多旋翼无人机在电力巡线中的应用

冯 凯

（国网保定供电公司，河北保定071000）

0 引言

架空电力线路覆盖区域广、环境复杂。目前主流的巡线方法是用望远镜进行人工巡线，效率低，耗时长，受地形限制大。而多旋翼无人机技术的发展，为电力巡线提供了新的研究方向。

目前国内外电力领域对于无人机应用于电力巡线的研究，主要有采用固定翼无人机进行线路设计前的勘查工作以及进行线路通道状态的巡视工作，采用多旋翼无人机对线路杆塔进行精细化巡线等。各网省公司近年来针对电力巡线也推出了一些无人机项目，大多是与无人机厂商达成合作，租用或者选购其无人机成品进行线路巡视，积累了宝贵的经验[1]。

1 多旋翼无人机巡线系统的结构和原理

多旋翼无人机仅仅是一个能够飞行的机械平台，必须增加相应的功能构成完整的系统才能用于电力线路的巡视。进行电力巡线的多旋翼无人机系统一般包括以下几个主要的部分：动力系统、控制系统、通信系统、任务系统（也可称为“航拍系统”）等。几部分通过相应的电路与模块进行有机组合，最终组成一套完整的多旋翼无人机系统。

其中，动力部分包括提供飞行动力的电机、进行速度控制的电调、提供升力的桨叶、电池组及相应的电子线路。控制系统由飞控板、相应的传感器及与控制相关的GPS模块等构成。通信系统主要由电台、数据传输模块、图形传输模块、地面站、操作手柄等部件构成。任务系统主要由拍摄云台及数码相机配合相应的通信系统构成。根据不同的需要，无人机可加载不同的模块，进行功能的扩展。

如图1所示，采用多旋翼无人机进行电力巡线的原理是：以多旋翼无人机为基本平台，加载高清照相机或者红外检测设备，通过通信链路与地面站数据传输系统、图像传输系统相连接；由操作人员操作无人机飞行至杆塔相应位置悬停，从地面站图像传输系统寻找疑似缺陷部位，操作云台照相机进行拍照或者红外检测。待无人机降落后，取出拍摄的照片，进行缺陷确认或分析，从而发现相应的缺陷，制定检修计划，保障线路正常运行[2]。

图1 多旋翼无人机电力巡线原理图

2 多旋翼无人机在电力巡线中的典型应用

2.1 采用照相机进行精细化巡线

多旋翼无人机在电力巡线中最常见的应用是采用照相机进行精细化巡线。精细化巡线即工作人员操作无人机围绕杆塔进行全方位立体的巡检，确保面面俱到不留死角，每一处金具销钉等都要进行拍照，待工作结束后取出照片进行缺陷的查找，为检修提供资料数据。采用照相机进行巡线，发现的缺陷主要集中在金具螺栓销钉、绝缘子、导地线、均压环、杆塔等位置，能够发现细微缺陷，提高巡视效率[3]。

2.2 采用照相机进行精准缺陷判定

地面巡视人员进行巡视发现的一些疑似缺陷，由于角度问题，难以拍到合适的照片或者难以确定缺陷类型，可以使用无人机进行精准缺陷判定。

案例：某500 kV线路巡视过程中发现耐张塔引流板处疑似露出螺栓孔，怀疑缺少螺栓，但地面各角度拍摄照片，均无法清晰地获得引流板处缺陷。而登塔检查，由于耐张塔绝缘子串角度沿着塔身方向，站在塔身上难以看到引流板处缺陷。最终为了判定是否存在缺陷，采用无人机进行精准缺陷判定。

无人机起飞后，先从塔身外侧对引流板处进行拍照，得到外侧引流板处的照片。再操作无人机从两相导线中间飞入，从引流板内侧进行拍照，得到内侧引流板照片。现场在电脑上处理照片，得到完整的不同角度的引流板照片。

从导线内侧对引流板进行拍照，可看到引流板下方螺栓处确实存在模糊黑点，疑似缺少螺栓，但可以观察到引流板之间并不存在缝隙。从导线外侧对耐张引流板进行拍照得到的照片，可见引流板上四条螺栓均存在。最后综合分析，认为该处缺陷可以排除。存在疑似螺栓孔的黑点有可能是导电膏等杂物风化所致。后结合线路停电进行登塔检查，验证了无人机缺陷判定的这一结论。

2.3 采用照相机进行冰雪灾害巡视

冬季雨雪冰冻灾害严重，尤其对于山区线路，冬季气温骤降，并伴随毛毛雨天气，极易产生雨雪冰冻灾害。冬季雨雪后山区道路无法行车，巡视人员难以上山，可使用无人机进行冰雪灾害巡视，能够发现断线事故、导地线覆冰状况、杆塔覆冰变形等缺陷。

2.4 采用照相机进行故障巡视

线路绝缘子一般用来使导地线与杆塔保持绝缘，也起到支持导地线的作用。绝缘子缺陷一般为绝缘子破损，玻璃绝缘子自爆，合成绝缘子伞裙破损、裂纹，绝缘子闪络等。对于玻璃绝缘子自爆，地面巡视效果较好，能够及时发现。而对于线路设备跳闸后绝缘子的闪络，无人机巡线能够更精确快捷地发现缺陷[4]。

2.5 采用红外设备进行特殊巡视

多旋翼无人机搭载红外设备，在高空进行红外测温，能够发现地面难以发现的发热缺陷，对于高温大负荷期间的红外测温工作具有重要意义。

3 结语

多旋翼无人机应用在电力巡线方面具有卓越的性能：采用照相机进行巡线，能够发现地面人员难以发现的隐蔽性缺陷，得到缺陷的清晰照片，为设备的安全稳定运行提供技术支撑；多旋翼无人机进行特殊环境以及灾害天气后的巡视，能够节省人力登山的时间以及降低人工登塔的风险，并得到优于人工巡视的巡线结果；无人机进行缺陷判定，简单精确，降低了人工登塔的危险性，保障了作业人员的安全；进行红外巡视，也能够得到令人满意的巡视结果。随着多旋翼无人机在电力巡线中的应用趋于成熟，经验逐渐丰富，必将能够取得更大的社会经济效益。