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论述架空输电线路上无人机的有效运用

2022-01-24 100 上传者：管理员

摘要：电力系统运行中，架空输电线路运行稳定性直接影响电力系统运行安全性和供电可靠性。因此，电力系统调度员需要开展有效的线路巡检，通过加强对架空输电线路定期和不定期巡查检视，及时发现并解决线路运行中存在的问题及隐患，为线路维护提供可靠依据，从而确保线路运行安全。随着无人机技术的快速发展，其在架空输电线路上的运用具有巨大优势。本文通过分析架空输电线路上无人机技术应用概述，针对架空输电线路巡检过程中，无人机巡检的有效运用进行了探究。

关键词：
安全运行
无人机
架空输电线路
电力系统
线路巡检
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架空输电线路是满足电力远距离输送的基础，在电力运行系统中占据重要地位，保障架空输电线路安全稳定，是提高系统供电安全可靠的前提。架空输电线路具有分布广、所处地形复杂、自然条件恶劣等特点，传统的巡检方式往往难以全面准确地发现隐患问题、查找故障，从而造成较大损失，难以满足社会日益增长的电力需求。因此，探索无人机在架空输电线路上的有效应用，是满足现代电网运行发展需求，提高架空输电线路运维效率的重要途径。

一、无人机技术应用概述

(一) 无人机技术及其核心组成

无人机是指不需要由驾驶员在机舱内操作完成驾驶的一种飞机，其主要借助遥控技术或自动驾驶技术来完成相关任务的飞行载具。与载人飞机相比，无人机的操作更为便捷、体积小、自重轻、应用成本更低。早期无人机技术主要应用于军事领域，但随着其技术快速发展，无人机在民用领域的应用越来越广泛。

目前，无人机在电网企业中的应用主要是固定翼、多旋翼、无人直升机三种类型。固定翼无人机飞行速度较快，具有较远的续航里程，能够搭载可见光传感器，在输电线路路径巡视观测工作中的应用较多。多旋翼无人机的飞行模式较为灵活机动，能够随时悬停，从而完成短距离观测、摄影，但外部环境对其影响较大，续航里程相对较短。

无人机核心部分组成包括无人机飞控系统、导航系统以及数据链。其中，无人机飞控系统是其核心系统，与载人飞机中的驾驶员地位相当。无人机完成启动、升空、飞行等各项操作，都需要依靠飞控系统的控制。无人机飞控系统中，包括微型计算机、传感器、伺服系统等，飞机在半空的悬停、紧急控制等，都由这些系统装置控制完成。

无人机导航系统相当是飞行员的双目，在导航系统中预设好飞行路线后，无人机会根据设定好的路线飞行作业；同时，导航系统也会向地面操作人员传输无人机位置信息，从而使地面人员准确获取无人机坐标位置。

无人机数据链可以分成上行数据链与下行数据链。前者完成操作人员对无人机的遥控，后者完成将向地面传输无人机数据及进行无人机遥测。无人机数据链是连接无人机与地面的有效链接，从而完成数据的相互传输、控制等任务。

(二) 无人机应用技术

1. 无人机遥感技术

无人机遥感技术是将无人机技术与遥感器探测技术、GPS定位技术等有机结合的一种技术，运用无人机遥感技术，能够高效、自动、精确地获取空间遥感信息，包括地理、环境以及资源等；同时，无人机遥感技术具有可回收利用优势，成本低、风险低，在各领域的应用范围十分广泛。在架空输电线路应用中，无人机遥感技术的高分辨率、机动灵活等优势，能够实现对线路问题隐患的有效勘测，提高输电线路巡检效率。

2. 无人机测绘摄影技术

相较于卫星测绘和大飞机测绘所获得的测绘影像来说，无人机测绘摄影可以借助无人机体积小、自重轻的优势，通过搭载长焦距、高分辨率的摄影设备，实现低空飞行拍摄，能够有效缩小拍摄范围，并且提高测绘影像的精度，尤其是在地形复杂地区的架空输电线路航拍测绘分区复杂问题中应用，同时还可以保证相邻航测区重叠度满足标准要求，从而提高无人机测绘效率，提升架空输电线路工程勘测效率，优化架空输电线路。

3. 无人机超声波距技术

无人机搭载超声波仪器进行架空输电线路的巡检技术，明显优于传统人工测量的方法，能够实现在高空对整个测量区域进行同时测量，并且快速测出需要测量的距离信息。例如，无人机超声波距技术在解决架空输电线路树障问题中，测量带电导线下方树障测距时，通过将搭载超声波仪器的无人机飞到与架空输电线路保持安全距离的水平位置，然后利用其高清摄像头，实时向地面操控人员传输图像，操控人员将影像中心点中线设置水平并对准带电导线，运用超声波测距仪器向垂直地面发出超声波信号，根据信号返回首次时间信息，运用数据传输系统向地面传输，从而获取无人机和正下方树障的垂直距离。

4. 无人机激光雷达技术

无人机搭载激光雷达系统与高清摄像机，能够对架空输电线路中的走廊高精度激光点云数据、数码影像数据进行精确高效采集，并通过三维建模技术，得出线路走廊地物、地形地貌以及各项设备的空间距离。同时，无人机激光雷达测量技术可以通过自动提取带电导线线点并进行曲线整合，从而获取连续架空线路走廊影像，可以有效解决带电导线与树障精确测量的问题，提高输电线路巡检工作效率。

5. 无人机红外测温技术

架空输电线路的运行环境通常较为恶劣，再加上长时间运行存在的设备老化问题，容易出现线路破损、连接部件发热等问题，影响线路运行安全。无人机红外测温技术能够对架空输电线路中早期存在的缺陷隐患和绝缘性进行有效预判，从而将以故障为导向的线路维修转变为以预防为导向的线路维护，进而提高架空输电线路运行的安全稳定，提高供电可靠性。借助红外测温技术，无人机通过在被测点附近悬停，不接触、不取样、不破坏被测点，实时对被测点进行监控测量，并且利用无人机能够近距离靠近被测点，满足红外测温仪使用距离要求，提高测温效果，及时发现输电线路存在的温度异常现象，从而进行与隐患排查，降低线路故障发生率。

二、架空输电线路巡检中无人机应用分析

(一) 构建无人机综合巡检平台

首先，确定架空输电线路巡检无人机的选型。随着无人机技术的快速发展，轻型无人机在架空输电线路中的应用具有显著优势，其体积较小、自重较轻、灵活性强，能够满足架空输电线路所处的复杂环境或者狭小空域的巡检工作。其次，无人机结构设计中，包括壳体、悬臂及云台设计。无人机壳体设计应对复杂地形及多变的天气环境具有较强的适应性，提高机身流线型，降低飞行摩擦阻力，减少动力消耗，延长续航时间。无人机悬臂设计中，可以通过快速折叠锁紧机构，解决悬臂高空震动的情况，避免折叠卡死的问题。无人机云台是搭载摄影设备等任务荷载的支撑设备，通过云台设计，优化设备搭载，实现无人机轻型化、模块化设计，提高无人机灵活性。

(二) 无人机巡检搭载设备

根据架空输电线路巡检工作实际任务，设备无人机搭载设备，以确保巡检任务的顺利完成。

(1) 高速成像模块

无人机搭载设备中，高速成像模块是实时记录与传统飞机高速移动中的高清视频，在高速成像模块中添加电子稳像技术、场景锁定及目标跟踪技术等，从而实现在恶劣天气下获取高清图像的成果。在高速成像模块中，通过增加画中画与字符叠加功能，能够有效增强系统探测能力，简化视频跟踪与处理。

(2) 红外、紫外成像传感模块

无人机搭载红外热像仪，可以通过红外探测器与光学成像物镜，获取红外热像图，检查输电线路热斑情况，同时将热图像向一个或多个监控器中传输，对架空输电线路巡检中发现的不正常发热现象进行检测，提高对故障隐患检测的准确性。无人机紫外线成像仪要求具有较高的灵敏度，能够完成复杂地形环境下的灵活运用，准确获取光子技术信息。同时在紫外线传感模块选择中，还需要兼顾成本与开发周期要求。

(3) 三维激光扫描模块

在架空输电线路巡检中，三维激光扫描模块能够对杆塔进行全方位立体扫描，并确定其精准度的经纬度及高度位置，最终输出全方位立体图片，为架空输电线路巡检排障工作提供可靠依据。

三、架空输电线路巡检中无人机巡检内容

(一) 正常巡检

正常巡检是为保证架空输电线路运行稳定，相关工作人员需要制定线路定期巡检计划，并按照巡检计划任务搭载相应的设备对架空输电线路进行多项目巡检作业。例如，可见光巡检是为及时发现输电线路各个部位外部存在的可见异常以及问题隐患；红外测温巡检是对架空输电线路中各个连接部位或者焊接部位异常发热情况的检测。

(二) 故障巡检

在架空输电线路发生故障后，在故障原因、故障点位置等排查过程中，可根据保护动作信息，划定故障点的可疑区段和位置。然后，在无人机上搭载相关的故障巡检设备，有目的地对可疑区段进行故障排查。同时，在故障巡检过程中，还需要根据架空输电线路实际运行，合理扩大故障巡检范围，以加强对线路整体故障隐患的检查。

(三) 特殊巡检

特殊巡检是根据架空输电线路运行及其外部环境的实际情况，进行的具有针对性的巡检工作。主要包括以下几个方面：第一，鸟害巡检。大部分架空输电线路架设途经山野，并且多为高塔架设，成为鸟类筑巢的绝佳位置。为避免鸟类筑巢对线路稳定运行造成影响，需要根据本地区鸟类筑巢及迁徙特征，在鸟类筑巢前期进行无人机巡检驱逐鸟类，在筑巢后期进行鸟害巡检，加强对鸟害区段线路运行的掌控。

第二，外破巡检。当架空输电线路通道其周边区域内发生市政修路、挖取土方等外破因素，可能对线路运行造成干扰时，则需要利用无人机进行线路外破巡检，加强对线路影像数据信息的掌握，有效预防外破隐患的发生。

第三，防山火巡检。架空输电线路通道中，可能存在较多的植被，导致其防山火压力较大。根据当地环境特点以及森林火险等级，开展无人机全方位山区、森林区段线路的巡检工作，确保能够及时发现山火隐患，避免山火可能对线路稳定运行的危害。

第四，灾后巡检。架空输电线路多在山野中架设，当发生山体滑坡、地震等灾害后，人力往往难以第一时间到达灾区深部开展线路检修工作。因此，需要利用无人机搭载巡检设备，及时获取灾后线路现场的视频、图频等，从而第一时间掌握灾后线路设备受损情况，为灾后重建奠定基础。

第五，树竹巡检。春夏季节，受树竹快速生长的影响，架空输电线路容易受到影响而产生树竹放电跳闸故障。可利用无人机搭载激光雷达或测距巡检设备，快速排查树竹隐患，实时掌握线路运行环境。利用激光雷达巡检设备，能够对输电线路及通道环境进行三维建模，从而提高巡检人员环境评估和运维决策的准确性；激光测距主要测量树障与线路之间的距离和交叉跨越距离，从而为后期线路通道治理及清障提供可靠依据。

第六，红外巡检。架空输电线路运行中，由于运行时间过长、运行负荷压力过大等因素而出现设备老化，异常发热的现象，无人机搭载红外成像仪进行红外巡检，能够有效解决线路异常发热存在的隐患问题，避免线路损坏导致事故发生。在无人机红外巡检中，有效解决了人工手持红外测温仪检测的携带困难、测量难度大等问题，尤其是对恶劣条件以及高海拔等加快输电线路的巡检，能够实现快速测量诊断，大幅提升了巡检效率。

四、架空输电线路巡检中无人机巡检安全要求

架空输电线路无人机巡检工作的有序开展，首要确保安全巡检，充分考虑巡检安全要求，保证输电线路巡检工作的安全可靠。

首先，巡检工作尽可能选择良好天气进行。在雷电、雨雪、大风等恶劣天气条件下，不具备无人机巡检工作的外部环境，因而原则上是禁止无人机升空开展巡检工作的。但如遇特殊情况需要在恶劣天气下进行无人机巡检，则需要根据实际情况制定完善的安全措施及紧急预案，经相关单位批准后方可进行。其次，确保无人机巡检空域范围的安全性。无人机巡检中，需要注意避开存在火焰、爆破、无线电干扰等活动的空域。最后，保持安全距离。无人机巡检工作中，为有效防止导线外电场、电晕放电对无人机飞行造成干扰而导致其坠机的情况产生，无人机巡检作业与输电线路及其设备之间的距离应当保持在合理范围内，并且无人机应避免在线路之间或者线路正上方长时间飞行。

五、结语

维护架空输电线路运行的稳定性，是保证供电系统运行安全可靠的重要前提。随着无人机技术的快速发展，在架空输电线路巡检中运用无人机，能够有效提高巡检效率，提升巡检工作精准性，降低巡检难度，同时解放劳动力，进一步提高巡检工作的经济效益和社会效益。因此，无人机在架空输电线路上具有广阔的应用前景，不断加强无人机技术应用与探究，完善无人机架空输电线路巡检工作体系，对于促进电力运行系统发展具有重要意义。

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文章来源：田华贵.架空输电线路上无人机的有效运用[J].科技风,2022,(03):101-103.