架空输电线路无人机自主巡检技术思考

架空输电线路无人机自主巡检技术思考

黄芳

广东电网有限责任公司韶关供电局 广东韶关 512400

摘要：架空输电线路的分布点比较多，而且输电线路的面积比较广，往往架空输电线路所在的地形比较复杂，而且所处的自然环境比较恶劣，输电线和杆塔往往会处于室外，经常会有雷击、老化等问题发生，在遇到恶劣的环境以后，会出现倒塔或腐蚀等问题。需要工作人员对此进行及时的修复检修。在巡检架空输电线路的过程中，可以利用无人机自主巡检技术检查绝缘子，输电线放电，杆塔偷窃等意外故障，工作人员要及时处理相关的故障。无人机自主巡检技术可以对架空输电线路展开精细的巡检，工作效率会比较高，提高了输电线路巡检工作的时效性。

关键词：架空输电线路；无人机；自主巡检技术

人工巡检方法工作量比较大，在对山区等复杂的输电线路进行巡检时，工作的强度会更加大，而且时效比较低，巡视效果也比较差，不能在多方位角度对线路本体展开观察，线路附属设备和杆塔本体的状况得不到及时的巡检，导致输电线路巡检工作不全面，输电线路就会产生一定的故障，电力无法正常供应。应用无人机进行巡检，可以为电力输电线路的巡检工作带来更多便捷与革新。无人机可以代替工作人员巡检输电线路，检查所负责的输电线路以及杆塔，观察相关的故障和情况，从而减少了登塔高空作业的频率，有效降低巡检工作的强度。

一、架空输电线路无人机自主巡检技术平台的构建

1.无人机选型

电网巡检的无人机可以按平台分成固定翼无人机和大中小型无人直升机。固定翼无人机的飞行速度比较快，而且续航的时间长，作业范围比较广泛，不能进行定点的悬停观测，所以在启航时有比较高要求。目前缺乏成熟可靠的无人直升机，应用比较广泛的是美国生产的直升机。与电动多旋翼无人机相比，这种无人机的载荷比较大，而且续航时间会更加长。但是在进行维护操作时往往不太方便，工作比较复杂。电动多旋翼无人机的集成技术比较简单，生产厂家比较多，成本也比较低，维护保养流程比较简单，载荷比较小，巡航时间会更加短。

配网系统有很多设备，而且设备之间的间距不大，有复杂的系统结构。往往架空输电线路会经过人口密集的地区，所以，在用无人机检查配网线路系统时需要注意几点要求。对于人口密集的地区，要结合其复杂的地理情况，采用系统更加可靠性的无人机。而且尽量选择机体较小的无人机。在公路的巡检点附近。测控距离的要求比较低，2 km的距离就已经足够，单次作业的时间会比较短，巡检的方式会更加多样，搭载可见光观测的能力，在特殊的条件下可以利用超声波巡检设备。在较强的环境中，无人机的适应性比较强，携带比较方便，方便作业的迅速进行。

2.无人机结构设计与分析

(1)无人机壳体的设计

配电网无人机巡检的工作环境比较复杂，变化也比较大，经常会遇到恶劣的天气，需要依靠无人机壳体的动力特点，在一定程度上确保无人机的性能，保证其稳定的操纵性，设计出有流线性的外壳。无人机的主壳体流线型比较好，飞行过程中遇到的阻力就很小，需要的动力就会很小，所以续航时间就可以加长。

2. 无人机云台的设计

电动多旋翼无人机需要云台执行任务，利用三轴增稳云台技术保证无人机的自主飞行、当无人机在低空作业时，需要保证无人机的拍摄质量。云台搭载的载荷设计是插拔的连接方式。在安装过程中拆卸比较方便，而且方便操作。

3.无人机平台结构分析

无人机的悬臂结构是支撑云台和任务设备，整个机架的关键部位是悬臂结构，需要让其有良好的强度。在悬停工作状态下平台的变形状况，需要用元软件分析悬壁结构。区分无人机旋翼的流体分析和定速分析。无人机的悬臂处于工作状态时，其分布比较均匀，应力最大值需要符合空气动力学原理。当螺旋桨处于工作转速时，流场的分布往往会更加均匀，飞行会更加良好。螺旋桨处于悬停的状态下，桨尖部位的流速会加快，无人机桨叶附近的空气流动是处于良好的状态。

二、架空输电线路无人机自主巡检模块配置

1.高速图像模块配置

高速图像模块可以让无人机在飞行的条件下，采集可见光的视频图像，搭载更高分辨率的相机进行巡检，拍摄一些可见光的图像。检测配电网线路中导线上的毛刺等缺陷问题。为了保证无人机的巡检工作质量，可见光传感器的技术要求像素不可以低于1 000万像素。无人机拍摄的速度不可以过低，并且有4倍光学变焦的功能，有自动对焦的功能。

2.红外成像传感模块配置

红外成像传感模块需要有导线接头检测技术对发热故障进行检测，用无人机搭载红外热像仪展开巡查工作。红外热像仪的技术指标配置的像素数不可以低于30万像素。自动对焦功能有热图数据可导出，也可以实时显示出温度的最高点。紫外成像的传感模块需要用电气设备，监测线路的电晕放电情况，可利用小型无人机搭载紫外电晕探测模板，日盲紫外电晕探测模组的技术要求探测设备有较高的灵敏。且要求其体积较小，可以获取光子信息，兼顾可见光的常规故障巡检工作。当前有三种探测系统和三种方案。需要对巡检进行综合的考虑，总结各个方案的优缺点以及成本，明确各个方案的开发周期，一般会用比较常规的探测方案，比如改进型的日盲紫外电晕模组。

3.特高频局放传感模块和超声波局放模块

无人机自主巡检工作中，变压器和电缆接头等设备会发生局部的放电现象，导致正负电荷中和的现象发生。在巡检过程中往往会伴有比较陡的电流脉冲，形成发光发热，或者声音电磁波等现。在目前对于架空输电线路的巡检过程中，主要送到的检测方法是脉冲电流法与特高频法。在目前的一段时间里，无人机巡检技术得到了快速的发展，需要用无人机平台搭载特高频传感器设备，让电气设备局部对放电缺陷进行带电检测。无人机挂载的超声波等多种因素，应当采用目前已经成熟的技术，用局部放电检测仪进行改进。常规改进方法是超声波传感器质量不大于1.5kg的传感器配置，而且要求特高频传感器的质量不可以大于1.5 kg，对于功耗的设置要求是不小于36 W。

结语：

随着无人机技术的发展，更好地解决了输电线路无人自主精细化巡检工作。传统的人工巡线方式工作强度比较高，往往有一定的视觉盲区，巡检工作的质量比较低，部分巡检线路面临恶劣的自然环境，恶劣无人区的输电线路巡检工作遇到的困难会更多。无人机巡检工作往往会在恶劣的气候条件下，且所处的地形比较复杂。人工成本会大大降低，精度会比较高，图像信息可以更加准确、高效。保证设备的运行状况，可以提高巡视的效率，有效避免巡检事故的发生。无人机巡检可以保证电网更加安全稳定地运行。在未来的电网工作中，无人机巡检将成为有力手段，保证输电线路可以更加高效和稳定。

参考文献：

[1]林旭鸣.架空输电线路无人机巡检技术研究进展[J].电力设备管理,2021(05):27-28.

[2]艾洲. 基于无人机航拍图像的架空输电线路异常检测算法研究[D].东北电力大学,2021.

[3]金鑫,刘铎,褚夫飞,李伟,余思聪.无人机技术在架空输电线路通道巡检中的应用[J].电工技术,2021(07):60-62+65.

[4]王焕,陈杰.无人机巡检技术在架空输电线路巡检中的实践应用[J].科技风,2020(35):1-2.

[5]隋宇,宁平凡,牛萍娟,王辰羽,赵地,张伟龙,韩抒真,梁立君,薛高建,崔颜军.面向架空输电线路的挂载无人机电力巡检技术研究综述[J].电网技术,2021,45(09):3636-3648.