旋翼无人机应用于高压输电线路的巡检

张文瀚 张帅 杨国峰

摘 要：随着电网的不断扩大，以多旋翼无人机为载体的地面监测设备所支持的输电线路巡检系统正在逐步替代传统的输电线路巡检方法，在新形势下的运行维护中，传统的手工检查方法已经无法胜任，因此以多旋翼无人机为载体的高压输电线路巡检方法受到了越来越多的关注。与此同时，处于发展初期阶段的多旋翼无人机还无法满足如今复杂的输电线路巡检要求。对输电线路巡检的特殊要求做出了分析，对当前输电线路巡检无人机中所存在的问题展开探讨。

关键词：旋翼无人机；高压；输电线路；巡检；分析

1导言

输电线路需要对接入端口进行定期巡视，主要依靠人工方式的高压输电线路巡检，有着工作强度大、工作效率底下的缺点并对人身安全有着一定的威胁。随着旋翼无人机技术的发展，已逐渐开始利用多旋翼无人机来进行输电线路巡检系统的设置。无人机大多数属于通用产品，其性能与输电线路巡检的特殊要求还存在着一定的距离，本文主要从高压输电线路特殊需求，旋翼无人机在输电线路中应用的弊端及其未来的发展方向进行展开，为后期旋翼无人机在高压输电线路中巡检的应用提供一定的技术指导。

2高压输电线路的特殊需求

2.1目标小

输电塔中的众多金具就是输电线路无人机检测的对象，其中包括延长环、挂板钉等。与输电铁塔相比，这些金具大多尺寸小，从几厘米到十厘米各种长度不等。

2.2数量多

随着社会用电量的增加，电网建设进程也越来越快，铁塔数量需要进行检修的也越来越多，对于需要检修铁塔的工作量也逐渐增大。

2.3距离远

作为发电厂与变电所、变电站和变电站之间连接的重要电力设施，随着特高压交直流输电的发展，输电线路长度非常长，单条输电线路的长度就已经达到几千公里，为降低工程造价，塔架间设置的距离较大，220kV及以上线路跨度大多超过300m。

2.4环境复杂

高压输电线路所处的环境都十分复杂。大多数高压输电线路都被建立在郊区、丘陵等地区，尤其是在我国北方，输电线路在山区中穿梭，给电力输送以及线路的检查带来很大麻烦。

2.5电磁影响恶劣

高压输电线路的特点是高电压、高电流，输电线路作为裸线，其周围有较强的电磁场存在，输电线路的电磁屏蔽和抗干扰能力强。因此，这对无人机也提出了更高的要求。

3在输电线路巡检中多旋翼无人机的应用局限

目前，多旋翼无人机大多有两种类型。第一种是进行航空摄影的轻型化无人机。第二种是用于完成特定的任务，如喷洒农药和对输电线路进行巡视等的大型化无人机。

3.1续航能力不足

一般多旋翼无人机在目前的市场上一般采用电池供电的方式，续航能力较低，一般只可以维持在30min以内，对输电线路大规模巡检的要求不能满足。

3.2无人机在使用过程中其自身的重量与拍摄所要求质量之间的矛盾比较明显

由于电磁环境的影响，用于输电线路巡检的无人机与带电导体需要保持至少10m的距离，这就对无人机搭载的相机或镜头是否具有变焦功能提出了要求，只有这样才可以在巡检中检测到输电线路上缺少的销子、螺栓等。轻质量、小型的无人机镜头不可能实现变焦功能，而携带变焦相机的大型无人机，又存在着体型大、质量重的缺点，使正常巡视无法顺利完成，所以输电线路在巡检中的应用直接被无人机重量与要求拍摄的质量所限制。

3.3功能比较简单

由于目前多旋翼无人机的功能主要是拍照摄影，用在输电线路上只可以进行日常的输电线路巡視，对于像带电除异物等检修作用远远无法完成。目前，关于旋翼无人机的各种文献还都停留在实验的层面，距离大规模应用还有很长的路要走。

4输电用多旋翼无人机的未来发展方向

在未来，输电线路巡检中多旋翼无人机的应用将得到广泛发展，但无人机在当前市场上的适应性远远不能满足要求。因此，为了适应输电线路巡检的特点，未来多旋翼无人机的传输应具有以下特点。

4.1续航时间更长

由于输电规模越来越大，利用多旋翼无人机进行巡检的任务也会越来越多，只增加无人机的数量来满足工作量的快速增加来满足生产的要求是不可取的，只可以增强多旋翼无人机的续航能力，由于无人机的工作特点，对于无人机中电池的重量也要控制在一定程度内。因此，我们要做的是积极探索新的具有更高能量的电池，保证提高电池容量的同时，不改变电池体积。然后，提高无人机系统的运行效率，将无人机系统的能量损失减少，使无人机系统的续航时间延长。最后，使无人机光伏系统得到一定的开发，采用太阳能充电为无人机提供可持续的动力，提高无人机的续航能力。

4.2抗电磁干扰能力更强

由于多旋翼无人机主要工作在输电线路周围，其电磁干扰特别强，无人机在近距离工作时，链路丢失、控制滞后等问题通常会出现，如此将会严重影响无人机的正常工作。该问题将会极大地制约无人机在输电线路巡检中的应用。如何提高无人机的电磁干扰阻力，降低甚至阻断无人机输电线路的电磁干扰，保证无人机在输电线路附近的正常工作，将是推动输电线路巡检工作发展的一个重要环节，也是无人机发展的关键因素。

4.3地形适应力更好

在山区等地形复杂的地区，多旋翼无人机的使用往往受到限制，因为没有合适的起落地。为了提高无人机的地形适应性，需要开发一种简单、便携的无人飞机起飞着陆平台，作为无人机着陆的辅助工具，以解决无人机着陆点受限的问题。

4.4控制距离更远

目前，大多数多旋翼无人机控制距离可以达到2000 m，约3-4条输电线路。巡检的增加与无人机续航能力的提高伴随着输电线路规模的不断扩大，控制距离范围已经不能满足日后的工作要求。因此，提高地面站信号的收发能力，对未来无人机进行范围拓展，这将是一个十分重要的发展趋势。

4.5抗风性能更高

多旋翼无人机的抗风性能随着塔的高度不断增加更加突出，目前市场上大部分无人机的范围在巡检过程中运行的风速大大超出原有速度。对于多旋翼无人机飞行控制系统，如何使无人机抵抗高强风的能力提高，对于无人机在输电线路巡检领域中也起着重要的作用。

4.6质量更轻

由于输电线路的巡检工作规模不断扩大，质量太大的无人机不能完成输电线路的巡检，再加上有一部分输电线路位于山区地段，为了优化无人机的结构，在保证无人机自身强度的情况下，降低无人机的总体质量，可以不断将其在输电线路巡检中的应用得以拓展。

5结论

高压输电线路具有高杆塔、大距离、复杂环境和电磁效应等诸多缺点，对输电线路多旋翼无人机也就提出了更高的要求。如今市场的无人机产品为通用性产品，续航能力不足，功能相对单一，远远不能满足日益增长的需求，因此，我们需要继续提高高压输电线路的功能，以满足其需求。

参考文献：

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