配网线路集群无人机智能巡视技术研究与应用

配网线路集群无人机智能巡视技术研究与应用

徐世杰

云南电网有限责任公司红河开远供电局 云南开远661600

摘要：随着经济的发展，工业能力的不断提高，对电能的需求量不断增加，对供电的可靠性提出了更高的要求。在国民经济发展中，能源占有举足轻重的地位。但是，在供电方面，存在着许多问题，比如供电线路的安全问题，输电线路的总体长度比较大，很多输电线路在很差的条件下运行，这极大地提高了输电线路出现故障的几率，而且手工巡视线路的困难也随之增大。因此，本文首先对无人驾驶车辆的概念、配电网巡检工作的概况进行了概述，并对其进行了理论分析，并提出了将其用于配电系统的必要性。最后，本文对多旋翼型无人驾驶巡检的方案进行了详细的研究，并对其在网线巡视中的运用进行了讨论。

关键词：配网线路；无人机智能巡视；研究；应用；分析

引言

配电网的布线具有点多面宽的特性，导底线、绝缘子塔柱等金属器具在长时间暴露于狂风暴雨的条件下，材料老化、正常机械载荷、供电负载等内在原因以及雷击、人为破坏等外界原因造成的锈蚀、损坏、缺失等问题，需要对这些问题进行及时排查、维修或替换，确保输电系统的正常、平稳、可靠地工作。通过对配网线群集式无人机的智能化巡视技术进行了深入的探讨，能够在配网线路上完成集群化、自主化、常态化巡视工作，减轻配网人员巡视工作强度，提高配网供电可靠性。集群的无人飞行器图象传送具有稳定、远距离、高灵活性、低成本、易于维护等优点。

1、配电线路巡检工作现状

配电网的稳定是整个电网安全的关键，也是社会稳定和人民生活的根本。因此，必须经常进行电力系统的日常运营与保养，做好电力系统的巡视，及时地检测到电力系统中的各种检测装置、标志牌、航空警示设备、防雾防冰设备的缺损和变化。要经常对其进行巡视，以防止配电网出现事故，并能为电力系统的维护工作打下基础。电网的供电线路在野外的分布非常的多，电力系统的线路和设施会受到雷雨、暴雨等自然灾害的影响，以及违章植树等人为因素造成的损坏，需要对线路的维修进行定期的检查，实现全方位、多角度的监控，及时准确的发现线路故障点。复杂繁重，安全性差，效率低是常规手工巡视难以避免的问题。近几年，无人机技术发展迅速，在航空摄影测量，太阳能电站巡视，考古勘探，地质勘探，高速公路巡视，电网巡视，森林火灾监测，城市高层建筑火灾等方面得到了广泛的运用[1]。

2、无人机的全自动巡检的理论基础

无人机是以飞控技术为基础，携带特殊的工作负载，完成自主飞行和其他有关工作的无人机。与无人驾驶的飞行器相比，它最大的优点就是没有驾驶员随意驾驶，也没有任何安全保护装置，成本低，风险低，操作简单，是一种很好的监测手段。目前常用的无人机有多旋翼无人机、单旋翼无人机、固定翼无人机、复合翼无人机等。无人机智能化巡检技术为电网监控提供了方便快捷的解决方法，它包含了一个高度集成的无人机地面站系统、无人机飞行平台、任务载荷和信息传输站系统。各个子系统相互配合，实现了智慧电网的立体监控。无人机的自动巡逻技术主要是由一架拥有高性能飞行控制和高清摄像头的无人机构成，由高度可靠的数据传输和全面的地面观测平台构成[2]。在巡视工作中，通常是利用一架固定翼或一架大的单旋翼无人驾驶飞机对线路进行巡视，然后利用微型多旋翼巡逻车对线路、地线和绝缘子进行远程监控。一旦出现异常，巡逻队可以利用小型多旋翼无人机对异常区域进行全面细致的巡视，并根据地面上的影像来判定问题。但由于其自身的诸多优势，使得人工电力巡检工作面临诸多难题和限制。在有关调研的基础上，采用小型无人驾驶飞机航拍技术进行输电线路巡视，不仅可以提升输电线路使用的维数，而且还能减少相应的设备运维工作，节省了大量的人力，增加了电网线路运维部门的自动化水平，大大降低了企业的运行和维护成本。

3、多旋翼无人机设计

由于全自动巡逻机携带的装备数量多，而且对安装地点的需求也比较大，所以我们必须针对不同的装备和负载进行设计。在早期的任务负载没有确定之前，可以对任务的负载进行大致的估计，然后根据估计的重量购买一款供测试的货物。包括航拍相机、云台、卫星发射台、数传电台、飞控系统等，如果有必要，还可以安装一台车载电脑，初步估算，总重量在1.5公斤左右。为了保证安全，它的体积不会很大，在考虑到装载能力、滞空时间等因素的基础上，四旋翼的机箱被设计成了一台700毫米的小型无人机。使用10000毫安/16000毫安的6S型锂离子，推进器选择12英寸或15英寸的可折叠式推进器。起飞重量约为4公斤，每台马达承载1公斤的重量，由马达特性参数清单选择（6S的对应推进器牵引力为1千克时，功率效率最高）[3]。当有充分的电流余量时，应尽可能选择轻型的电调。不管是采用折桨或整体划水，在使用之前都要进行静态均衡，在完成后还要注意检查有没有“双桨”的情况，如果有两个浆螺，就必须对浆进行调节或更换，由于螺旋桨的不均衡会对电机的效率产生很大的影响。

4、无人机在配网线路巡检中的应用

过去，在无人驾驶的情况下，无人机驾驶员必须对其进行高精度的高分辨率的灯塔和线路进行拍摄。由于地面操作员视野的差异，使人工操作的精度出现较大偏差，不但工作效率下降，而且还会对航空摄影图像的检查造成一定的不利影响。在无人驾驶的自动巡视工作中，必须对航线进行科学的规划。在巡检无人驾驶时，用一段时间内将GPS定位系统、动力系统、任务载荷以及详细的参数资料以一定的频率进行纪录。通过巡线，无人机不但能通过POS系统的数据来精确地画出巡线路径，还能将高精度空中摄影的时间和飞行POS的资料融合起来，从而确定各个航空摄影点的坐标和摄像机的姿态、焦点等。利用特殊的工业级多旋翼无人驾驶飞机，在专门的无人驾驶平台上设置了摄影、拐角等航点，对航点进行了修改。首先，有一定的驾驶技术，通过人工操作，寻找出最适合的空中摄影和云台。在此基础上，对航拍航迹、航拍点坐标信息、云台角度、航拍相机的焦距信息进行了详细的研究。利用该数据，对无人机的航向、航拍角度、航拍相机的聚焦进行了详细的设计。接下来的巡逻任务，就是将航线传给无人机，让它们在电力系统中自由巡逻。

采用无人机空中摄影技术对配电线路巡视工作进行监测，结果显示，采用小型多旋翼式无人机进行空中巡视，可以实现全方位、多角度的巡视。通过对配电网巡视工作的分析，可以迅速地找到故障部位，从而极大地降低了巡线的工作负荷，这样不仅可以减少巡线工人的劳动量，而且可以极大地减少巡线作业中的风险。在恶劣的气候（大风、大雪、暴雨等恶劣气候下），输电线路的杆塔很可能会出现坠落等意外情况。此外，当巡逻者在操纵杆上做检查时，也极有可能出现类似于触电的安全事件。采用无人驾驶车辆进行输电线路巡视，不但使其风险大为减少，而且能有效保证人身和财产的安全[4]。

5、结语

总而言之，配电网的持续、稳定、可靠地运营，关系到电网的整体安全和稳定，因而，做好输配电线路的巡视工作就显得尤为关键。由于小型无人机的飞行控制与位置技术的不断发展，使得小型多旋翼式无人机在配电网巡视中表现出了极大的优越性，既能减少巡检工作的繁重，又能保证巡检工作人员的生命安全，提高巡检工作的效率。所以，在电力系统的巡视中，开展小型无人驾驶巡检技术是十分有意义的。

参考文献

[1]谢信霖,陈善机,钟尉,张雄标,龚德煌,刘旺.配网线路集群无人机智能巡检技术与应用[J].环境技术,2020(S1):34-37.

[2]王鹏,李军锋,熊山,等.基于无人机的大范围内长距离配网线路智能巡检研究[J].科技通报,2018(10):5.

[3]吴立远,毕建刚,常文治,等.配网架空输电线路无人机综合巡检技术[J].中国电力,2018,51(1):6.

[4]罗炜,张海涛,张笑玲,薛丽娇,卜成浪,黄嘉盛.配网线路集群无人机智能巡视技术研究与应用[J].科技创新与应用,2020(07):146-147.