无人机在电力巡线中的应用

无人机在电力巡线中的应用

杨冲高逸君

（国网上海市电力公司检修公司200063）

摘要：由于电力线路及杆塔附件等长期暴露在荒郊野外，为保证电力系统安全、稳定的运行对于电力线路的巡检和维护显得至关重要。采用无人机巡线技术能切实保障电力线路巡检工作的质量，对提高电力企业安全生产的管理水平及创造更高的经济效益都具有重要意义。本文对无人机在电力线路中的应用技术进行了归纳介绍。主要阐述无人机优点和分类、无人机关键技术、无人机巡线控制系统、无人机红外热像技术以及无人机在上海应用的局限性。

关键词：电力线路；无人机；巡线；红外热像

引言

电力线路分布广泛，所处环境一般较为恶劣。加之，电力线路及杆塔部件等又长期暴晒在外，受风吹日晒、电闪雷击等的影响，会产生锈蚀、磨损、自爆等损坏，这些问题如果不能及时发现并消除，就会给电力线路稳定运行带来极大隐患。所以，定期进行电力线路的巡检，随时掌握线路环境变化情况，迅速发现并消除隐患，方可确保安全与可靠的供电。

1无人机优点和分类

传统的电力线路巡检通常是需要人员亲在到位方式，这样就出现人员多、工作量大，效率低下等诸多问题，而通过使用无人机便可达到对较长线路的大范围快速信息搜寻，同时根据搭载的可见光拍摄设备和红外热成像设备，可以拍摄电力线路及杆塔附件等图片信息，用来分析常见的线路上的故障隐患，这样就大大加强了巡检线路的可行性和提高巡检的效率，无人机巡线技术是目前最先进的，科技含量最高一种线路维护方式，具有很高的实用性。

1.1无人机优点

具体可以归纳为：

1）采用无人机技术进行电力的巡线工作，很大程度上提高了检修的速度和效率，这样就让不少工作能够在设备运行中进行检测，提高了用电安全性。据相关信息表明：无人机巡线比人工巡线效率高出40陪。

2）采用无人机技术对电力线路进行常规巡查，相比人工巡检线，可降低劳动强度，加大了异常地形的巡查可能性，提高巡线作业人员的安全性，在一定程度上降低了成本。

3）无人机的具有飞行速度快，应急反应迅速，针对性强等特点，能及时发现缺陷，捕捉故障信息，避免了许多等到故障发生后的停电情况，挽回了高额的停电费用损失。

1.2无人机分类

用于寻线作业的无人机，若按照机翼的类型可分为三大类，即固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机；若按动力模式可分为两类，即油动和电动。按照机翼的类型来分，各类机型优缺点如下：

（1）固定翼无人机

对于固定翼无人机，具有续航时间长、飞行距离远、飞行速度快（一般为80-120km/h）、飞行高度高等优点，主要携带照相机和摄像机进行巡线，目前有油动和电动两种，适用于对线路走廊、采空区、杆塔倾斜、线下树木、违章建筑、违章作业等较大尺度对象的巡视。可对杆塔进行定点照相，拍摄的影像资料不是很细致，不能很好的了解杆塔导线本体状况。适于5级以下风力作业。

（2）无人直升机

对于无人直升机，其飞行速度较慢（一般为15-20km/h），可以悬停于杆塔上方，以93#或97#汽油为动力，适合对杆塔进行扫描，能够获得较清晰的影像，但续航时间短，操控和维护有一定难度。适于5级以下风力作业。

（3）多旋翼无人机

对于多旋翼无人机，可分为四、六、八旋翼，其成本低，小巧轻便，操作简单，可代替人员登杆，目前均为电动，续航时间过短（一般为15-30分钟），工作距离短，抗风能力差，一般为3-4级风。其中电动优点在于稳定，对平台震动小，电动机寿命长等；缺点在于续航时间普遍较短。

2无人机关键技术

无人机巡线技术融合了航空、电子、电力、控制、通信和图像识别等多个技术领域，实现起来需要解决的关键技术很多，主要包括以下几个方面。

（1）无人机飞行姿态控制

为了保证采集到的图像效果，在无人机巡线时需要对线路和杆塔进行近距离拍摄，而且在巡线过程中容易受到不稳定气流和风向的影响。为了保证无人机巡线的安全，必须精确稳定的控制无人机飞行姿态。

（2）无线通讯技术及其抗干扰性

由于电力线路和杆塔周围存在强电磁场，这会对信号的传输带来影响。而无线传输模块需要完成无人机和地面基站直接双向数据传输，包括地面基站和操作人员发出的各种飞行控制和动作指令，无人机位置信息的确定以及拍摄的实时视频、图像的数据的传输，这要求无人机具有传输速度快，距离远，较强的抗干扰能力等特点。

（3）线路故障检查技术

通过搭载的摄像机和高清相机，无人机采集回来的影像信息，工作人员需要对线路运行状态进行判断。

3无人机控制系统

3.1无人机巡线系统

无人机的巡线系统主要包括以下几部分：动力系统，飞控（飞行控制）系统，导航系统，GPS，测距系统，设备搭载平台，数字、图像传输模块、地面控制中心。

3.2无人机控制方法

（1）基于模型的控制方法

如果无人机飞行器的结构且已知其相关参数确定，其动态特性可以用数学模型来描述。基于该模型的控制方法有前馈补偿控制，非线性反馈控制方法等。但是飞行器是一个非线性的系统，很难建立该系统的模型，所以这个方法不能用到实际应用中。

（2）PID控制

由于其控制律比较简单，而且无需建立数学模型，易于实现，使得该控制理论广泛的应用在机器人控制当中。但是PID控制方法需要较大的控制量，不能保证机器人有良好的动态和静态品质。

（3）自适应行控制

自适应控制就是对比设定的指标与实际的指标所得到的信息来修正相关的参量，使得系统能够保持最优的工作状态。但是该控制算法对实时性要求很高，而且在寻找相关参量的时候需要庞大的计算。

（4）神经网络控制

神经网络控制是基于神经网络对不确定的非线性对象进行建模，可实现飞行器中未知部分的在线精确逼近，从而通过在线建模提高飞行器高精度的追踪。

（5）模糊控制

模糊控制是基于模糊数学的控制，能够描述十分复杂的非线性系统，该控制理论有很强的非线性逼近映射能力。当不能精确确定控制对象的数学模型时可以采用模糊控制。

4无人机在上海的局限性

无人机具有重量轻、体积较小，便于携带、成本低、能自动飞行，灵活性好、支持多种巡检模式等优点，但其还有一些缺点，这对其在上海等沿海、平原地区的应用产生了局限性。

1）无人机巡线技术多用于偏远山区和一些人员难以到达的区域，而对于平原地带，便于人员到达和车辆行驶。加之，无人机巡线也需要地面人员的配合，所以，传统人工方式却很方便，避免无必要的人员和资源的浪费。

2）无人机巡线方式对电池载荷能力和带载能力要求较强，而目前小型无人机续航能力短，载荷重量有限，对于平原地带，无人机巡线效率不如人工方式方便、快捷。加之，配备的拍照和红外影响设备较重，携带困难。

3）沿海城市一般经济发达，空间管制较为严格。加之，由于通讯信号多而复杂和风雨大而频繁都给无人机的使用带来不便。

4）平原地带高压输电线路杆塔之间距离较长，而无人机续航时间短，只适合杆塔点对点巡检方式，不能长距离巡线，这样使得巡线工作时耗较长。

5结论

我国电力线路由于各种复杂的地理环境，覆盖范围大、分布区域广、传输距离长、地理条件复杂多变且受环境气候影响显著，传统的人工巡线方式已难以适应大规模电网的巡检要求。将无人机这项技术应用于电力线路巡检，包括融合电子、通信、图像识别等多个技术领域，形成一整套的无人机巡线系统，可以大大减轻电力巡线的人力投入，同时又能快速、安全地对线路实施巡检，是一个很有前途的研究方向，并且具有重要的实用价值。无人机巡线具有广阔的应用前景，在未来有潜力成为一种主要的巡线方式。但是，无人机也有一点的缺点和不足，无人机对通讯依赖性强，且容易受到天气、信号等干扰和人为因素影响，行动带有滞后性。对于小型无人机载重较小、工作时间短，加之空间管制也不利其发展。这都有待于我们进一步去研究和解决。

参考文献：

[1]李力.无人机输电线路巡线技术及其应用[C].湖南：长沙理工大学，2012.

[2]李勇.无人飞行器在特高压交流输电线路巡视中的应用模式研究[C].北京：华北电力大学，2014.