張 永，李德波，吳 翔，許啟金，鄭 浩

1.宿州供電公司安全質(zhì)量監(jiān)察部，安徽宿州，234000；2.宿州供電公司輸電運(yùn)檢工區(qū)，安徽宿州，234000

輸電線路多分布在荒郊野外，地形復(fù)雜，人工巡視困難。線路設(shè)備在遭受狂風(fēng)、暴雨、冰雪等自然原因和違章施工碰線、搭設(shè)塑料大棚、植樹等人為原因破壞后，須迅速查找故障點(diǎn)，分析故障原因，這對線路運(yùn)維單位查找故障點(diǎn)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性有著很高的要求[1]。因此，探索能夠迅速、簡單、準(zhǔn)確地查找到故障點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)多角度、全方位地觀測檢查隱性或潛在的安全隱患的方法，是當(dāng)前線路運(yùn)行部門面臨的一個(gè)重要課題。

1 無人機(jī)的設(shè)計(jì)研制

1.1 技術(shù)要素

(1)UH采用常規(guī)直升機(jī)氣動(dòng)布局，可攜帶圖像采集與傳輸設(shè)備，在飛行中采集輸電線路上的目標(biāo)視頻圖像，并通過無線圖像傳輸設(shè)備下傳到后臺，以實(shí)現(xiàn)輸電設(shè)備的巡檢與故障查詢功能。

(2)M4R采用4個(gè)旋翼對稱分布的氣動(dòng)布局，具有良好的起降與懸停能力。安裝有減振云臺和無線圖像傳輸設(shè)備，可攜帶微型高分辨率圖像采集設(shè)備(如數(shù)碼相機(jī))，對輸電線路特定目標(biāo)實(shí)施高清晰度采集、存儲與遠(yuǎn)程傳輸，并能夠通過地面站對輸電線路設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視。

1.2 系統(tǒng)組成

(1)UH無人機(jī)由遙控直升機(jī)本體、減振懸掛裝置、影像采集與無線傳輸設(shè)備、地面影像監(jiān)視與操控系統(tǒng)等部分組成。

(2)M4R無人機(jī)包含兩個(gè)主要部分：M4R無人機(jī)和地面站。

1.3 功能描述

1.3.1 無人機(jī)的主要功能

(1)UH無人機(jī)由人工遙控飛行或懸停在輸電線路附近(滿足輸電線路安全距離要求)，然后進(jìn)行線路設(shè)備圖像的實(shí)時(shí)采集與傳輸。

(2)M4R無人機(jī)在地面站的引導(dǎo)下，沿著輸電線路飛行并到達(dá)設(shè)備附近(滿足輸電線路安全距離要求)。其主要功能有自主懸停在特定空間位置，以提供合適的圖像角度；通過調(diào)節(jié)M4R的航向和減振云臺，調(diào)整圖像采集設(shè)備與被檢測設(shè)備的光學(xué)角度和距離；進(jìn)行設(shè)備圖像的實(shí)時(shí)采集與傳輸；按人工操作控制指令，沿輸電線路進(jìn)行飛行檢測。

1.3.2 地面站的主要功能

M4R地面站的主要功能有與M4R無人機(jī)進(jìn)行遙控遙測通信；引導(dǎo)M4R無人機(jī)飛行到預(yù)定的檢測位置；接收無人機(jī)傳回的檢測圖像；對無人機(jī)的飛行狀態(tài)和云臺狀態(tài)進(jìn)行操作控制。

1.4 關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

(1)基于自主懸停、自主導(dǎo)航飛行技術(shù)的四旋翼無人飛行器用于輸電線路巡視和檢測，進(jìn)行輸電線路跳閘后故障點(diǎn)查找，并由此建立健全了輸電線路全工況立體巡檢系統(tǒng)。

(2)具有輸電線路防碰撞保護(hù)功能的四旋翼無人飛行器用于輸電線路巡視和檢測，以及發(fā)生覆冰、大風(fēng)、洪災(zāi)等災(zāi)害性天氣時(shí)對輸電線路的災(zāi)害分析。

(3)地面實(shí)時(shí)監(jiān)控及影像防抖降噪技術(shù)用于輸電線路巡檢，無人機(jī)上攜帶的可見光視頻可以通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)方管理人員。

(4)優(yōu)化M4R無人機(jī)一體化設(shè)計(jì)與輸電線路快速檢測系統(tǒng)，解決流線型機(jī)身的碳纖維制作工藝問題，解決鋰電池選型、機(jī)體重量、旋翼升力、電機(jī)選型，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、旋翼設(shè)計(jì)、空氣動(dòng)力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、飛行控制等。

(5)自主懸停和飛行控制系統(tǒng)具備自駕和手動(dòng)模式兩種工作模式，自主懸停狀態(tài)下可通過地面站的高清監(jiān)控錄像檢查線路；保留手動(dòng)模式，并能夠按照預(yù)定路線自主導(dǎo)航飛行、巡檢線路。

2 無人機(jī)推廣應(yīng)用

2.1 應(yīng)用效果

借助無人機(jī)巡檢輸電線路技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多角度、全方位的高空巡檢，減少日常巡檢和故障查找過程中的帶電作業(yè)和高空作業(yè)，降低架空輸電線路巡檢工作強(qiáng)度和安全隱患，提高巡檢工作效率和質(zhì)量。特別是在惡劣天氣中，鐵塔打滑時(shí)，代替人工登桿、走線，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了一種可靠的方法。可以降低人工巡視成本，保障線路運(yùn)行安全和社會生產(chǎn)生活用電。無人機(jī)輸電線路巡檢技術(shù)在宿州供電公司有著很大的應(yīng)用空間，目前已在220 kV匯姬2732等線路上成功使用，并在2012年宿州供電公司聯(lián)合市政府舉辦的“宿州市迎峰度夏應(yīng)急演練”中發(fā)揮了重要的作用。

2.2 推廣前景

(1)進(jìn)行高壓輸電線路故障點(diǎn)的快速查找和架空線路高空巡檢作業(yè)，高效地排查可疑故障點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)和確定故障點(diǎn)。

(2)減少登塔高空作業(yè)及帶電作業(yè)次數(shù)，通過人員在地面操作航模機(jī)，多角度拍攝視頻和高清晰照片，實(shí)現(xiàn)高空檢查，便于快速開展?fàn)顟B(tài)檢修。

(3)較適用于具體區(qū)段、局部設(shè)備的快速反應(yīng)故障巡查，使用方便、成本低、體積小、安全性強(qiáng)、維護(hù)費(fèi)用較低，具有強(qiáng)大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。

(4)智能定點(diǎn)懸停在線路金具、絕緣子上方進(jìn)行局部檢測，方便快捷，減少人工線路巡視的勞動(dòng)強(qiáng)度和時(shí)間。尤其是進(jìn)行山區(qū)、跨河及惡劣環(huán)境下的線路巡視，其優(yōu)勢凸顯。

(5)無人機(jī)通過攜帶陀螺穩(wěn)定的可見光監(jiān)視器和紅外線成像儀等設(shè)備，對輸電線路進(jìn)行錄像和檢測，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡視，解決復(fù)雜地形巡視難、診斷難的問題，替代人工實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)區(qū)域作業(yè)，改變?nèi)斯ぱ惨暿茏匀画h(huán)境、地形、觀測角度局限的局面。

3 存在的問題

(1)巡航時(shí)間短。由于電池的容量受其體積的限制，導(dǎo)致巡航時(shí)間短。

(2)無法自動(dòng)地針對圖像進(jìn)行缺陷自動(dòng)分析。

(3)遙控范圍過小，在1 km左右。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈伯巖，何瑞東.河北省南部電網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)智能化建設(shè)分析[J].河北電力技術(shù)，2010(1)：3-4