王伟 彭军 王立
贵州电网有限责任公司电网规划研究中心 贵州省贵阳市 550000
摘要：随着经济的发展，近年来国内用电负荷快速增长，电力系统急需提升供电可靠性，以维持居民稳定用电的需求。因此，电力系统的线路检查问题变得愈发重要。无人机可以快速大面积巡检电力线路，发现线路是否存在问题。但无人机在巡线作业过程中获取的图像受干扰情况严重，难以直接从图像中获取有用的信息，不能很好地实现故障点的诊断与定位。同时，由于发生的故障类型多种多样，需要运用不同的诊断方法来识别故障，使得提取和分辨图像特征成为难题。红外成像技术可以将人眼无法看见的光线辐射能量转变为电信号，进而将其转变为在显示设备上人眼可见的图像信息，通过颜色可以判断电力线路、电气设备是否发生了故障。本课题提出一种通过无人机搭载高清红外相机采集线路图像进行故障检测的方法，并对采集过程中可能对图像信息存在干扰的客观因素做进一步处理，以提高图像清晰度，辅助工作人员进行判断，正确地对巡视线路做出相应的故障诊断分析。
关键词：无人机热红外成像;输电线路;故障识别;诊断;
引言
我国的输电线路分布非常广，大多处于自然环境恶劣的区域，户外的输电线路杆塔经常受到风吹雨淋，在温差等因素的影响下，会出现磨损、自爆及锈蚀等问题，这些问题若不能及时发现并解决，必然会给输电线路带来重大损失，同时也存在重大安全隐患。为了保证良好的用电环境，需要对输电线路进行定期巡视，但是输电线路人工巡检作用有限，并且恶劣的巡检环境也不利于人员操作，所以在航空和信息技术快速发展下，无人机巡检逐渐开始替代人工巡检，并成为当前输电线路巡检工作的研究热点。无人机能够适应低空下的各种环境，并且体积小、重量轻、携带方便、操作简单，可以支持多种巡检模式，能够对输电线路进行全方位巡检。无人机在巡检中，可以按照既定的航线进行自主巡检，或者人工操纵巡检，通过搭载在无人机上的摄像头和传感器等硬件，实现实时传输线路图像实况。地面控制站人员能够同步观察输电线路状态以及周边环境变化情况，并根据无人机传输回的信息，能够分析判断输电线路存在的安全隐患问题。
1无人机技术的原理与功能
目前，输电线路巡检中最常应用的无人机一般是UH无人机(又称“遥控直升无人机”)与M4Ｒ无人机(又称“四旋翼无人机”)。其UH无人机主要由地表摄影与操控系统、影像收集与传送设备、遥控直升本体等多部分组成。它的主要功能是利用人工遥控，精确地飞行到相应的输电线路周边，在确保机身安全的前提下，悬停在电力线路附近，收集相应输电线路的视频图像，然后利用现代无线图像传送设施，精确传输到电网后台，方便工作人员查看输电线路状况。而M4Ｒ无人机则通常由M4Ｒ无人机身和M4Ｒ地面站两部分构成。它不但悬停性能、起降能力突出，而且能够携带先进的高分辨率微型摄影仪、无线图像传送器等，可以进行输电线路高清图像采集，远程目标传送。在具体的巡检工作中，M4Ｒ无人机在地面站的对应引导作用下，先是沿着目标电网飞行，当飞行至安全距离，到达输电设备周边后，就会主动悬停合适的空间位置，选择科学合理的角度采集相关图像，而后精准传送到地面站。当需要调整被检测的电力设备与图像摄影仪时，工作人员则只需适时控制M4Ｒ无人机的减振云台。
2热红外成像技术诊断
由于温度较高、长时间运行、器件老化等原因，导致电力线路出现各种各样的故障。在电力系统运行期间，线路承担的负荷较多，且线路自身具有电阻，接头温度升高较严重，导致接头损坏几率增加，可能致使系统无法正常运行，因此需要检测线路中是否发生故障，并着重检查易损坏部位。利用无人机热红外成像不能发现所有的热故障缺陷，这里针对分裂导线耐张线夹故障发热进行分析。应用搭载红外拍摄装置的无人机检测电力线路，能够获取不同装置的图像信息。采用红外图像检测目标温度，依据所获取的数据并采用合适的检测方法，可以初步分辨将要发生或已存在的故障，及时提供故障预警。
电流和电压致热为输电线路及装置的主要故障类型，依据行业规范，采用同类比较法对故障进行分辨。
3无人机技术在输电线路巡检中的具体应用
3.1利用无人机全方位高效巡检输电线路
无人机一般都由两部分组成，即地面控制系统与机载系统，其中无人机的机载系统中大都配置有可见光相机，可以全方位精准拍摄相应的输电线路。而且在完成拍摄后还能进行图像格式的转换，通过相应的远程信号无线传送系统及时传送到指定的计算机中。这样专业的人工巡检人员就可以及时查看与快速判断输电线路的运行状况。在遇到难以判断运行状况的输电线路图像时，工作人员还可以利用遥控器相应地调节可见光相机的焦距，以获得更加清晰的目标图像。当需要对一些较为特殊的输电线路进行巡检与故障检测时，工作人员可以通过地面控制系统灵活改变无人机的飞行路线，其确保其能快速精确地悬停在目标位置附近拍摄出清晰图像，传送至地面。这些都有效减轻了人工巡检工作的难度与强度。最重要的是通过无人机拍摄与传送到计算机的巡检图像可永久保存在计算机中，这就为日后的输电线路巡检工作提供了重要的资料参考依据。
3.2利用无人机进行非常规状态中的输电线路巡检与故障检测工作
在一些地质灾害造成道路中断的地区或地质情况复杂存在重大安全风险的地区，出于电力员工的人身安全考虑，电力部门很难派人及时到达现场进行输电线路的勘察检验与故障检测。而引进无人机技术后，工作人员就可远程遥控无人机对这些特殊地区的输电线路进行有效巡检与故障检测。这样不但巡检人员的人身安全得到保障，而且整个电力系统的服务性能也实现了前所未有的提升。可以说无人机技术在输电线路巡检中的应用真正打破了自然条件对传统人工巡检的局限。
3.3分裂导线耐张线夹故障诊断
利用同类比较法分析其图谱信息，发现故障处与正常部位存在较大温度差，表明分裂导线耐张线夹连接处由于螺丝松动导致过热，可以为检测人员决策提供参考依据，为准确判断故障位置提供有效技术支持。
3.4灰度化处理
工业界的一种色彩标准是RGB颜色模式，通过对红、绿、蓝3个色彩通道的转变和它们相互之间的叠加来获取不同颜色。对彩色图片上的R，G，B通道做一致化处理，即为对该图像进行灰度化处理。采用加权平均法来灰度化处理图像，因为该算法是基于人眼睛对RGB的不同识别效应来设计的，由此处理后的灰度图能够更接近理论的判断条件。
结束语
输电线路的巡检是电力系统中非常重要的一个环节，高效准确的巡检方法能够有效地保证电力系统的供电稳定性，提升电能质量，促进社会经济蓬勃稳定发展。本课题综合分析了无人机结合红外成像技术巡检的优点，利用无人机搭载红外成像装置获取巡查输电线路的大量图像信息，并通过分裂导线耐张线夹故障来验证红外成像诊断方法的准确性。该方法能够对装置故障进行初步判定，从而预防输电线路故障的发生和故障发生后的进一步蔓延，在实际操作中起到重要作用。
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