架空输电线路无人机远程自主巡检关键技术研究和应用

翟超

国网内蒙古东部电力有限公司通辽供电公司 内蒙古通辽 028000

摘要：电力作为现代社会最基础的能源之一在各个行业中发挥着极为重要的作用。随着我国特高压电网建设步伐的不断加快，长距离、大跨越、高海拔的架空输电线路规模越来越大，不仅给线路运维人员带来了巨大的挑战，也使得传统的人工巡检和半自动化巡检模式难以满足当今线路巡检的需要。利用无人机对架空输电线路开展巡检作业，具有巡检效率高、巡检成本低、杆塔顶部巡检效果好、远程操控简单可靠、受环境影响限制小等特点，可以实现对架空输电线路多范围、多频次、多角度巡检。因此，如何快速高效地将无人机广泛应用于输电线路巡检工作中去，必将成为输电线路巡检领域一个研究热题。本文就架空输电线路无人机远程自主巡检关键技术展开探讨。

关键词：输电线路；无人机巡检；无人值守

引言

输电线路巡检是保障电网安全运行的重要方式，随着电网的不断发展，输电线路所经过区域的不断扩大，如何保证输电线路的安全、稳定运行已经成为一个重要的问题。以往传统人工登塔的巡查方法，不仅工作量大，而且运行的时间比较长，无法提高实际巡查效率，特别是在对一些复杂区域进行巡查的过程中，还会面临生命安全威协。无人机的使用，提高了输电线路巡视工作的效率，保证了巡视人员的安全。

1无人机巡检作业流程

（1）巡检空域申报:无人机巡检涉及到输电线路沿线空域的使用，根据我国民用航空器管理办法，在开展巡检任务7天前进行空域使用申报，主要包括巡检飞行空域申报和巡检飞行计划申报，且申报的巡检飞行空域原则上与其他空域垂直间距不小于2km，水平间距不小于20km。（2）巡检计划编制:根据运行单位、安质部、省调巡检意见或架空输电线路实际巡检要求，确定全线、定塔定线或定点巡检内容，并对无人机线路巡检的飞行路线、返航路线等信息进行计划编制、审核。（3）巡检准备:架空输电线路运检单位按照已审核的巡检计划和无人机安全飞行操作手册进行巡检任务准备，主要包括无人机巡检前检查、飞行控制模块检查、通信与信息传输回路检查、动力装置检查与启动、搭载的巡检设备功能校验与检查等。（4）巡检执行:无人机在开展线路巡检作业时，无人机巡检飞手严格按照《架空输电线路无人机巡检技术规程》《架空输电线路无人机电力巡线技术导则》等来进行精准规范的巡检操作。（5）巡检报告:对架空输电线路无人机巡检情况的梳理与汇总，为线路今后的运行维护、技改大修等提供可靠的数据参数。

2现阶段输电线路巡视检查的主要内容

2.1线路本体的安全巡查

在安全巡查时，主要的工作内容有地面的巡查和基面的巡查等，还包括了杆塔的巡查，要对杆塔的损坏情况进行检查，还要对倒塌等问题进行巡视。在检查接地装置时，要对断裂和锈蚀等问题进行发现，还要观察是否存在螺栓的脱落和接地带的丢失及外漏现象。在进行拉线及基础检查时，要对金具的拆卸、拉线棒的锈蚀或蚀损，以及拉线的松弛、断股等现象进行巡查。在检查绝缘子的过程中，如果存在伞群的破损和污秽等问题，还有放电痕迹和钢帽的破损等现象，也要进行记录。在检查线路时，还要检查导线和地线等，要检查是否存在断裂和烧毁等问题，以及构件的磨损情况。

2.2故障巡检

故障巡检是指在架空输电线路发生故障后，为快速有效地排查出故障原因、故障点，根据保护动作信息初步确定架空输电线路故障点的可疑区段和部位，利用无人机搭载的故障巡检设备对可疑区段线路和部位进行全方位故障巡查。另外，也可根据架空输电线路实际运行状况向两侧扩大故障巡查范围，以便进一步分析架空输电线路是否还有其他异样。

2.3特殊巡检

在巡查附属设施时，要观察防雷装置是否存在避雷器的动作异常，以及计数器的破损和变形等问题，还要对防鸟装置的破损和螺栓的脱落等问题进行观察。对于各种类型的监测装置，如果存在装置缺失和功能失效的情况，也会影响线路的正常运行。此外，还要对线路的标识进行检查，确保标识的清晰。

3无人机远程自主巡检关键技术

3.1无人值守技术

1. 机巢。机巢和长航时无人机一起构成无人值守平台，机巢是一款为无人机巡检作业定向研发的一体化设备，可以远程控制和传输数据，实时监控无人机的状态以及任务前的准备情况，配合无人机完成无人值守任务，并为无人机提供完整的后勤保障，是无人值守系统中不可缺少的一部分。机巢具有以下显著优势：（1）机巢严格按照长期野外静置的条件研制，采用防拆除、防移动、防雷电的加强结构设计，具备防水、防潮、恒温性能，内部使用模块化设计，方便后期维护。（2）机巢具备无人机辅助降落平台，保证无人机通过视觉、RTK定位的方式安全降落，回收后的无人机封闭式存放于机巢内部，确保安全。（3）机巢具备气象监测、状态监控和实时通信功能，巡视时如果遇到天气突变，机巢会发出返航指令，控制无人机自动就近返航回收。机巢状态数据上传至中央控制系统，辅助维护保养决策。（4）机巢具备独立应急电源，即使突然出现断电情况，也能保证机巢的正常使用，为无人机安全降落和执行任务的安全性保驾护航。（5）机巢具备为无人机自动充电功能，充分保障无人机续航能力。（二）长航时无人机。长航时无人机是一款为机巢定向研发的高端无人机，配合机巢实现无人值守作业，具有以下显著优势：（1）长航时无人机采用了全新的飞控和动力方案，拥有超长的续航能力。在正常工作条件下，新型智能电池能够在30min之内完成充电，作业时间长达58min，单向航程超过30km。（2）内置飞管计算机，由4颗ARMCortex-A9处理器组成，主频高达1.2GHz，同时还搭载2GBDDR3运行内存和16GBEMMC存储空间，具备强大的运算能力。还内置4G模块，可进行远程控制和通信。（3）搭载RTK定位系统，可以提供厘米级精度的定位，同时双天线的配置为飞控准确定向，可提供强大的抗电磁干扰能力，在高压线、金属建筑等强磁干扰的环境下保障可靠的飞行。（4）搭载高清可见光云台相机，最大可达2010万像素。

3.2无人机图像采集

利用无人机在架空输电线路周围不同角度采集图像，通过后期数据结果判断不同拍摄角度对处理结果的影响，总结最佳图像采集方法与角度。

3.3远程自主精准降落技术

无人机具备雷达测高、光流测速等定位技术，并搭载了RTK定位系统，可以提供厘米级精度的定位，但是降落过程受地面效应和现场环境影响，而且机巢降落平台面积小，为确保降落安全和足够精准，还配置了视觉辅助降落系统，引导无人机精准降落。降落过程中，机载高清摄像机拍摄的实时图像会传给机载飞管计算机进行处理，自动提取标识信息并进行校验，实时估计无人机的位置和姿态，辅助飞控修改策略，控制无人机全自主精准降落。目前降落误差控制在±3cm以内。

结语

输电线路巡查工作在开展的过程中，会耗费大量人力及物力资源，并且对工作的要求比较高。如果在开展工作的过程中，工作人员出现操作失误的情况，就会降低巡查工作质量。应该制定科学合理的巡视制度，对各项行为进行约束，提高工作质量和效率。在进行输电线路安全巡视中，采用无人机技术，不仅可以降低工作成本，节省工作的时间，而且能保证巡视人员的安全。因此，在未来的线路巡视工作开展中，需加大无人机技术的应用。

参考文献

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