输电线路智能无人机巡检及应用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

输电线路智能无人机巡检及应用

发表时间：2020/10/29 来源：《建筑科技信息》2020年第6期作者：许政超

[导读] 输电线路是电力生产过程中的重要设施，保证其运行的可靠性对于电力安全生产十分重要。针对传统的输电线路巡检效率低、成本高的缺点，开发了智能输电线路无人机巡检系统

摘要：输电线路是电力生产过程中的重要设施，保证其运行的可靠性对于电力安全生产十分重要。针对传统的输电线路巡检效率低、成本高的缺点，开发了智能输电线路无人机巡检系统。现在工业实验表明，该系统能实现对全线路通道故障巡检、全线路杆塔、线路周边环境的可视化巡检，提高了巡检的效率。
关键词：输电线路；巡检；无人机；可视化

        一、输电线路无人机巡检
        在科学技术日新月异的时代中，电力企业的发展模式也做出相应的调整。输电线路巡检工作是电力企业发展进程最重要的内容之一，初期受科学技术水平的制约，多数采用人工巡检工作模式，高空作业的危险性以及自然环境条件的多变性使个体生命安全性受到胁迫。伴随着无人机技术的研制，其在电力企业在输电线路巡检进程中得到高频率的应用，在无人机巡检技术的协助下，巡检质量实现大幅度提升的目标，同时也压缩了因人工巡检安全事故出现的概率。
        二、智能电力巡检系统实现的过程
        智能电力巡检系统主要通过对输电线路走廊三维建模系统、塔架故障自动判读识别系统、输电线路智能无人机等三方面进行研究开发。通过无人机对线路通道的巡检，不仅提升了日常巡检的效果，还在应急事故抢险中业发挥巨大作用；当遇到突发、紧急情况必须攀爬到高压线路上巡检时，为了保障巡检人员的人身安全，还会进行线路停电检查。而搭载相应检测设备的无人机能克服因地形、交通、雨雪冰冻以及地震等因素给人工巡视线路带来的不便，在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、人力成本高、困难大，某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还难以完成。面对各种应急场景，可操控无人机迅速到达事故现场，提供实时图传系统，为决策者提供一手的现场视频数据，更科学、合理的做出应急响应方案。
        2.1输电线路走廊三维建模系统
        针对输电线路走廊，根据客户巡检需求及电力行业线路走廊巡检手段，提出了新的研发思路：通过利用无人机倾斜测绘技术，实现对输电线路走廊建立可视化三维模型；可达到对线路周边环境变化影响线路运行的巡视及分析：第一，实现线路周边树木检查，能及时巡视发现并测定线路周边树木距离导线的距离，便于及时处置；第二，能及时发现线路周边环境变化，比如线路周边是否存在外围施工对线路安全运行构成威胁；第三，线路周边新修建建筑物是否对线路安全运行构成影响，并测量距线路距离。此项系统的优势是：利用便携式单镜头测绘无人机实现三维线路走廊数据的获取，相比传统的照片判读，可以更加直观高效的进行通道状态判读，是一种成本较低且效率较高的技术手段；为客户呈现出更精准的“可视化线路走廊一览图”。
        2.2塔架故障自动判读识别系统
        针对线路中塔架部分，区别传统人工处理方式，定制开发了塔架故障自动判读识别系统，利用工业旋翼机进行前端塔架数据采集，通过数据识别系统对前端采集数据进行自主删选、自主判断，来达到对全线路杆塔缺陷自主识别，获取缺陷报告（含线路名称，塔杆号，缺陷名称，巡检时间日期等）；真正实现塔架的精细化、自主化巡检。本系统是定制开发的“塔架缺陷自动识别系统”，利用人工智能和机器学习等技术，用计算机判读替代了传统的人工照片判读，大幅降低了人工劳动。应用《塔架缺陷自动识别系统》完成的故障诊断和识别。
        2.3输电线路智能无人机
        根据输电线路地理环境及巡检要求，提供了三种无人机机型，主要有：固定翼无人机，复合式无人机，多旋翼无人机。固定翼无人机利用其便捷式的操作方式及长航时性能，并结合高清数码相机，来完成对输电线路走廊三维建模前端高清照片数据的采集。复合式无人机，利用其独有的垂直起降方式及快速、长航时的性能，并结合三轴增稳可见光吊舱，来完成对输电线路走廊快速巡检视频的采集。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

多旋翼无人机，利用其空中可悬停的优势，并结合三轴增稳双光吊舱，来完成对塔架的精细巡检及缺陷照片数据的获取；此飞机可配套“头戴式辅助操作设备”，提升操作人员巡塔的精准性。引进的无人机产品涵盖了市场主流的所有机型（复合式、固定翼和多旋翼），可应对多种需求和使用环境；并首次在无人机电力巡检中引入了“头戴式飞行辅助设备”，提高了塔架巡检时操纵人员的准确性。应用固定翼垂起复合式飞机，对长距离输电线路进行巡检，单架次巡检距离20km以上，采集电力线路及周边环境变化情况，获得实时视频数据，通过人工辅助来查询、判断异常问题，可快速、有效的防范电力线路，如周边物体对线路的威胁评估，地质环境变化，植物生长，线路上大尺度物体检查如风筝、鸟巢等。
        三、无人机巡检在输电线路具体应用
        3.1无人操控直升机巡检输电线路分析
        无人直升机巡检系统可以被细化为无人直升机平台与检测系统两部分。无人直升机平台主要任务为落实飞行任务，检测系统主要任务为完成输电线路和杆塔的检测工作。使用的检测系统通常是可见光和红外相机，其作用对象为输电线路和杆塔。从全局上分析，无人驾驶飞机可被细化为固定翼无人机、旋翼无人机、涵道式无人机，不同类型的无人机在优势上也体现出差异性，例如固定翼无人机在飞行速度与路径上占有优势，但也存在飞行速度过快而衍生出飞行高度过高与承重能力低等问题。
        无人直升机虽然飞行速度相对缓慢，但其飞行安稳性与悬停性能优良，机载检测系统的核心为检测控制计算机，检测终端是可见光相机与红外热像仪，经由试验后择选一段220kV的输电线路，在输电线路的80m以外，无人直升飞机会以15km/h速度顺延预设线路飞行，在遇到障碍物之时以云台为依托对现场情景进行整顿，达到对杆塔整体检测的目标，具体是借助检测图像及时探寻出设备在制作环节上存在的物理缺陷、结构破损等问题。
        3.2多旋翼无人机巡检输电线路分析
        多旋翼无人机大体上由地面站和无人机两个部门共同构成。多旋翼无人机借用多个旋翼对称排布方式构建一种气动化局面，悬停与升降能力高超，最大的优势体现在能携带部分无线微型高分辨率图像采集设备与无线图像传输设备，对输电线路预设目标进行全面性收集与处理，确保信息传输远程性目标的实现。
        行控制参数、飞行平稳性、系统包容性和完整性几个方面均应该满足多旋翼无人机在电力巡检中自体功能的需要，经过系统化测试发现多旋翼无人机需要在40min以内、3km范畴中对输电线路巡检的效果是最优良的，在这一范畴内无人机将人工巡视工作模式取而代之，同时能够顺利的抵达的特殊地形上端对输电线路性能进行巡检，执行特殊阶段危险系数高的任务。
        多旋翼的无人机短距离巡检规划的编制可借用人工控制与自主导航控制两类方式，其在输电线路巡检进程中的应用，能够达到对输电线路整体性检查的目标，从而使与线路相关的故障问题及时探寻出来，大幅度的降低巡检人员高空作业和带电作业事件出现的概率，缓解其工作压力的同时，大幅度的压缩了输电线路巡检进程中安全隐患问题出现的概率。
        结语：
        基于智能无人机巡检技术，并结合可视化三维建模系统，数据识别处理系统，形成了一套适用于当地的智能电力设施巡检解决方案。实现了对全线路通道故障巡检、全线路杆塔、线路周边环境的巡检。为输电线路智能化巡检提供了一个更加有效思路，具有广泛的推广价值。目前，我们国家的大多数新老电力在自动化发展方面同国外电力相比还有很大的差距，该项目的实施为矿山电网数字化建设的打下了坚实的基础，具有广阔应用前景。
        参考文献：
        [1]曾懿辉.何通.郭圣.熊勇良.崔颖铷.左剑.罗昊.基于差分定位的输电线路多旋翼无人机智能巡检[J/OL].中国电力:1-7.
        [2]黄俊璞,林韩,宋福根,蔡金锭.输电线路上方无人机巡检避障策略[J].电气应用,2017,23:32-34.
        [3]黄远峰.无人机巡检输电线路技术及应用实践微探[J].通讯世界,2017,17:216-217.