试论无人机电力线路安全巡检的关键技术

肖毓勇

摘要：我国地域辽阔，不同地方的地形地貌、水文信息、气候环境及地质构造等存在很大的差异。由于输电线路长期曝露在室外，受到风雪雷电等自然灾害的影响，输电线路的杆塔可能出现下沉、电气设备绝缘体破裂及输电线路断开等问题，导致电力故障，造成大范围停电事故。因此，为了确保输电线路安全有序运行，需要定期或者不定期对线路进行巡视，防止线路出现故障问题。由于输电线路运行范围广、运行环境负责，不利于电力线路巡检工作的开展。将无人机应用在电力线路安全巡检过程中，利用无人机的体积小、不容易受到地形环境影响、操作方便等特点，可以提高电力线路巡检的工作效率，降低巡检人员的工作强度。

关键词：无人机;电力线路;安全巡检;关键技术

1无人机技术与电力巡检概述

1.1发展背景

从2016年到2020年，中国的基础电网建设发展迅速。到2021年年底，中国输电线路总长度将超过160万公里。根据相关专家的估计，该数据将继续增长。在这种情况下，对电网线路的检查不可避免地变得烦琐。而如今，现有的检查方法已经有些不合适，因此必须使用无人机进行电气检查。从目前的角度来看，中国的一些省份已经开始运用无人机检测系统，其硬件设备和支持系统也在不断完善，并且专注于无人机检测的新模型正在逐步形成。由于发展周期短，加上其他原因，无人机功率检查组仍然面临人力和设备短缺的问题，总体应用效果受到限制，难以真正提供功率检查支持服务。进入21世纪，知识经济开始兴起，信息技术革命越来越受到关注，智能化和集成化技术变革已经到来，无人机技术最具代表性。新技术的出现，极大地改变了许多行业的生产方法。无人机、电力巡检以及信息管理技术的结合，可以从根本上促进电力行业检查工作的进步与发展，信息技术的添加与集成提供了极大的技术支持。机械检查功能将更加强大，使其成为电力巡检当中必不可少的部分。

1.2构成

（1）无人机。为了符合工业控制相关要求，无人机要求拥有的特点主要包含：首先，无人机需要保持飞行过程的稳定性，就要适应各种类型的工况，因此它的外形设计应具有科学性;其次，它的载荷能力要有所保障，这样才可以搭载采集系统以及其他的一些任务设备;再次，能够完成一些特定任务，类似于电力巡检、清障以及架线任务等;最后，需要拥有远程无线图传等功能。（2）控制站（GCS）。这属于无人机系统里面不可或缺的部分，它能给操控人员提供人机接口以及适合的工作环境等。通常情况下，它负责的工作是航线规划、起飞与降落、任务执行与管理、信息采集以及紧急情况处理等。（3）通信系统。这在无人机以及控制站之间起到重要的连接作用，能够让无人机同控制站完成各类信息与图像的有效传输。（4）设备保障系统。它一般是给无人机的正常工作带来有效的技术支持，为无人机执行任务提供重要的安全保障，使无人机在进行野外作业的时候，能够在电力、油类等相关方面需求上得到满足，从而最终实现转场作业。

2无人机技术在电力巡检信息化管理中的应用

2.1无人机技术

无人机通常与控制站、通信设备和设备支持系统联合应用，已在许多行业中发挥着不可替代的作用。具体来说，无人机和支持技术可以从4个方面进行理解。UAV的形状设计必须遵守流体力学的相关原理，以便在更复杂的条件下稳定飞行，并且需要信息收集设备和其他设备来执行工作，因此需要一定的承载能力。从电源线检查到电线清洁，应该具有多种功能。为了成功完成电力线路巡检工作，需要实现远程传输照片和定位功能。控制站（GCS）作为无人机技术的核心内容，可以为无人机驾驶员提供操作信息和条件，并通常执行诸如路线规划、执行任务控制、数据收集完成、通信系统等任务。无人机与控制站之间的连接对于传达信息是必需的，以便成功执行相关任务，通信系统是一种设备支持系统，可以在两个方向上传输由无人机收集的控制信息和数据[1]。顾名思义，这是一个提供后勤支持的系统，例如无人机的电能和燃料能通过支持系统提供。（1）无人机。为了满足工业控制要求，无人机必须具有以下特征：首先，外形设计必须合理，以确保无人机能够在空中稳定飞行并适应各种工作条件。其次，必须有足够的负载能力来保证。它可以配备信息收集系统和各种工作设备。第三，它可以完成某些任务，例如电力线检查、障碍物清除工作、布线工作、自主检查等。最后，还有远程无线图像传输和定位功能。（2）控制站（GCS）。控制站是无人机系统的重要组成部分，为无人机操作员提供了人机界面和工作环境。它主要负责无人机航路规划、起飞和着陆、任务执行和管理、信息收集、控制计算和应急处理。（3）通信系统。通信系统充当连接无人机和控制站的桥梁，实现了两者之间的控制信息、工作量信息、无人机状态信息、图像和视频的传输。（4）设备支持系统。它主要为无人机的正常运行提供必要的技术支持和安全保障，满足无人机野外作业所需的动力和机油需求，并实现了传输作业的要求。

2.2多旋翼无人机电力巡检系统

多旋翼无人机电力检查系统是一种基于无人机技术和信息技术的图像采集系统，具有多种功能，可以适应复杂的工作条件，可以监测电力线和电线接地的实际运行情况。快速准确地检查线路状况、防雷和接地装置[2]。另外，可以根据通信系统的操作将检查结果及时发送给技术人员，方便技术人员进行数据分析和信息管理。多旋翼无人机功率检查系统的结构相对复杂，可以大致分为：多旋翼无人机的6个部分。多旋翼无人机有几种类型，市场上最常用的一种是A700四旋翼无人机。它的应用优点主要为机身是完全密封的，即使在雨天也可以正常运行。此外，飞行控制系统具有很高的质量，并且具有出色的控制性能。由于其高度的便利性和出色的容错性，飞行状态相对稳定且无事故。它还具有显著的承载能力和耐用性，出色的数据传输能力，因此在功率测试中可以发挥不错的作用。四旋翼无人机的动力系统可分为3个部分：电动机、动力和速度控制系统。电机是无刷电机，电源是锂聚合物电池。整体表现非常稳定。速度控制系统基于控制信号。调整电动机速度以达到速度调整目标。GPS导航系统，如果动力系统是一块肌肉，那么导航系统将是眼睛，它可以为无人机操作员提供跟踪并促进对无人机的全面控制。GPS可以说是无人机检查系统中最重要的部分，可以提供无人机定位服务，以确保无人机检查的安全性和稳定性。无人机的导航系统可以直接执行GPS全球定位。无人机操作员可以预先计划无人机检查路线和距离，并使用PTZ跟踪系统确定无人机检查位置和情况。还可以直接调整PTZ的角度，从而达到拍摄特殊位置（例如铁塔和电线）的目标。无人机电力检查系统的信息收集主要是薄膜和返回极、电线、接地装置等。因此，该信息收集系统主要装有热红外成像系统和可见光收集设备，可以在短时间内完成从电源线收集信息的任务。为了确保采集的准确性和有效性，通常会选择固定焦点相机和变焦相机的组合，并且两个相机一起工作以完成诸如拍照和录像的任务。热红外成像系统的功能是收集电气设备和电线表面的温度。在夜间检查期间，借助温差查找难以发现的区域和相对隐蔽的故障点，从而从根本上改善无人机的性能，并提高检查系统的有效性。由无人飞行器信息收集系统收集的各种数据和信息，将会通过信息传输系统传输回地面，并在其真正发挥作用之前立即进行分析[4]。当然，也可以根据用户的需求直接传输到电网配电中心，实现面向信息的数据管理系统。无人电力检查系统必须具有实时控制功能，才能可靠、平稳地完成线路巡检过程，而控制系统可以实现这一点。该控制系统可以管理主要由无人机收集的各种照片、视频和视频数据的分类信息，这很有用处。因为它可以准确地存储按地址和收集者所收集到的数据，便于技术人员立即定位故障。

2.3电力巡检作业流程

中国基础设施建设对电力线的快速发展和检查工作提出了越来越多的要求和挑战。过去的功率测试策略现在显然已经不再先进，因此使用无人机进行巡检作业至关重要。无人机可以在中低海拔高度灵活移动和飞行。配备专用设备时，它还可以具有定位、拍摄、成像和传输等功能。操作方便，速度快。最重要的是，可以获得信息技术的支持。这样可以有效地完成了复杂地形中的电力线检查任务，大大降低了检查人员的难度。

3结语

总体上看，无人机技术在电力巡检中的应用研究，为电力巡检的信息管理、实时信息的收集和传输、檢查结果的智能管理以及任务评估方面提供了新的解决方案，带来了有效的技术支持。通过在电力巡检工作中连续运行无人机巡检系统，并将北斗导航系统应用于无人机巡检系统，使得无人机线路巡检成为一种更安全、更高效的巡检工作方法。实现电力巡检自动化和信息管理，加快电网智能巡检的速度。

参考文献

[1]邵瑰玮，刘壮，付晶，等.架空输电线路无人机巡检技术研究进展[J].高电压技术，2020（1）：14-22.

[2]刘智勇，赵晓丹，祁宏昌，等.新时代无人机电力巡检技术展望[J].南方能源建设，2019（4）：1-5.