无人机在输电专业上的应用及展望

无人机在输电专业上的应用及展望

龚学涛

640203198010061516  邮编：750000

摘要：随着经济的不断发展，社会对于电能的需求不断增加，输电线路里程不断增长，并且线路沿线地区建设不断加快，施工机械等活动频繁，输电线路防外破保护点不断增加，造成输电运检人员不足的问题日益凸显，使无人机巡检成为提升检修效率的重要手段之一。根据国网公司公布的数据，无人机巡检架空线路巡检效率是传统人工巡检效率的8倍以上，在其他特定巡检任务中，无人机巡检效率也远超传统人工巡检方式，在一定程度上缓解了巡检工作压力。

关键词：输电线路；无人机；巡检；应用；展望

1无人机智能巡检关键技术

1.1影像数据处理技术

现阶段可见光影响处理技术是无人机电力巡检目标检测中最主要的研究方向，依托深度学习技术的深度应用，通过人工设计特征提取的机器学习图像目标检测方法或基于深度学习技术的特定的目标检测算法，实现系统对无人机航拍图像的电力设备缺陷进行自动识别，部分技术手段能够达到90%左右的检测准确率，但由于输电线路电力部件型号多样，不同种类设备外观存在一定的差异，实现针对全部设备缺陷的准确识别还需要完善的电力巡检影像样本库或在人工智能深度学习算法上进行进一步的创新突破。除可见光影响处理技术外，红外影像以及紫外检测技术也是无人机巡检中有一定的技术应用，但受限于较高的技术研发和成本投入，该类型的商业化应用存在一定的推广瓶颈。

1.2自主巡航技术

自主巡航技术是实现无人机自主巡航的核心技术，常规分为人工示教和建模与定位技术2种，示教航线学习技术主要是在巡检过程中由巡检人员设定精准位置和姿态信息，无人机在存储相关信息后，无人机依照预先设定信息进行自主巡检。但是由于该技术主要由北斗和GPS定位技术进行技术支撑，而民用无人机定位精度误差在2～10m，电力巡检过程中需要面对较为复杂且不断变化的航道环境，同时根据电网巡检工作规范，无人机需要与线路保持10m以上安全距离，因此现阶段主流主要采用RTK实时动态载波相位差分定位技术，即通过借助激光雷达扫描精度高、数据处理快速、数据采集多样等优势，获得激光点云，并以此为基础实现三维地图的构建，并结合人工智能深度学习算法实现自主巡航。随着AI技术、边缘计算、5G的快速发展，结合现有人工示教和高精度定位技术，借助高效率的智能识别无人机在实现自主巡航的同时还能够根据设备结构及实际环境选择适宜的拍摄距离和拍摄角度，实现无人机的“一键巡航”。

1.3续航

现阶段输电线路巡航无人机主要以小型多旋翼机型为主，而小型无人机占主要部分，小型无人机续航时间基本在1h以内，需要频繁更换电池，续航时间成为制约无人机自主续航的主要问题之一，现阶段解决续航问题的2个主要方向是采用移动式和固定式机巢2种方式。移动式机巢属于较为成熟的无人机载具平台，根据特定的巡检任务设定相应飞行轨迹，无人机根据任务设定，按照既定路线完成线路巡检任务，任务完成后自动返回至移动式机巢，在机巢进行充电或人工换电，并将数据通过移动载具进行初步处理后传输至巡检监控平台。这种巡检方式在一定程度上解决了无人机续航问题，并且由于载具平台具备一定的通信中继、边缘计算等功能，实现了无人机半自动蛙跳式巡检。固定式机巢一般安装于供电所或固定线路塔杆，根据巡检任务无人机自动起飞，在完成巡检任务后自动降落至机巢中进行充电，同时通过机巢进行初始数据处理并将数据上传至巡检监控平台，该模式最大限度地实现了无人机自主智能巡航，但是受限于供电所间距过大以及塔杆承重和塔杆机巢充能问题，该种无人机自主巡航模式还需要进一步解决无人机塔杆机巢的充能及安装成本等问题，虽然一些研究试图通过光伏、风能以及微波供能与激光供能的方式解决这一问题，但是光伏和风能存在一定的不稳定性，而现阶段微波供能与激光供能效率较低，尚无法充分解决现有问题。

2输电线路巡检中无人机巡检内容

2.1正常巡检

正常巡检是为保证输电线路运行稳定，相关工作人员需要制定线路定期巡检计划，并按照巡检计划任务搭载相应的设备对输电线路进行多项目巡检作业。例如，可见光巡检是为及时发现输电线路各个部位外部存在的可见异常以及问题隐患；红外测温巡检是对输电线路中各个连接部位或者焊接部位异常发热情况的检测。

2.2故障巡检

在输电线路发生故障后，在故障原因、故障点位置等排查过程中，可根据保护动作信息，划定故障点的可疑区段和位置。然后，在无人机上搭载相关的故障巡检设备，有目的地对可疑区段进行故障排查。同时，在故障巡检过程中，还需要根据输电线路实际运行，合理扩大故障巡检范围，以加强对线路整体故障隐患的检查。

2.3特殊巡检

特殊巡检是根据输电线路运行及其外部环境的实际情况，进行的具有针对性的巡检工作。主要包括以下几个方面：第一，鸟害巡检。大部分输电线路架设途经山野，并且多为高塔架设，成为鸟类筑巢的绝佳位置。为避免鸟类筑巢对线路稳定运行造成影响，需要根据本地区鸟类筑巢及迁徙特征，在鸟类筑巢前期进行无人机巡检驱逐鸟类，在筑巢后期进行鸟害巡检，加强对鸟害区段线路运行的掌控。第二，外破巡检。当输电线路通道其周边区域内发生市政修路、挖取土方等外破因素，可能对线路运行造成干扰时，则需要利用无人机进行线路外破巡检，加强对线路影像数据信息的掌握，有效预防外破隐患的发生。第三，防山火巡检。输电线路通道中，可能存在较多的植被，导致其防山火压力较大。根据当地环境特点以及森林火险等级，开展无人机全方位山区、森林区段线路的巡检工作，确保能够及时发现山火隐患，避免山火可能对线路稳定运行的危害。第四，灾后巡检。输电线路多在山野中架设，当发生山体滑坡、地震等灾害后，人力往往难以第一时间到达灾区深部开展线路检修工作。因此，需要利用无人机搭载巡检设备，及时获取灾后线路现场的视频、图频等，从而第一时间掌握灾后线路设备受损情况，为灾后重建奠定基础。第五，树竹巡检。春夏季节，受树竹快速生长的影响，输电线路容易受到影响而产生树竹放电跳闸故障。可利用无人机搭载激光雷达或测距巡检设备，快速排查树竹隐患，实时掌握线路运行环境。利用激光雷达巡检设备，能够对输电线路及通道环境进行三维建模，从而提高巡检人员环境评估和运维决策的准确性；激光测距主要测量树障与线路之间的距离和交叉跨越距离，从而为后期线路通道治理及清障提供可靠依据。第六，红外巡检。输电线路运行中，由于运行时间过长、运行负荷压力过大等因素而出现设备老化，异常发热的现象，无人机搭载红外成像仪进行红外巡检，能够有效解决线路异常发热存在的隐患问题，避免线路损坏导致事故发生。在无人机红外巡检中，有效解决了人工手持红外测温仪检测的携带困难、测量难度大等问题，尤其是对恶劣条件以及高海拔等加快输电线路的巡检，能够实现快速测量诊断，大幅提升了巡检效率。

3结语

维护输电线路运行的稳定性，是保证供电系统运行安全可靠的重要前提。随着无人机技术的快速发展，在输电线路巡检中运用无人机，能够有效提高巡检效率，提升巡检工作精准性，降低巡检难度，同时解放劳动力，进一步提高巡检工作的经济效益和社会效益。因此，无人机在输电线路上具有广阔的应用前景，不断加强无人机技术应用与探究，完善无人机输电线路巡检工作体系，对于促进电力运行系统发展具有重要意义。

参考文献

[1]王焕，陈杰.无人机巡检技术在架空输电线路巡检中的实践应用[J].科技风，2020（35）：1-2.

[2]张红兵，索春光，宁友欢，张文斌.无人机巡检架空输电线路自主避障导航算法研究[J].软件，2020，41（10）：236-241.