高压输电线路小型无人机巡线技术领域的探究
赵宇
摘要：结合我国目前电力系统架空输电线路运行受各方面因素影响产生的故障停运，在日常的运维中运行工况、隐患、缺陷等问题不能及时被发现或者在环境条件差、巡视人员巡视困难容易产生的巡视死角等问题，对发展小型无人机平台巡视应用进行分析，简述巡视用小型无人机在线路巡视中的技术特点、意义和注意事项，从基础入手展望此项技术未来的发展前景以及其在未来高压输电线路运维领域为电力企业带来的经济效益。关键词：输电线路；无人机；线路巡视
0 概述
近些年，随着电网特高压系统的不断发展，高电压输电网络规模越来越大，巡视的工作量也在不断地增加，线路运维巡视工作量也在大大提升。为了保证线路安全健康运行，及时发现线路、附件以及线路保护区内的缺陷及隐患，是保障电力线路可靠运行的重要手段，同时也可以为线路状态评价及计划检修提供有效的数据。为保证线路安全运行，电网的运维管理要求不断提高，按照状态分析线路运行情况，提出了动态预测重点区段的巡视型思路。根据线路区段所处地理、大气环境的不同以及故障频繁特点、发展规律的不同，进行有差异化的线路巡视工作。有效地避免线路运行工况良好的区段频繁巡视造成人财力的浪费，避免了故障多发区段的巡视力量削弱。线路运维单位应建立重点线路或区段的危险点易发台帐和预控措施动态滚动台帐，实现线路运维巡视的“全线”为单位到“区段”或“点”为单位的改变。虽然在巡视管理方法上缩减了运维人员的巡视工作量，但是仅仅依靠人员巡视的方法很多视觉死角、高危险山地、林地都制约巡视人员的巡视质量。随着科技迅速发展，无人机在各领域的应用均取得很好的成效，将小型无人机引入输电巡视工作也已经不是什么新鲜事物，在架空线路的巡视检查中，它不仅降低了巡视工作的难度、提高工作效率、降低运维成本，更重要的是对于人身安全的保障也有很大的提高。然而无人机毕竟是需要人为控制，也存在一定的安全风险和缺陷，在技术和管理两方面都有改善的余地，因此，对于小型无人机在线路巡视中的应用需要进一步的研究。
1 小型无人机的概述
小型无人机在实际应用中会涉及到很多领域，如影视、体育、勘探、军事等，主要是利用无线电遥控远离、飞行原理及成像技术打造的一种小型化的飞行仪器。无人机目前应用较多的有以下三种样式，分别是固定翼式、直升式和旋翼式，样式的不同也导致它们在飞行或是执行某类任务时有着不同的优缺点，比如固定翼式有着很好续航能力，可以执行较长的飞行任务，但是它不能夠悬停，对拍摄高清图像不利；直升式可以实现悬停且飞行平稳，但是其飞行速度较慢；旋翼式也可以悬停，但是其载重能力不足，且受风力影响较大，操作相对较难。所以总体来说不同形式的飞行器都有自己的优缺点，对于电网输电线路巡视来说需要结合运维巡视选择合理合适的机型，来完成在山间、树障等环境下的巡检工作任务。
2 小型无人机技术与线路巡视分析
2.1 视图跟踪技术
在无人机巡检领域来说，视图跟踪技术是不可或缺的重要部分，精密的视图跟踪可以让无人机安全地躲避障碍物保证飞行器安全和线路安全。因为视图的清晰程度直接影响地面控制人员的操作，因为振动、过弯、转向等原因造成画面模糊、失步或是离开被巡检目标极易造成机身与障碍物甚至是输电塔、线的碰撞，所以确保视图的跟踪极为重要。在现有的技术中利用霍夫变换跟踪算法进行弥补，计算方法的引入可以很好地完成对三条导线的视图跟踪检查，还可以保证无人机在安全的距离内进行位移变化，即使是画面不清楚或失真的情况下，也能够确保较短的时间内飞行器不会脱离安全轨道位移，有效弥补跟踪的不足。
2.2 方位控制技术
无人机巡检作业中，无人机由于体积小且空气力学的原理，对环境和天气的要求比较严格，这一方面需要自然条件允许的情况下保证飞行的安全系数外，还应该在技术方面对机身的稳定控制进行改良，以保证飞行器不失控、不偏离轨迹。目前大多数无人机是采用LQG控制器来进行飞行时的机身平衡和风力补偿以更好地完成动作，这项技术简单地形容就类似于轮船失去动力浮在水面，用锚对船体进行拖拽防止它偏离应在的位置，无人机在悬停时也需要额外的力对其控制，保持在应处的位置。
2.3 故障检测技术
巡视用无人机的作用就是要检查线路的健康情况，这就需要无人巡检机要具备一定能力的检查功能，目前应用比较普遍的主要有以下几种：
一是雷达检测。这一技术有着属于自己的优势，它的应用不仅可以提高定量测量精度，还能在雷达测距装置的作用下了解线路与建筑物或周边植物间的距离，进而实现精准测量，同时也可以为树木砍伐等工作提供一定的参考。
二是可视检测。此项技术是利用高清摄像装置，进行视频和图片的拍摄，同时再将所有可视信息进行储存和无线传送，地面操作人员根据传输回来的画面对被巡检设备进行掌握和分析，这种技术对于传统巡视到无人机巡视的过渡是一个比较容易上手的方法。
三是红外探测。红外和紫外在电力系统中早已不是新鲜技术，在高清成像的基础上配合紫外或红外成像分析，可以观测到肉眼不能识别的金属伤痕，特别是线路金具的探伤应用此项技术更为方便，对于点或局部过热能够及时发现。
2.4 无线控制技术
所谓无线控制一方面是指控制基站对无人机的远程遥控，另一方面是指无人机所检测到的信息传递，这些都是在无线通讯的基础上来实现。由于在野外、山区作业加之电磁干扰对于无线电的抗干扰能力较高，因为在某种情况下地面人员需要实时地观测到被检设备的情况，虽然图像和视频有存储记忆能力，但是影响运维人员及时的判断甚至对一些不能校准的区段再次进行飞行检查，造成时间和人力的浪费。确保良好的传输信号是保证数据及时传输的重要保障，同时也保证了飞行器在执行任务过程中不被外来信号干扰而造成位置偏差，甚至是失控而造成其它的隐患。
2.5多样式配合
在线路巡检工作中，人为巡视会有死角，无人机巡视也同样存在类似的问题，前面提到每种不同样式的飞行器都有自己的缺点，这样在巡检过程中也就难免会遇到无人机因为技术特点原因而不能完成的任务，那么引人多样式飞行器组合模式可以将盲区和死角间题很好地解决，发挥不同类型无人机的特点让其各自发挥白身的长处，比如在某段线路故障后，可以用旋翼式大范围勘察输电走廊清况，初步判断异样地点再安排直升式无人机进行旋飞观测，以进一步确认故障点及故障原因。因此不能片面地认定某种类型的飞行器适用于输电巡视，而是可以将这些类型组合去更好地完成巡检工作。
3 结束语
现代小型无人机技术加上周密的管理方式，可以完全胜任架空输电线路的巡视工作，它可以做到人为巡视不能做到的细致周到，规避人为巡视可能存在的安全风险，可以多角度观察扩大巡视范围，达到系统全面的巡视效果，为隐患的发现及设备线路的运行状态提供有力支撑。无人机的线路巡线功能已经成为当下电力线路运检中不可或缺的一个重要部分，在管理上进一步细化要求，规范操作行为，完善制度条款，再加上无人机技术的不断提升和改进，在未来的线路运维巡视中无人机巡视将成主力。
参考文献：
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