固定翼无人机系统包括1架小型固定翼无人机以及地面控制系统。无人机系统的组成如图1所示，包括无人机动力系统、无人机定位系统、机载任务系统等。

图1 无人机系统组成

2.1 固定翼无人机技术参数

为适用电力线路巡视工作的需要，挑选了一款固定翼无人机，表1为该固定翼无人机的主要技术参数。

2.2 固定翼无人机的主要技术性能

（1）飞行控制距离。由于高压输电线路一般都在偏远地区，交通不便的地方，因此固定翼无人机控制距离在20km以上，充分做到大范围的巡检工作。在控制距离范围内，地面控制系统可以通过数据链对无人机进行遥控，传递监测数据、气象数据和视频。

表1 固定翼无人机技术参数

（2）飞行高度。该固定翼无人机飞行高度可高于输电线路100～300m，升限为海拔2000m。

（3）起飞与降落。当风速在小于10m/s，风向夹角小于30°，环境温度介于－20℃～+50℃之间时，该固定翼无人机均能实现正常起飞。巡鹰型固定翼无人机采用手抛或弹射方式，可全自主起飞；采用滑降或伞降回收方式，对环境没有特别限制，人工操作方便。

（4）飞行导航。将事先准备好的输电线路地理坐标信息录入系统中，固定翼无人机就能够实现按照指令自主进行GPS导航巡线。

（5）自动驾驶系统。固定翼无人机以自动巡航模式飞行为主，通过地面站能够实时接收无人机飞行信息。当需要切换其飞行模式时，通过地面站向无人机发出飞控指令，就能对无人机实施安全可靠的实时操作控制。

2.3 信息处理系统

信息处理系统如图2所示，主要由飞行控制系统、任务生成系统、信息传输系统、数据采集系统、数据分析系统以及数据库等组成。

图2 信息处理系统

（1）飞行控制系统。通过数传电台、GPS（全球定位系统）对无人机实现实时控制。

（2）任务生成系统。根据输电线路的位置坐标和地理信息系统(GIS)软件生成数字航图，结合具体的巡线任务要求生成任务目标。

（3）信息传输系统。信息传输系统一方面将无人机巡线过程中的基本信息传输到地面控制台；另一方面当需要切换无人机巡航模式时，则地面控制台通过信息传输系统将命令下达给无人机。地面通过2.4GHz无线传输信号实时与无人机实现链路，通过5.8GHz图片传输可把无人机在上空的图像实时下传，保证了无人机的安全性。

（4）数据采集系统。数据采集系统通过传感器将输电线路的相关信息采集成图像并通过数据传输系统传输到地面控制台。

3 现场应用情况

创固定翼无人机系统在日常巡线过程中，能够根据事先设定好的巡线路径进行自主导航巡线；并实时传输飞行过程中拍摄的线路设备照片以及周边环境照片。当发现可疑点时，可通过指令使其围绕可疑点盘旋飞行并拍摄照片传输给操作人，达到了线路设备普查以及重点目标详查的目的。

相比于直升机巡线，固定翼无人机系统成本低廉，而且对操作人员技术性要求低，便于推广，具有很好的应用前景。

据统计，人工巡视平均每天完成线路距离10km左右，而固定翼无人机巡视平均每小时完成线路距离50km左右，极大地提高了巡线效率。固定翼无人机巡线能够及时发现周边外破、施工、滑坡等隐患；同时能够发现人工地面巡视无法发现的缺陷，如地线的锈蚀等情况。人工开展防山火特巡和蹲守，花费大量人力物力，效率低下。受地形观测视角限制等因素，有些山火还不能及时发现，而利用固定翼无人机在山火易发、高发区域高空密集盘旋开展防山火工作，能及时高效地对山火易发区进行管控。