500千伏输电线路导地线无人机自主智能巡检研究

孙宏彪

（国网江西省电力有限公司检修分公司，江西 南昌 330000）

500 千伏输电线路导地线无人机自主智能巡检研究能够有效解决输电线路运检应急反应不够迅速的能力，切实达到减负增效的目的，为国网系统生产指挥部门快速、准确获取输电线路第一手信息，实现高效、科学决策，保证输电线路安全运行提供了最新的技术解决方案，同时也是电力应急联动系统的重要组成部分。江西省地区雷害严重，线路防外力破坏形势严峻，因此，利用无人飞行器进行全自动自主巡视，能够第一时间掌握线路情况，为抢修工作提供科学直观的指导依据。该成果推广后，不仅能够极大地提高巡检效率，极大降低人工巡检的劳动强度，同时，利用多旋翼无人机的灵活机动特点，使得巡线人员能够完全按照巡线任务的要求进行详细线路查看，不仅保障了人员的人身安全，节约了大量的人财物等直接经济成本。同时，故障点的及时发现能够使得生产运维人员及时处理，保障线路的正常运行，不因线路故障停电而造成的重大经济损失，同时，安全供电保障，也为企业生产，人民生活带来了极大的经济效益，具有极大的经济效益与重大的社会效益。

一、500 千伏输电线路导地线无人机自主智能巡检概述

无人机的导地线智能跟随技术，是利用激光雷达测量数据控制自主调整无人机飞行姿态，使无人机跟随导地线自主巡航，同在巡航过程中自主完成对输电线路拍摄及测量导线与线行树木（障碍物）距离等数据采集并在巡航结束后生成巡检报告。无人机的导地线智能跟随技术的研发应用是输电线路巡检方式的一次重大突破，具有里程碑意义。无人机的导地线智能跟随技术的研究，切合符合目前所提倡的输电线路线路信息化、智能化、安全化的全面要求。同时，它减轻了运行部门日常巡检的工作量，对系统安全运行具有重要意义。

二、主要研究方向

（一）研究巡检无人机与架空导线自适应距离智能调节技术

近几年国内多旋翼无人机检测电力巡检系统逐渐发展起来，但是现有的无人机电力巡检系统只采用可见光图像和视频对输电线路走廊进行巡视，检测手段单一。现有的无人机巡视系统只能对架空线路做粗略的巡检，只能对较大的缺陷才能发现。并且巡检得到的影像资料只是抽样取点，不能全覆盖地对导地线进行高清拍摄。多旋翼无人机搭载的高精度雷达距离测量装置收集数据，通过高性能单片机实时对激光雷达数据进行解析计算。可实现无人机与架空导线的垂直距离、水平距离保持固定,得到稳定完整的架空高压线影像信息。多旋翼无人机巡检系统经调试完成自检后，通过微控制器进行辅助起飞，待飞行稳定后，切换至自动飞行状态（可自动飞行或者手动飞行)，同时地面监控计算机可以实时监测多旋翼无人机的飞行状态，监控巡查设备以及剩余电量，并能通过地面移动便携中心向多旋翼无人机发送的控制命令，使之完成相应的动作。多旋翼无人机可沿着既定路线路巡检，又可悬停在某处对线路进行细致观察。无人机搭载激光雷达设备，通过激光雷达扫描数据自主调整无人机飞行姿态，巡航前只需在地面设置好相关参数（如飞行速度、与导地线距离等），无人机飞行锁定导地线启动巡航模式，无人机即与导地线保持固定距离沿导地线巡航飞行，巡航过程中无人机将根据线路走向、弧垂高低自主调整飞行姿态，不需要人工干预。

（二）手动操作多旋翼无人机进行架空输电线路精细化巡视存在的不足

手动操作多旋翼无人机进行架空输电线路杆塔精细化巡视由于受到电场磁干扰的影响，所以无人机靠近线路以及杆塔进行近距离拍摄时容易产生不可控的因素，而精细化巡检作业必须靠近导地线才能拍摄出足够清晰的照片。另外，手动操作旋翼无人机在高压线附近或者进行超视距飞行作业时，由于图传被干扰以及没有可以检测导地线的避障模块，容易发生无人机与导地线等电力设备进行碰撞而出现的坠机甚至是线路跳闸的故障。手动操作旋翼无人机只能对架空线路巡检得到的影像资料只是抽样取点，不能全覆盖地对导地线进行高清拍摄。特别是当出现断股或者雷击点或者外部碰撞导致线路跳闸，由于故障缺陷点很小，普通的抽样巡视方式难以发现缺陷点所在。

（三）研究一种可识别导地线弧垂变化的技术

通过建立输电线路的数字模型，当雷达扫描到不同角度、不同距离的物体时，控制器会根据角度与距离通过三角函数推算出各物体间的距离，通过一些逻辑算法可分辨出架空导线以及前方杆塔的准确距离，然后通过通信模块将数据传回地面监控端。实现无人机设备对导地线的准确识别。可正确识别500 千伏直线、耐张塔的四分裂导线和地线（OPGW 光缆），并区分导线相别。激光测距无人机跟随导地线自主巡航巡检系统，采用GPS 定位与激光雷达扫描相融合导航技术，极大的将无人机锁定在与高压线保持相应的水平距离以及垂直距离的区域内，GPS 定位可确定巡检塔段，解决塔段区域导航，利用激光雷达扫描识别高压线相对于无人机的相对位置，使得无人机能与高压线保持一定的水平距离以及垂直距离跟随高压线的走向进行巡检。无人机的全自动巡检不受地形变化以及高压线弧垂的影响。

（四）研究智能跟随导线的自主巡检技术

当无人机识别出导线后，可启动锁定导线的巡航模式，实现无人机与导线保持固定距离并沿导线巡航飞行。飞行过程中无人机可根据线路走向、弧垂高低自主调整飞行姿态。

（五）研究巡航结束后通过程序对拍摄的图片重命名

无人机在巡航过程中根据画面宽度，以可设置参数固定间隔对导线自主拍摄，巡航结束后，通过软件对拍摄的图片根据拍摄地点与小号杆塔距离批量重命名。如200.JPG，即该图片拍摄的位置是距离小号杆塔200 米。线路运维人员可根据缺陷点图片确定缺陷点的具体位置。

（六）研究开发导地线智能跟随飞行无人机设备

通过研究开发导地线智能跟随飞行无人机设备，通过上诉无人机跟随飞行相关算法导入，利用机载计算机快速解算数据并反馈无人机飞控系统，做出正确的跟随飞行控制，保证飞行起在跟随飞行过程中，保持与导地线5cm以内的位置误差。

结语

无人机输电线路导地线智能巡检系统研究及应用能够有效提升线路运检应急反应能力，达到减负增效的目的，同时可以准确获取输电线路第一手信息，实现高效、科学决策，保证输电线路安全运行提供了最新的技术解决方案，同时也是电力应急联动系统的重要组成部分。江西省地区雷害严重，线路防外力破坏形势严峻，因此，利用无人机进行全自动自主巡视，能够第一时间掌握线路情况，为抢修工作提供科学直观的指导依据。