陈敏
国网晋城供电公司输电运检中心
摘要：近年来，我国的电力基础发展迅速，现代无人机技术在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、配电箱、电缆线路巡检、高压线路设备检查等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，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，有利于及时掌控配电线路整体运行情况。
关键词：无人机智能巡检；输电线路；应用与发展研究
引言
传统人工巡视劳动强度高、作业安全风险大、缺陷识别率和精确率低下且易受天气和地形等的影响，远远不能适应当今泛在电力物联网建设的需求。无人机智能巡检通过搭载物联网装置(包括激光雷达、摄像机、红外测温仪等)实现了对输电线路运行状态数据的高效收集，对缺陷的精准识别，有效地提高了线路的安全运行水平。相比传统人工巡视，无人机智能巡检效率提高了2．5倍，一定程度上缓解了线路运行维护人员不足的困境。随着无人机新技术的不断发展，无人机智能巡检将逐步替代人工巡视成为线路运行维护的主要手段。
1与人工巡检的对比分析
1.1巡检效率更高
传统人工巡检作业人员步行距离为档距的3～4倍，这意味着有70%左右的巡检时间是在路上，而无人机巡检对应的飞行速度是工作人员步行速度的10倍以上，巡检时间大大缩短。传统的人工巡检需要定期排查设备外观是否完好、有无放电痕迹等信息，这是一个反复排查与核对的过程，无人机巡检避免了重复性的现场巡检排查，只需要提取重点部位照片。因此，与传统人工巡检对比，配电线路无人机巡检效率更高。
1.2巡检质量更优
对比人工巡检，无人机巡检质量更优。以往人工巡检很大程度上取决于巡检人员的巡检经验，缺乏巡检经验，缺陷判断准确性就会大打折扣。而无人机巡检通过专业摄像设备进行高空高清拍照、信息提取，便于缺陷精准识别，减少了错判与漏判情况。特别是重点部位的拍照反馈与缺陷识别，精准度提升带来了持续优化的巡检质量。
1.3巡检成本降低
电力建设中不少线路架设在偏远山区，自然环境恶劣，地形复杂，人工巡检难度大且危险系数高，巡检成本高。无人机巡检摆脱了地形、环境的影响，其于有效飞行距离内能实现配电线路及设备不同角度的照片拍摄，操作简单，巡检成本低。无人机代替工作人员，无需亲临每一个设备现场，作业安全更有保障。
2无人机巡检发展中的制约因素
1)飞巡空域限制条件多一是空域管制严格，申请流程复杂且周期长;二是空域管制机构多且多重管制区域划分不明确;三是部分适航区军事活动频繁;四是空域管制机构人员少且通讯占线率高。应优化空域申请的管理流程，提高飞巡空域的申请效率。2)无人机续航能力低目前，纯电动无人机续航时间一般在30min左右，不能满足连续大档距的输电线路巡检作业要求。对于油电混合的无人机，续航能力可达到2h左右，但由于油电混合无人机体积较大，不方便单人作业且有发生爆炸的危险，故目前的推广使用受到较大的约束。3)无人机图传距离短现市场上比较成熟的大疆系列无人机图像传输距离理想状态下一般在3～7km，但在城区及近郊等地方，由于受到信号干扰以及建筑物的影响，只能保持2km左右的图像传输。对于无人机杆塔巡检，当线下树木植被较高时，将进一步影响图像传输效果，导致图像传输距离不到1km，严重制约了无人机巡检的质量。4)自主巡检ＲTK通讯链路信号差无人机杆塔精细化自主巡检需要较强的ＲTK网络信号，但由于输电线路所处地区比较偏远，网络信号一般比较弱，很难满足自主巡检的要求，严重阻碍了无人机自主巡检的进程。
3输变电线路巡检系统应用技术
3.1?航迹姿态设置技术
目前，输变电巡检系统设计中开始应用无人机巡检技术。但无人机容易受天气影响，在恶劣天气条件下，无人机可能会出现失灵或失准的现象。因此，在进行应用无人机的输变电巡检系统设计时，应当着重注意航迹姿态的设计。合理的航迹姿态设计能够让无人机的飞行受到有效控制，减少天气对无人机功能的影响，并让无人机能够适应多种输变电线路的巡检需求，增加无人机巡检技术的应用范围，减少无人机巡检的安全隐患。航迹姿态控制技术主要利用PID控制器配合I-QG控制器实现，让无人机可以在控制下做出俯仰和翻转等飞行动作。
3.2?控制信号保障技术
利用无人机进行输变电线路的巡检可以检查到人工检查难以到达的位置。但是，无人机受到信号的制约，一旦超出信号范围就会失去控制，不能进行正常的巡检工作。因此，在进行输变电线路的巡检设计时，要采用一定的技术保障无人机的信号接收，提高输变电巡检工作效率。无人机进入不通视范围时，要利用中继点让无人机接收到控制信号。中继点的位置设计要经过专业测算，然后，进行无人机飞行高度的逐点测试对比，使其能够搜索到中继点，保障地面巡检中心对无人机的控制。完成无人机巡检通视处理后，还要对中继点进行检查和计算，检查其是否能够满足巡检要求。检查合格后，可以进行后续的设置和处理。若检查结果不合格，就要重新进行航迹设计，并重新测算中继点的位置。
3.3?无线通信
无线通信主要是利用特定空间内电磁波信号自由传播的特性，将无线网络中的信息传输通道划分为若干个小规模传输信道，实现数据高频率快速转换、小规模管理控制的目的。无线通信技术包括卫星通信、微波通信2种类型，前者主要是将通信卫星作为中继站，实现地面2个或者多个移动体间的微波通信，具有传输质量好、覆盖范围广、网络无缝衔接、不受地理条件及其他因素（磁暴、核爆）约束、组网灵活、容量大的特点。但因在卫星通信网络中无线电波传输时，需要经过地球站→同步卫星→地球的流程，极易出现通信延迟及回声效应。后者为传输距离为几十千米的无线电波，因为频带宽、通信容量大，所以需要在信息交换关口设置中继站，通过中继站将数据信息加载至微波载体上，实现电波空间内的数据传输。以5G无人机对输电线路进行巡检为例，无人机除搭载外置摄像头（热成像摄像头、4/8K摄像头）外，还可连接、采集多种传感器的数据，全面感知周边环境，进行最优巡检路径规划，实现自主导航。同时利用5G网络高速率、大带宽（100 Mbps级）、大规模连接、低时延的优势，将巡检高清影像实时传输至数据处理中心，地面站工作人员可以在后台远距离实时监控高清摄像头的状态，实现输电线路故障巡检的远距离专家决策。
虽然无线通信技术具有不需要设置有线传输电缆、建设周期短、建设成本低、适应能力强的特点，但是其在输电线路无人机巡视检查中应用时，极易受到周边环境的影响。特别是在周边通信点存在障碍物时，极易导致通信质量受损或通信中断。除此之外，虽然无线通信技术理论通信距离在6 000.0 m以下，但是受天气因素、周围建筑物体影响，无法实现远距离信息实时传输。
3.4?输变电线路探测技术
为了使输变电巡检工作能够及时发现输变电线路中的问题与隐患，需要为输变电巡检系统添加线路探测技术，使输变电线路的巡检更加安全和准确，保障输变电线路的正常运行。在输变电巡检中应用的线路探测技术主要有图像检测技术、红外探测技术和激光雷达探测技术。（1）图像检测技术。图像检测技术主要通过无人机实现。检测用无人机安装了高清的拍摄设备，可以对输变电巡检位置进行拍摄，并将图片和视频文件储存下来或传输到地面控制中心的计算机中进行分析和处理。地面控制系统可以利用智能识别系统对图像进行识别，也可以利用人工对图像进行检测，判断图像中的输变电线路是否出现故障。无人机应当搭载时下较为先进的摄影设备，使图像更加清晰，提高图像检测的准确性。利用无人机拍摄输变电线路可以发现线路中出现的导线断股和杆塔变形等问题。（2）红外探测技术。红外线热感应技术能够对输变电线路进行温度检测，发现输变电线路中的不正常发热点，在线路和接头的故障检测上发挥了重要的作用。
结语
配电线路无人机巡检技术的广泛应用，大大提升了配电线路运维管理的实效性，基于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.