蔡皓 赵仁任 刘正科
云南电网公司德宏供电局 678400
摘要：近年来，由于无人机在各行业的应用越来越广泛，对相关从业人员的技能提出了更高的要求。目前，在电力系统中，无人机主要运用于灾情勘察、运行检修、施工放线、故障清除等领域。对此，要求操作人员系统学习无人机的操作原理，并通过反复的实操训练掌握无人机的飞行及巡线技巧，以确保任务的顺利执行。结合各方需求，可以将多旋翼无人机与输电通道自主巡检技术相结合的方法，对实际的工作成员提升应急处理能力和业务水平，保障输电通道及电网稳定运行。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对基于多旋翼无人机的输电通道自主巡检技术研究提出了一些建议，以供参考。
关键词：基于多旋翼无人机；输电通道；自主巡检；技术研究
引言
基于无人机在输电通道巡检上的应用，形成“人巡+机巡”的巡检模式。但无人机应用存在诸多不成熟技术环节，需要大量的人工干预，数据分析的智能化水平和效率较低。随着科学技术发展，尤其在无人机和电池技术、摄影技术、图像识别技术、移动通信技术等方面的发展，不断探索寻求实现全面提升无人机巡检效率的方式和方法，包括无人机状态实时管控、无人机巡检数据处理更加智能化，并解决实现无人机智能巡检系统与国网的合理对接。无人机在输电通道巡检上的应用，促使输电专业组织架构不断优化，以满足无人机成果转化进一步推广应用的需求。
1、电力输电通道巡检设计的基本原则
（1）设计要具有可靠性。在进行输电通道巡检系统的设计时，要注意系统的可靠性。在设计时，要从硬件和软件两个方面进行考虑，保障计算机、电源和操作系统能够发挥应有的作用，让输电通道巡检系统安全可靠。（2）设计要具有扩展性。输电巡检系统设计应当注意设计的扩展性。为了使输电巡检系统能够长久满足巡检需求，应为巡检系统预留足够的接口，使其能够增加巡检区域，并应用新的巡检技术。还要让输电巡检系统能够与其他电力部门进行数据互通相互协调提高巡检工作的效果。
2、多旋翼无人机概况
无人机按平台分类可分为固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇等。按质量分类可分为微型无人机、轻型无人机、小型无人机及大型无人机。其中，多旋翼无人机通过每个轴上的电动机转动带动旋翼以产生力。这样，改变不同旋翼之间的相对转速就改变了单轴推进力的大小，从而实现了对飞行器运行轨迹的控制。和其它无人飞行器相比较，多旋翼无人机具有体积小、重量轻、现场组装时间短、起降场地要求高、携带方便，能轻易进入人员不易进入的各种复杂环境等特点。
3、基于多旋翼无人机的输电通道自主巡检技术研究
随着科学技术的发展以及制造业的进步，多旋翼无人机在电力巡检中可携带的设备越来越丰富。在硬件方面从最早的只可携带可见光设备，已发展成目前可携带模块化的三维激光雷达、红外热像仪等设备。在软件方面，从最早的需要人工进行操作，发展到了目前可以自主巡检、进行缺陷的自动识别与分类等。使用多旋翼无人机搭载三维激光雷达时，通常用来对输电通道进行通道巡检。由于目前多旋翼无人机基本使用电池作为能源，存在续航时间短的问题。目前唯有通过不断优化巡视航线的方法，有效利用多旋翼无人机的留空时间，不断提高巡检效率。在无人机通信系统中选用功率小、收敛速度快的远程通信模块，防止通信影响无人机的续航能力。通信时间每间隔0.5s便会发送一个数据包，通过发送的数据包来承载无人机的飞位置、飞行速度以及其他的重要参数，便于及时地发放指令。利用该应答机制来确保通信指令可以及时地送达到地面接收站。高速图像模块主要负责采集视频图像，在高速图像模块中设定可见光相机，通过可见光相机进行巡检拍摄，得到可见光图像。分析得到的可见光图像，检测导线中是否存在毛刺、断股、绝缘子脱落，能及时发现电网存在的缺陷，缩短杆塔巡检的时间。空中巡检对图像质量要求较高，选用的可见光相机的有效像素需超过1000万，在空中的拍摄速度需大于30帧/s，能连续可调地进行4倍光学变焦，同时具有自动对焦功能。成像传感模块包括红外成像传感单元和紫外成像传感单元，不同的模块负责检测不同的部位，红外成像传感模块负责检测导线的接收和线头等部件，选用的红外线传感器有效像素要大于30万，在检测时能够自动对焦，并且将得到的热图数据导出，以实时的方式检测温度最高位置点，控制距离在安全范围之内。
紫外传感模块能够检测电气设备输电线的电晕放电情况，选用的紫外传感器必须要具有灵敏的探测能力，且体积不宜过大，在短时间内统计出所有的光子技术信息，从而完成常规故障检测。超声波局部放传感模块负责检测电气设备中是否存在局部放电，如果存在局部放电，当正负电荷中和，会出现电流脉冲、发光、发热等现象。能够检查无人机的稳定性、灵活性、悬停能力和续航能力。选用的超声波传感器的质量要低于1.5kg，通常使用的电源为12VDC电源，工作功率小于36W。系统硬件设计。首先是无人机的选取，无人机作为杆塔智能巡检的主体平台，负责执行航飞任务、执行航行指令，搭载可见光云台相机等任务设备。基于输电线路杆塔的智能化、精细化巡检作业要求，采用大疆四轴多旋翼无人机作为飞行设备，该无人机可支持悬停、低速巡航，飞行时间不少于30min，最大有效载荷为1.72kg，可在能见度不低于30m的条件下保持正常作业飞行，抗风能力达到6级以上，实现飞行状态、任务模式的灵活切换，可适应-10～40℃的温度环境，具备自主起飞降落、自动返航、低电压保护等功能，兼容SZENMUSEX4、SZENMUSEX5等多种云台。其次是定位系统设计，选取RTK模块加装在无人机上，围绕无人机起降点进行RTK基站的部署，用于针对无人机在自动巡检过程中的定位进行修整。在考虑到无人机定位精度的条件下，将其飞行半径控制在5km以内，确保飞行方位的精确性。基于RTK差分定位技术进行多旋翼无人机智能巡检系统的设计，可确保多架次无人机在相同航线、相同点位拍摄高精度照片，且画面位置基本重合。再次是任务设备的选取，选用可见光云台相机记录输电线路杆塔信息，该设备采用''3/4,CMOS传感器，有效像素为2080万，具备连续可调光学变焦功能，可在与杆塔间隔10m距离处获取高分辨率图像，能够检测到销钉级缺陷，且具备良好的防抖性能，保障在大风作业条件下仍能够拍摄到高清晰度照片。最后是地面站的设计，操作人员可在地面站利用智能操作系统实时获取到无人机的航行信息，其中控制终端基于Android系统开发，具有32G储容量、6.8寸屏幕，能够满足IP67防护等级需求，控制无人机实现自主巡视。
4、现场应用实践
4.1杆塔本体巡视
杆塔本体巡视是多旋翼无人机巡视的一项重要内容。500kV线路杆塔较之220kV及以下电压等级杆塔，具有高度高、尺寸大、金具结构复杂、绝缘子片数多、导线附近电场强度大等特点。人工开展杆塔本体巡视，工作量大，且不易发现绝缘子及连板开口销缺失、连板螺丝缺失、间隔棒爪头脱落等体积较小的部件缺陷。而利用多旋翼无人机进行航拍巡视，可有效避免小部件缺陷遗漏，可以近距离多角度地观察设备，大大减轻人工工作量和工作强度。通过应用多旋翼无人机巡视技术，目前已发现耐张塔跳线间隔棒爪头脱落、导线连板上短小异物挂线等缺陷。
4.2缺陷辅助处理
在人工巡视作业中，通常由巡视人员用照相机在地面拍摄缺陷照片或者登塔拍摄，并将缺陷照片反馈给检修班组，作为缺陷处理方案决策的依据。但在地面拍摄的缺陷照片往往由于拍摄角度限制而不能直观清晰地展现缺陷的位置和状态，登塔拍摄无疑又会成人员工作强度和危险性的剧增。而应用多旋翼无人机升空拍摄，不仅工作强度和危险性降低，也提高了工作效率，还可以实现360°全方位直观清晰地观察缺陷情况，便于检修人员制定准确的处理方案。在缺陷处理过程中，应用多旋翼无人机升空拍摄也可方便地判断缺陷处理情况。多旋翼无人机升空拍摄的某500kV线路耐张塔导线及瓷瓶串被施工防尘网包住的缺陷。经过检修人员决策，最终采用激光炮加绝缘杆带电处理方式进行消缺作业。
结束语
综上所述，设计人员在进行输电自主巡检系统设计时，要遵从设计原则，使系统能够促进巡检人员的工作。在巡检系统中，应运用时下较为先进的巡检技术，通过技术提高线路巡检效果。巡检后台系统应当具有强大的数据分析和处理功能，对输电通道线路的前端数据进行准确分析，让输电通道巡检工作智能化，科学合理运用多旋翼无人机技术，方便巡检人员进行故障排除，保障输电通道的安全运行。
参考文献
[1]李昊晔.基于多旋翼无人机的输电通道自主控制的研究[D].华中科技大学,2019.
[2]萧振辉.基于多旋翼无人机的输电通道带电清障装置研制[D].华南理工大学,2019.
[3]何惠清,朱昱,袁炜.小型多旋翼无人机在架空输电通道巡检应用探索[J].江西电力,2018,41(08):32-35.
[4]黄彬,张国亮,万晓光,檀英辉,果淼,李伟靖.基于多旋翼无人机巡检电力串联补偿装置站内的抗电磁干扰方法研究[J].华北电力技术,2018(05):44-48.
[5]张瑜.电力巡检多旋翼无人机避障技术研究[D].电子科技大学,2018.