架空输电线路无人机巡检技术研究 

架空输电线路无人机巡检技术研究 

黄凤丽

广西电网有限责任公司南宁供电局 广西 南宁 530031

2023年最近一期《当代电力文化》

摘要：输电线路在电力系统中承担着电能输送的重要任务，为了保证线路安全稳定运行，线路运维单位制定了严格的运维策略。本文主要对架空输电线路无人机巡检技术进行研究。

关键词： 架空输电线路；无人机；巡检

引言

近年来，无人机自动巡检技术已广泛应用于输电线路巡检，可运用无人机采集输电线路设备、部件图像，并开展缺陷识别。但每年对于输电线路无人机巡检的海量图像，目前电力行业尚不能实现自动命名，均需无人机飞手手动命名，耗费大量的人力、物力，导致输电线路无人机巡检效率降低，使得无人机巡检作业不能大范围、常态化开展。

1 输电线路巡检的无人机

无人机控制技术是一种集航空、侦察、隐蔽、通信、地理信息、导航及定向、图像识别控制技术等为一体的应用技术。为了避免绕过高压输电线路,无人机可以按其飞机类型又分为半固定翼飞机和四旋翼(直升机)的无人机。根据其飞机自身的机身结构、尺寸重量和工作载荷,无人机通常可进一步分为大、中、小三种。旋翼无人机系统(直升机)技术中的其中一项主要技术应用及优势在于，其高空垂直起降和飞行机动能力更强、场地要求又相对比较低、空中垂直机动悬停的机动能力相应也更强,为对高空电力线杆网和高速船舶桅杆系统等系统的垂直目标进行探测搜索监控和高清视频实时拍摄录像等工作，提供创造出一个性能要求相对比较稳定、速度却又相对较慢的一种新型的空中平台。电力公司应用在中国长航程、大载荷Z-5系列的大型移动无人货运直升机输电平台,是当今中国研制新一代高速移动无人直升机输电线路平台领域的重要发展趋势和研究主攻方向。

2 架空输电线路无人机巡检技术

2.1无人机巡检时的通信优化

接口标准化实现传输透明。无人机检查系统是多领域、复杂的,需要制定统一的数据传输标准和通信手段接口。统一的接口类型、速度、阻抗、电气等技术指标,使各子系统实现灵活匹配、大适应,为各子系统设备的优化集成和集中采购夯实了基础。所有涉及无人绕行的子系统和专业信息服务都必须连接到具有统一接口的通信信道,并使用统一功能模块透明地传输子系统活动信息。指标实用化实现安全优先。图像传送清晰度越高,对信道长度、设备发送电源和解码压缩能力的要求越高。在同样条件,信号传播间距越小,信道利用率和图像恢复品质越低。在实践中,首先要保证巡逻的安全。依据实践航行经历,即时传送"标清"低清晰度图片视频,能够适应大型无人机网络巡回航行控制的要求，无人机可以保存分辨率更高的照片,完成巡逻控制,回收分析后返回地面,从而将有限的信道资源首先用于控制和测量,保持通信联络安全无阻,为保证无人驾驶飞机巡逻的安全性和可控性。

2.2自主巡检技术

早期的无人机应用在架空输电线路的运维和检修方面时，是依靠电力企业的地面运检工作人员对无人机进行远程操控的。但是不同的运维操作人员对无人机操控的熟练度以及技能方面存在着不确定性，对操作人员的专业技能要求也比较高。即便是同一操作人员在不同的时间段操作无人机，获得的架空输电线路检修效果也是不稳定的。因此，无人机对架空输电线路进行巡检，必须采用自主巡检技术。自主巡检技术的发展目前在电力企业的使用有两种，即：激光雷达（LiDAR）技术和实时动态高精度定位（RTK）技术，这两种技术目前使用比较广泛。激光雷达技术实现了对架空输电线路信息的快速获取，采用三维点云数据对飞行线路进行规划，综合无人机的飞行状态参数、姿态数据和无人机本身搭载的激光雷达，实现自主巡航和运维检修。实时动态高精度定位技术采用的是流动站和基准站的方式进行差分定位，采用这种技术的无人机在进行架空输电线路的运维检修时，会受限于基站之间的距离和网络传输的问题。因此，需要建立多个基站来保证信号传递的安全性和稳定性，满足无人机的自主巡检。

2.3 故障定位和缺陷识别技术

架空输电线路在日常运行过程中经常会受到多方面的因素影响导致其产生故障，架空输电线路在出现故障时，无人机需要结合电力企业的其他装置对架空输电线路的故障情况进行快速了解、分析和判断。同时，在无人机进行飞行的过程中还要综合检修人员的相关信息，关联相应的作业工单等信息。在发生故障时快速反应，将一次故障缩小到最小范围。无人机在进行运维检修时，要对架空输电线路进行缺陷识别。架空输电线路的缺陷包括输电线路、塔干、导地线、绝缘子、基础以及其他附属设施。在对这些装置进行检查时，无人机要识别其可能存在的缺陷，如架空输电线路杆塔可能存在导地线锈蚀、金具断裂或绝缘损坏等。

2.4巡线机器人功能设计

机器人设计为铝合金一体式外壳，实现设备等电位屏蔽。设备整体电路采用多层屏蔽及电路优化设计，电子元件采用高性能元器件，实现机器人在强电磁环境下无线数据与图像正常传输。在强电磁环境下，遥控距离不小于 200 m。针对防振锤更换、导线修补、异物清除等不同作业功能，巡线机器人的作业平台具备多自由度机械臂。对主从机械臂不同工作特点进行运动学建模，研制轻量化、高自由度、结构设计紧凑、控制精度高、力反馈灵敏的机械臂，通用夹持工具，实现不同作业功能。利用架空输电线路带电检修作业平台，针对防振锤更换、耐张线夹引流板螺栓紧固、金具销拔插、导线修补、异物清除等带电作业类型，研制专用末端作业工器具。其中，导线修补机器人采取压接线夹式修补方式，可完成损伤面积不超过 7%的导线、地线；异物清理机采用飞刀片切割的方式，在不伤及线路的前提下，固定并清理挂在线路上的大棚、风筝线等异物；防振锤更换机器人在防振锤滑移或丢失的情况下，通过切除及安装机头，实现防振锤更换。加装末端工具后的带电检修作业平台均小于20 kg。

结语

随着无人机巡检机制的应用，新型光伏面板缺陷识别方法在 YOLOv2 网络型诊断模型的基础上，对电信号传输图像的纹理特征与颜色特征进行准确定义，再借助识别核函数，对已制定无人机巡检路径的实用性进行排查。从实用性角度来看，应用新型识别方法后，随着输电能耗量的增大，能量迭代步数虽然保持着一贯的上升变化趋势，但其实际上升幅度却出现了一定程度的缩小，在电信号传输过程中，交叉熵的实时损失量也得到了有效控制，在光伏发电过程中，较好解决了因迭代步数快速增加而引发的交叉熵损失过量问题。

参考文献

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作者简介：黄凤丽（1997–03），女，壮族，广西钦州人，本科，助理工程师，主要从事输电线路运维工作。