陳文棟

摘 要： 隨著電力工業(yè)的發(fā)展，輸電線路設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)變得越來(lái)越重要。通過(guò)建立輸電線路設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)體系，并利用無(wú)人機(jī)承載X光設(shè)備進(jìn)行帶電探傷，探索一種新的方法來(lái)評(píng)估輸電線路設(shè)備的狀態(tài)。通過(guò)實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)承載的X光設(shè)備能夠成功進(jìn)行帶電探傷，并能夠提供高質(zhì)量的圖像，從而有效評(píng)估輸電線路設(shè)備的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞： 輸電線路設(shè)備 狀態(tài)評(píng)價(jià) 無(wú)人機(jī) X光設(shè)備 帶電探傷

中圖分類號(hào)： U416文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）04-0020-03

Research on Live Detection Based on the Airborne X-ray Equipment of UAVs

CHEN Wendong

Zibo Power Supply Company， State Grid Shandong Electric Power Company， Zibo， Shandong Province， 255000 China

Abstract： With the development of the power industry， the condition evaluation of transmission line equipment is becoming increasingly important. This study establishes a status evaluation system for transmission line equipment， and uses the airborne X-ray equipment of UAVs for live inspection to explore a new method to evaluate the status of transmission line equipment. Empirical research has found that the airborne X-ray equipment of drones can successfully perform live inspection and provide high-quality images， so as to effectively evaluate the status of transmission line equipment.

Key Words： Transmission line equipment； State evaluation； Drone； X-ray equipment； Live detection

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，輸電線路設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)變得越來(lái)越重要。傳統(tǒng)的輸電線路設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)方法主要依靠人工巡檢，但這種方法存在著一些問(wèn)題，如風(fēng)險(xiǎn)高、效率低、成本高等[1]。因此，利用新興技術(shù)和設(shè)備對(duì)輸電線路設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)成為一種新的研究方向。無(wú)人機(jī)作為一種靈活、高效、低成本的檢測(cè)工具，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域[2]。而X光設(shè)備作為一種常見(jiàn)的無(wú)損探傷設(shè)備，在醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用。本研究試圖將無(wú)人機(jī)與X光設(shè)備相結(jié)合，利用無(wú)人機(jī)承載的X光設(shè)備進(jìn)行帶電探傷，從而為輸電線路設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)提供一種新的方法。

1 建立輸電線路設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)體系

1.1 目前狀態(tài)評(píng)價(jià)方法的不足

傳統(tǒng)的狀態(tài)評(píng)價(jià)方法主要依靠人工巡檢和經(jīng)驗(yàn)判斷，存在主觀性較強(qiáng)的問(wèn)題。人工巡檢存在著評(píng)價(jià)結(jié)果受人員主觀意愿和水平的影響，容易出現(xiàn)誤判或遺漏情況，無(wú)法提供客觀準(zhǔn)確的狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果[3]。并且傳統(tǒng)方法通常只能反映當(dāng)前狀態(tài)，缺乏長(zhǎng)期狀態(tài)的跟蹤和評(píng)價(jià)，無(wú)法提前發(fā)現(xiàn)并預(yù)防潛在故障的發(fā)生。此外，傳統(tǒng)方法無(wú)法對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理和分析，浪費(fèi)了大量的時(shí)間和資源。

1.2 構(gòu)建狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

建立科學(xué)合理的狀態(tài)評(píng)價(jià)體系可以幫助電力公司及時(shí)采取相應(yīng)的維護(hù)和修復(fù)措施，保障輸電線路設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在構(gòu)建狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵因素。

1.2.1 設(shè)備可用性

評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)包括設(shè)備的有效使用時(shí)間和故障率，通過(guò)統(tǒng)計(jì)設(shè)備的故障次數(shù)和維修時(shí)間，可以評(píng)估設(shè)備的可用性以及其對(duì)輸電系統(tǒng)的影響。

1.2.2 設(shè)備性能

評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)包括設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)和性能參數(shù)，如絕緣電阻、絕緣耐力、線路阻抗等。通過(guò)對(duì)這些指標(biāo)的測(cè)量和分析，可以判斷設(shè)備的工作狀態(tài)和性能表現(xiàn)。

1.2.3 設(shè)備健康狀況

評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)包括設(shè)備的老化程度和損耗情況。通過(guò)檢測(cè)設(shè)備的老化程度、磨損和腐蝕情況，可以判斷設(shè)備是否需要進(jìn)行維護(hù)和更換。

1.2.4 設(shè)備安全性

評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)包括設(shè)備的安全運(yùn)行狀況和系統(tǒng)的故障容忍性。通過(guò)檢測(cè)設(shè)備的狀態(tài)，可以評(píng)估設(shè)備的安全性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患。

1.3 確定評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)方法是指用于對(duì)輸電線路設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估和分析的具體方法和工具，而評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)則是用于衡量輸電線路設(shè)備狀態(tài)優(yōu)劣的指標(biāo)和要求。在確定評(píng)價(jià)方法時(shí)，應(yīng)選擇適合的監(jiān)測(cè)技術(shù)，如溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、電流傳感器等，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電線路設(shè)備的運(yùn)行狀況。采用數(shù)據(jù)分析方法，如數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計(jì)分析等，對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以獲取關(guān)鍵的設(shè)備狀態(tài)信息。引入故障診斷方法，如模型建立、故障識(shí)別等，對(duì)可能存在的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)和診斷，以便提前采取相應(yīng)的維修措施。采用綜合評(píng)估方法，如層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析等，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估，得出評(píng)價(jià)結(jié)果。

2 基于無(wú)人機(jī)承載X光設(shè)備無(wú)損探傷模型

2.1 X光設(shè)備在無(wú)人機(jī)上的實(shí)現(xiàn)

選擇適當(dāng)?shù)腦光設(shè)備，確保其體積和重量適合安裝在無(wú)人機(jī)上。進(jìn)行相應(yīng)的改造，以滿足無(wú)人機(jī)的空間限制和安裝要求，包括調(diào)整設(shè)備的大小、重量和電源供應(yīng)方式，確保其與無(wú)人機(jī)的飛行性能相匹配[4]。同時(shí)，還需考慮X光設(shè)備的防護(hù)措施，以減少對(duì)無(wú)人機(jī)及其操作人員的潛在危害。通過(guò)使用機(jī)載設(shè)備和地面站之間的無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)，通信系統(tǒng)不僅需要能夠傳輸設(shè)備的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)，還應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和調(diào)整。地面站可以提供操作界面和監(jiān)控系統(tǒng)，以便操作人員可以隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行情況，并進(jìn)行相應(yīng)的控制和調(diào)整。無(wú)人機(jī)和X光設(shè)備之間的通信與控制系統(tǒng)建立起來(lái)后，可以開(kāi)始進(jìn)行無(wú)損探傷的任務(wù)。無(wú)人機(jī)可以通過(guò)飛行路徑規(guī)劃和自主導(dǎo)航的功能，將X光設(shè)備準(zhǔn)確地懸停在需要檢測(cè)的區(qū)域上方。通過(guò)無(wú)人機(jī)的移動(dòng)和X光設(shè)備的工作，可以對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行全方位的X光掃描。X光設(shè)備可以將掃描結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸回地面站，由操作人員進(jìn)行分析和評(píng)估。

2.2 X光設(shè)備在帶電環(huán)境下的應(yīng)用可行性分析

X光設(shè)備在帶電環(huán)境下的應(yīng)用可行性分析需要綜合考慮安全性、穩(wěn)定性、性能、適應(yīng)性和操作便捷性等多個(gè)因素。一方面，需要考慮的是X光設(shè)備在帶電環(huán)境下的安全性。帶電環(huán)境往往存在電磁干擾和高電壓等安全隱患，因此需要確保X光設(shè)備具備足夠的防護(hù)措施以保證操作人員和設(shè)備的安全。可以采取將X光設(shè)備的電路與帶電環(huán)境隔離，使用防爆材料進(jìn)行包裹等方式來(lái)提高安全性[5]。另一方面，穩(wěn)定性也是評(píng)估X光設(shè)備在帶電環(huán)境下的可行性的重要因素之一。由于帶電環(huán)境常常存在電磁干擾、電壓波動(dòng)等問(wèn)題，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性提出了高要求。因此，需要對(duì)X光設(shè)備進(jìn)行充分的電磁兼容性測(cè)試，并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)降低干擾和提高穩(wěn)定性，如使用電磁屏蔽材料和濾波器等。此外，性能是衡量X光設(shè)備在帶電環(huán)境下可行性的關(guān)鍵因素之一。在帶電環(huán)境下進(jìn)行無(wú)損探傷，X光設(shè)備需要具備足夠的分辨率和探測(cè)能力，可以有效地檢測(cè)到電力設(shè)備存在的缺陷和隱患。對(duì)于電力設(shè)備來(lái)說(shuō)，速度也是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，因此需要確保X光設(shè)備具備足夠的掃描速度和數(shù)據(jù)處理速度。同時(shí)，還需要考慮X光設(shè)備在帶電環(huán)境下的適應(yīng)性和操作便捷性。設(shè)備應(yīng)具備靈活性和適應(yīng)性，以便能夠適應(yīng)帶電環(huán)境的不同工況和需求。另外，操作人員對(duì)設(shè)備的操作便捷性也提出了要求，因此X光設(shè)備的控制界面和操作方式需要易于使用和理解。

2.3 無(wú)人機(jī)承載X光設(shè)備的優(yōu)勢(shì)和局限性

無(wú)人機(jī)承載X光設(shè)備作為一種無(wú)損探傷模型，具有以下優(yōu)勢(shì)。

2.3.1 靈活機(jī)動(dòng)

無(wú)人機(jī)可以在不同高度、角度和位置進(jìn)行飛行，從而能夠?qū)^為復(fù)雜和難以到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行探測(cè)。它可以快速調(diào)整航線和高度，以便更好地獲取目標(biāo)區(qū)域的圖像。

2.3.2 高效快速

由于無(wú)人機(jī)的高速飛行和操作靈活性，可以快速覆蓋大面積區(qū)域，減少無(wú)損探傷的時(shí)間和成本[6]。因此，它可以顯著提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率，減少人力資源的需求。

2.3.3 安全可靠

通過(guò)利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行探測(cè)，可以減少人員直接接觸有害環(huán)境和危險(xiǎn)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)。這種方式可以提高工作環(huán)境的安全性，并保護(hù)操作人員的安全。

2.3.4 高分辨率

無(wú)人機(jī)搭載的X光設(shè)備可以提供高分辨率的圖像，用于檢測(cè)目標(biāo)材料或結(jié)構(gòu)的缺陷和疾病。這種方式可以有效地發(fā)現(xiàn)微小的缺陷，并及時(shí)采取響應(yīng)措施，避免潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 實(shí)證研究

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和測(cè)試樣本

3.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證基于無(wú)人機(jī)承載X光設(shè)備進(jìn)行帶電探傷的可行性和有效性，本實(shí)證研究設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)，并選取了合適的測(cè)試樣本。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，首先確定了無(wú)人機(jī)的飛行路徑和高度，以保證對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行全面的探測(cè)。其次，選擇了適當(dāng)?shù)腦光設(shè)備，確保其能夠在無(wú)人機(jī)上進(jìn)行穩(wěn)定的搭載和操作。另外，也注意到了安全性的問(wèn)題，采取了相應(yīng)的措施，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境和人員造成危害。

（1）飛行路徑設(shè)計(jì)。根據(jù)進(jìn)行帶電探傷的需求，需要選擇采用網(wǎng)格狀掃描的飛行路徑。X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)計(jì)算公式具體如下。

式（1）中：X0和Y0分別為起始坐標(biāo)；i和j為掃描網(wǎng)格中的行和列索引；dx和dy為每個(gè)網(wǎng)格之間的水平和垂直距離。

式（2）中：H為飛行高度；Hmin為最低飛行高度；F為焦距；D為每個(gè)網(wǎng)格的大小；θ為掃描范圍與水平面的夾角。

3.1.2 測(cè)試樣本

在測(cè)試樣本的選擇上，考慮到實(shí)驗(yàn)的可行性和實(shí)用性，選擇了不同尺寸、形態(tài)和材質(zhì)的常見(jiàn)電器設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。這些設(shè)備代表了現(xiàn)實(shí)生活中常見(jiàn)的帶電物體，包括電腦、手機(jī)、電視機(jī)等。通過(guò)對(duì)這些樣本進(jìn)行X光掃描和探測(cè)，能夠驗(yàn)證該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2 無(wú)人機(jī)承載X光設(shè)備的帶電探傷實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)中，選擇了一批帶電設(shè)備進(jìn)行研究，包括線路電器、電纜等。將X光設(shè)備安裝在無(wú)人機(jī)上，并通過(guò)控制中心遙控飛行器的運(yùn)行。通過(guò)對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行安全檢查和評(píng)估，確保設(shè)備安全無(wú)礙。然后，無(wú)人機(jī)懸停在一定高度上，通過(guò)遙控X光設(shè)備進(jìn)行電器元件的X光探測(cè)。同時(shí)，記錄下各個(gè)電器元件的X光圖像，并進(jìn)行詳細(xì)的分析。根據(jù)X光圖像的反饋結(jié)果，可以判斷出元件中可能存在的缺陷或故障。在實(shí)驗(yàn)中，重點(diǎn)考慮無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性和懸停的精準(zhǔn)度，以確保X光設(shè)備的準(zhǔn)確掃描。還需確保無(wú)人機(jī)與被探測(cè)設(shè)備之間的安全距離，以防止可能的電磁干擾和碰撞等意外發(fā)生。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)承載X光設(shè)備進(jìn)行帶電探傷的可行性。通過(guò)此方法，可以非常便捷地對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行探測(cè)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷和故障，以便進(jìn)行維修和處理。同時(shí)，無(wú)人機(jī)的靈活性和高空飛行的優(yōu)勢(shì)，使該方法在特定場(chǎng)景下具有廣泛應(yīng)用前景，如高空線路的維護(hù)和航天器的檢測(cè)等。

3.3 分析和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)實(shí)驗(yàn)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和相關(guān)系數(shù)等，這些統(tǒng)計(jì)指標(biāo)可以幫助概括數(shù)據(jù)的集中趨勢(shì)、離散程度和變量之間的關(guān)系。通過(guò)重復(fù)實(shí)驗(yàn)、測(cè)量誤差分析等方法進(jìn)行評(píng)估可靠性。通過(guò)與已有研究結(jié)果的比較、實(shí)際應(yīng)用效果的評(píng)估等方式評(píng)價(jià)有效性。對(duì)結(jié)果的原因進(jìn)行分析，找出可能的影響因素和潛在機(jī)制，并與相關(guān)理論進(jìn)行對(duì)比和印證。同時(shí)，還可以探討結(jié)果的局限性，提出未來(lái)研究的建議和改進(jìn)之處。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的實(shí)證研究，發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)承載的X光設(shè)備能夠成功進(jìn)行帶電探傷，并能夠提供高質(zhì)量的圖像和數(shù)據(jù)。這種方法不僅提高了輸電線路設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的效率和準(zhǔn)確性，而且降低了評(píng)價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)和成本。然而，本研究還存在一些局限性，如樣本數(shù)量較少、實(shí)驗(yàn)環(huán)境受限等。未來(lái)的研究可以在這些方面進(jìn)一步地探索和優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]周仁練，馬佳佳，蘇懷智.基于無(wú)人機(jī)載紅外-可見(jiàn)雙光成像的土石堤壩滲漏巡查方法[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，51（3）：154-161.

[2]于淼，唐小軍，楊耀東，等.基于二維剪切散斑干涉的無(wú)人機(jī)缺陷檢測(cè)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2023，13（2）： 5-10.

[3]李昭君，王泉，虎永紅，等.面向架空線路的無(wú)人機(jī)帶電無(wú)損探傷系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].寧夏電力，2022（6）：33-40.

[4]張國(guó)鯤，劉家鵬，石立民，等.線夾帶電X光檢測(cè)用無(wú)人機(jī)電磁防護(hù)技術(shù)及應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀表，2021， 36（4）：79-82，103.

[5]李鋒，魏志豪，李心娟，等.飛機(jī)蒙皮裂紋探傷設(shè)備的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造，2021，59（4）：6-8，56.

[6]余海翔，陳保剛，彭飛，等.基于無(wú)人機(jī)技術(shù)的輸電線路無(wú)損探傷應(yīng)用研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2021（3）：225-228.