架空输电线路无人机运维巡检技术研究

架空输电线路无人机运维巡检技术研究

郭明明

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司百色局  广西  百色 533000

摘要：随着国内经济水平和人们的生活水平不断提高，在这样的背景下，人们用电需求不断增大。供电企业为了保证电力供应的可靠性，需要创新改造和新建先进可靠性更高的输电网，传统的人力运维检修已经不能够满足现阶段庞大的架空输电线路的运维要求。基于此，提出了架空输电线路无人机运维检修技术，通过实际应用并进行功能测试，实践证明，利用运维巡检无人机可高效、高精度地采集信息，发现架空输电线路存在的安全隐患和缺陷，提高运维检修工作效率，确保电力输送的安全性和稳定性。

关键词：电力；架空输电线路；运维；检修

引言

无人机架空线路巡检相比于人工巡检从安全、效率、质量等方面都有了质的提升，利用无人机进行巡检已经成为电力巡检智能化的必然选择。但是随着无人机在线路巡检中的逐步应用，一些问题也逐渐暴露出来，本文针对无人机架空线路巡检在避障、通信、图像采集及识别、集群协同作业技术发展现状进行了分析及展望，为无人机架空线路巡检技术发展提供一定思路。

1无人机在输电线路巡检工作中的应用优势

无人机具备自动导航和自动悬停等技术功能，在巡检实践中可以对高空信息进行全方位、多角度的观察和采集，这就为提升架空输电线路巡检质量和效率提供了充分的支持与便利。与此同时，该技术的应用在能够充分预防安全事故，保证在恶劣自然天气条件下高质量的完成巡检作业活动。当遇到雨雪天气时，工作人员攀爬铁塔存在着较大的安全隐患，而无人机的应用则替代了人工巡检模式，避免工作人员的人身安全受到危害。另外，在遇到自然灾害、带电作业活动等情形下，无人机也可以完全替代人工巡检，让巡检安全和质量有着更加可靠的保障。目前，在输电线路巡查工作领域，应用最为普遍的无人机主要包括遥控直升机和四旋翼无人机。其中，前者设计配备有图像采集和实时传输等装置，并且采用普通直升机的气动装载设计，在具体的操作应用中，不采用设备正上方的悬停方式，而是直接开展信息图像的采集作业，然后将信息传输至监控平台，为工作人员的故障排查等工作提供可靠依据。由于该类无人机是在人工操作下开展作业活动，因此，必须要保证其在安全的输电线路区域停留，然后通过配备的拍照设备来完成图像信息的采集。而四旋翼无人机在起降方面有着更加突出的性能表现，这主要得益于其采用了更加先进的气动布局结构。与此同时，为进一步提升图像采集的清晰度，该类型无人机还配备了无线微型高分辨率图像采集装置，确保能获取更加清晰的图像画面。另外，该类型无人机在操作控制方面有着明显的独特之处，通过地面站发出的指令自动完成在安全输电线路上的悬停，工作人员只需要操控旋翼的航向和减振云台，就能够完成图像信息采集和传输等作业活动。

2架空输电线路无人机运检关键技术

2.1自主巡检技术

早期的无人机应用在架空输电线路的运维和检修方面时，是依靠电力企业的地面运检工作人员对无人机进行远程操控的。但是不同的运维操作人员对无人机操控的熟练度以及技能方面存在着不确定性，对操作人员的专业技能要求也比较高。即便是同一操作人员在不同的时间段操作无人机获得的架空输电线路检修效果也是不稳定的。因此，无人机对架空输电线路进行巡检，必须采用自主巡检技术。自主巡检技术的发展目前在电力企业的使用有两种，即：激光雷达（LiDAR）技术和实时动态高精度定位（RTK）技术，这两种技术目前使用比较广泛。激光雷达技术实现了对架空输电线路信息的快速获取，采用三维点云数据对飞行线路进行规划，综合无人机的飞行状态参数、姿态数据和无人机本身搭载的激光雷达，实现自主巡航和运维检修。实时动态高精度定位技术采用的是流动站和基准站的方式进行差分定位，采用这种技术的无人机在进行架空输电线路的运维检修时受限于基站之间的距离和网络传输的问题。因此，需要建立多个基站来保证信号传递的安全性和稳定性，满足无人机的自主巡检。

2.2无人机航迹规划技术

目前，无人机配网巡检中的航迹规划分3个部分：（1）根据现场实际环境来初步规划无人机巡检中的飞行航迹；（2）通过优化搜索算法对无人机巡检中的最佳航迹进行计算；（3）对无人机航迹进行平滑处理。在具体的航迹规划中，还需要对现场的环境约束、实际的任务需求以及无人机的性能约束加以全面考虑，从而实现其航迹的科学规划。

2.3巡检图像采集识别技术

目前巡检无人机可以实现对架空线路的塔杆、金具、绝缘子、基础、附属设施、通道等进行检测，但是主要方式仍然依赖于人工操控无人机，巡检质量依赖于飞手经验，存在拍摄照片型式标准不同、照片质量参差等问题，亟需开展智能化巡检技术，提高巡检质量。大疆推出的行业无人机针对架空线路巡检提供了标准化的解决方案，从模型建立、到精细化巡检，降低了巡检人员手动操作的要求，提升了数据标准化。但是其需要事先进行数据采集，目标点拍摄角度、巡检路径固定，覆盖细节不足，无法判断设备状态等问题。广东电网在大疆无人机的基础上，结合架空线路巡检特点进行功能和软件系统的优化，实现了更规范、高质量的自动巡检。此外，目前无人机架空线路巡检仍仅局限于信息采集，再离线进行人工缺陷检测，由于拍摄图像数量巨大、周边环境复杂多变，人工判别线路故障依赖经验，工作量大，误检率高，难以满足架空线路巡检快速准确性要求。与此同时，随着人工智能，深度学习技术的发展，图像识别算法得到广泛应用，因此，架空线路故障智能检测技术研究也取得了一定进展。

2.4红外和紫外传感器技术

在架空输电线路的运行中,经常会出现接头盒、接线夹发热的现象。如果温度过高不仅会缩短设备的使用寿命,而且还有较大概率引起电力火灾事故,给高压输电线路的正常运行带来严重影响。因此,在无人机电力巡检中,可以在无人机上搭载红外成像传感器,这样当无人机进行巡检时就可以及时发现输电线路上温度异常的零部件。除此之外,地面操作人员在接收到无人机反馈的温度异常信息后,还能通过自动对焦等操作方式,进一步获取更加丰富的热图数据,并在电子地图上标记出故障点的位置坐标,方便后续设备检修工作的开展。同样的,对于输电线路和电气设备之间存在的电晕放电情况,也可以利用无人机搭载紫外成像传感器的方式进行监测。这些高灵敏度传感器的应用,能够使无人机电力巡检的效率和质量得到进一步的提升。

结语

利用无人机完成输电线路巡检任务，在引入智能神经网络进行路径规划时，可以通过分析路径适应度完成路径寻优，并在大数据等技术支撑下使无人机自动避障后回归规划路径，继续开展巡检任务。在实际应用该种路径规划方法进行输电线路巡检时，还应结合线路特征合理搭建系统，在系统的支持下合理制定巡检方案，同时加强沿线航点特征数据采集，以便通过更新样本数据集提高路径规划精度，为无人机安全、高效开展巡检作业提供有力技术支撑。

参考文献

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作者简介:郭明明（1994-）男，汉族，山东金乡县人，本科，助理工程师，主要从事架空输电线路无人机运维巡检技术研究。