无人机电力线路安全巡检的关键技术

发表时间：2020-12-09T07:48:49.642Z 来源：《中国科技人才》2020年第23期 作者： 毛鹏飞 丁畅 汪洋

[导读] 随着经济和电力行业的快速发展，现代无人机技术在输配电线路巡检中发挥着重要作用，实现了线路本体巡检、隔离刀闸巡检、输配电箱、电缆线路巡检、低压线路设备检查等输配电线路运维各部分的统筹巡检，巡检效率提升且巡检成本降低。内蒙古电力（集团）有限责任公司航检分公司

摘要：随着经济和电力行业的快速发展，现代无人机技术在输配电线路巡检中发挥着重要作用，实现了线路本体巡检、隔离刀闸巡检、输配电箱、电缆线路巡检、低压线路设备检查等输配电线路运维各部分的统筹巡检，巡检效率提升且巡检成本降低。此外，输配电线路无人机巡检能克服地理、气温等条件影响，故障巡检精确度更高，有利于及时掌控输配电线路整体运行情况。基于无人机技术，走人机协同作业之路，电网运维效果更加理想。现主要就输配电线路无人机巡检具体应用进行探讨，在明确其应用优势和应用内容的基础上，就未来输配电线路无人机巡检的发展趋势进行了预测和展望，可为现代无人机技术的完善及其电力服务价值的发挥提供相应指导。 关键词：无人机；输配电线路；巡检应用；展望 引言

电力系统是国民生产、生活中的重要一环，是经济的重要基础。随着经济发展，我国的输电线路分布也越来越广。但输电线路所在区域通常地形复杂，通常为较偏远的山区、林地，跨越湖泊、河流，远离主要交通干道，且长期暴露在自然环境中，再加上人为损伤等因素，会引起断股、断线或磨损等故障，影响电网运行的安全性，甚至造成无法想象的经济损失。 1电力行业常用的无人机类型 1.1多旋翼无人机

现在最常见的款式，靠多个旋转式机翼产生推力实现飞行，通常具有三个及以上旋翼轴，通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼旋转产生升推力；通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的姿态、方向等。这种无人机的体积小，重量轻，拥有便携的优点。同时，这种无人机容易操作，运行可靠，无论悬停、直升、盘旋等动作都可以轻松做到，操作人员上手非常快。在如今无人机市场上，这种无人机的价格相对其他种类的更加便宜，也是受到欢迎的主要原因。但这种无人机的缺点也很明显：续航短，工作半小时左右就没电了，只适合于短时间的工作，或者带着电池实现扩展续航；载重能力有限，以拍摄为主，难以运载较重的物品。

1.2固定翼无人机

框架结构有点像常见的客机、战斗机等。这种无人机的机翼固定横展，由横向的螺旋桨产生推力，并依靠机翼的空气动力保持滞空，所以固定翼无人机比旋翼式的更加省电，同时也具备续航时间长的优点。因为飞行原理不同，这种无人机通常还拥有比多旋翼更高的速度，可以实现远距离飞行。固定翼无人机的缺点是无法悬停，所以有些非常精细的工作就无法做到了。另外，有些型号在起飞时需要弹射装置；整体上来说，固定翼无人机的操作难度较高，比多旋翼的学起来困难多了。 1.3无人直升机

无人直升机也是旋翼式的，但整体结构接近于我们熟悉的直升飞机那种，在本体的中心顶部设置一组旋翼，而不会有很多分布式的旋翼。无人直升机的续航比较长，部分型号采用汽油作为燃料，可以实现数小时的长时间飞行。这种无人机通常体型较大，一人多高的很常见；同时重量也比较大，从几十公斤到上百公斤都有。这种无人机的缺点是噪声比较大，同时采购成本高，而且机械结构复杂导致可靠性偏低等。

2无人机电力巡检中的关键技术 2.1无人机飞行控制技术

无人机电力巡线任务中，飞行控制技术主要包含自动寻线、实时避障和位姿控制等，是巡检系统中最重要的一环。区别于飞手手动控制无人机进行寻线，自动寻线无人机可以根据预先导入的线路、杆塔和地理环境等数据，自主完成寻线任务，减少了对经验丰富的飞手的需求，削减了人力成本。而实时避障则允许无人机在执行巡线任务时，利用红外系统、声呐系统等结合计算机视觉技术对非预期内的障碍物进行躲避，减少无人机的损耗，保证寻线任务的顺利执行。无人机体积小、质量轻，遭遇恶劣的自然灾害时，可能会在一定程度上失去平衡，并偏离航线，位姿控制模块会通过重力感应器、角度感应器等判断无人机当前位姿，并结合航线数据进行调整，帮助无人机恢复平衡状态，并回到既定航线之中。同时，精准的位姿控制还能帮助无人机更好地拍摄不同角度的线路、杆塔图像，提升后期的故障检测效率和准确度。

2.2无线通信技术

为了实时获取无人机状态、向无人机发送控制信号并获得回传图像和视频，地面工作人员和巡检无人机需要进行实时双向通信。由于输电线路所处环境复杂，自然条件恶劣，无线通信系统需要具备较高的带宽和稳定性，以及较强的抗干扰能力，来确保地面工作站与无人机之间的通信质量。本文的研究重点就是围绕无人机和地面服务器之间的高性能通信展开。 2.3故障检测技术

在进行故障检测前，还需要对接收到的图像和视频数据进行预处理，否则会大大影响故障检测的精度。巡检任务中，所拍摄图像质量的好坏，除了受拍摄设备本身性能的影响，还会因为无人机机身或搭载设备的抖动、偏移导致图像变得模糊，因为复杂、多变的背景导致拍摄部位和背景难以区分等。合适的图像去模糊技术、图像分割技术以及红外温度校准技术能减小系统对于图像识别的难度，更加准确地进行缺陷和故障的判断。通过分析经过预处理的红外图像，可以判断线夹、绝缘子和线路是否存在异常发热和高温，通过分析经过预处理的可见光图像，可以判断是否有线路破损、杆塔异物和导线断股等缺陷存在，从而发现输电线路中的故障并进行报警，提醒地面工作人员尽快进行排查和检修，减少可能存在的安全隐患和经济损失。 2.4设备测温优势明显

输配电线路无人机巡检在设备测温方面优势明显。搭载红外成像仪的无人机可以完成对杆塔金具、绝缘子、输配电变压器等装置的近距离测温，能有效识别套管及高低压侧接线柱、油箱壳等部位温度过高的缺陷，及时发现导线靠近连接件侧部位、高压引线、导线上各类线夹、接驳点等温度过高的情况。其能较早地预警复合绝缘子基于芯棒受损引发的过热风险。而人工巡检因检测方向与绝缘子方向平行很难识别过热缺陷，无人机则利用与绝缘子方向相垂直的巡检方向实现了有效识别。 2.5故障识别精准无干扰

传统的人工巡视故障识别往往基于主观判断，人力巡视时是使用在地面往上仰看的方式查找缺陷，瓷瓶、设备局部放电多见放电点位于设备中部、顶部的情况，单靠眼睛观察很难发现故障点，而要想采用人工巡视方式识别这类故障，需停电进行登杆检查，增加了人力、物力投入，且作业风险大，并伴有停电干扰。而无人机能从各个角度进行拍摄，通过配置高清相机及时储存巡检照片，为工作人员判断输配电线路运行状态提供真实有效的信息参考，能够及时发现设备顶部、中部的放电点，继而及早发现缺陷，让巡检人员提前做好停电安排和材料准备。其对输配电线路杆塔运行故障可以做出快速且准确的判断，能及时识别悬挂的异物，及时判断是否有绝缘子破损自爆的故障情况。搭载红外仪的无人机能重点关注周围表面温度发热异常点，并引入光谱图像分析检查线路是否存在故障，搭载探测与成像仪的无人机则可以及时识别出杆塔和输配电线路的相关运行故障。 结语

输配电线路无人机巡检技术的广泛应用，大大提升了输配电线路运维管理的实效性，基于输配电线路无人机巡检的多功能优势，必须重视无人机技术的研发。以输配电线路运维管理的实际诉求，推动无人机巡检技术的专业化发展，实现其专项功能价值的最大化。 参考文献：

[1]许勇.无人机巡检输电线路技术的应用分析[J].石化技术，2020，27（3）：137.

[2]曲达.小型多旋翼无人机在架空输电线路巡检应用探索[J].通信电源技术，2020，37（6）：281-282.

[3]罗炜，张海涛，张笑玲，等.配网线路集群无人机智能巡视技术研究与应用[J].科技创新与应用，2020（7）：146-147.