高压输电线路的无人机电力巡检技术研究

2021-11-19陈荣徐浩

电子测试 2021年20期

关键词：高压线路故障

陈荣，徐浩

（1.国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司，江苏淮安，223001；2.国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏南京，211106）

1 无人机功率检测技术介绍

在无人机功率检查任务中，除了对无人机本身质量的特定要求外，整个系统中的每个模块还具有自己的技术特征和问题，每个模块直接影响整个系统检查的效率和准确性。

1.1 巡线和避障技术

在执行常规功率检查任务时，无人机将准确跟踪任务路线，避开路线上可能存在或突然出现的障碍物，并在避让完成后继续进行检查。当前的无人机巡检技术主要通过GPS定位/导航技术和基于摄像头的视觉技术来实现，但是由于飞行过程中的恶劣天气，无人机很容易受到干扰，造成视觉异常，降低识别率。因此，为了保证无人机在检查工作中的安全性和稳定性，无人机自身以及安装设备和各种软件技术的硬件质量需要进一步提高。

1.2 无人机姿态控制技术

无人机通常重量轻，体积小，在执行检查任务时容易受到恶劣天气的影响，变得不平衡或坠毁。同时，无人机的异常姿态也会对线路检查造成影响检测精度。当前，无人机姿态控制技术主要依赖于安装在无人机中的飞行控制器。如果无人机的姿态异常，则飞行控制器会根据当前无人机的特定姿态、线速度、角速度、加速度等来调整无人机的行为，以确保无人机恢复正常飞行并进行巡逻。

1.3 无线通信技术

执行检查任务时，无人机可以维持与地面服务器的实时无线连接，并实时返回无人机状态信息，任务信息，捕获的图像，视频等数据信息，它还从地面服务器接收数据、控制信号，并提供反馈等。但是，功率检查环境非常复杂，经常充满变化和不确定性。该系统的无线通信技术需要强大的抗干扰能力，以及足够的传输速度来支持图数信息传输，确保能够及时、准确的完成输电线路的电气检查任务。

1.4 故障检测技术

当前，无人机的电力检查工作包括无人机巡检时采集相关图像和视频，并由地面服务器对接收到的图像、视频等进行分析，实现输电线路的健康状态评价并确定是否存在缺陷或故障。常见的故障分析方法包括温度测量分析和线性形状分析。影响故障检测准确性的主要因素包括拍摄角度、图像和视频文件的清晰度以及分析技术的准确性等。每个部件的准确性和稳定性决定了输电线路整体故障检测的准确性，因此不可忽视。

2 无人机智能检测技术的理论基础

智能检查技术可以为电力系统提供重要的检查计划。该技术包括一个中央控制核心，主要模块由服务终端、工程车辆、电池充电柜和便携式无人机组成。智能检测系统集成了任务接收、自动巡检、数据传输、协同工作等功能，能够执行长距离，中距离和短距离等3D智能功率检查工作。无人机检查技术主要包括作为控制中心和运输的一系列监测技术。固定翼无人机技术通常使用远程控制图像来监视导线、地线和绝缘子的特定状况，适用于大规模检查和屏蔽传输线，检查半径在5～10km。如果线路发生异常，作业人员可以使用无人机检查技术到达现场，然后使用旋转翼无人机检查技术或两栖无人机对异常位置并进行细致检查。近年来，我国的电力公司的一些人员制造了民用无人机，因为无人机具有更好的系统，但在检查电力系统的传输线方面存在较多的困难和局限性。根据有关调查数据，无人机检查技术已应用于输电线路常规巡检工作，不仅提高输电线路的运行和维护水平，提升输电线路巡视质量，还有效降低了输电线路人工巡视强度，以及相关设备的运维工作量，从而更好地降低企业的运维成本。

3 应用无人机电力巡检技术的重要性

首先，输电线路周围环境复杂、覆盖范围广。通常，大型电源网络由较多的负荷中心组成。为了确保公用事业具有足够高质量的电力，相关的电力网络也安装在陡峭的地形和恶劣的条件下。因此，输电线路、电线杆、铁塔等运行环境较差，电力传输功能可能会受到削弱，输电线路的检查工作尤为重要。其次，详细分析我国各个地区的电力公司的人员配备情况，各个级别的城市中约有100名输电人员，输电线路绵延数千公里，但在平原上，丘陵和山脉遍布大约相同，每个占1/3。生产一线线路检查的人员较少，受到地形限制，崎岖地区输电线路巡检周期较长、频次较低，诸如维护、检修之类的任务，因此，线路检查工作很难很好地完成。最后，电动无人机是一种新型的电检机，具有许多可靠性能的开发技术，如无线遥控技术和固定水平导航技术，这是当前最先进的技术。无人机出色的远程控制性能可以大大提升工作效率，所涉及的工人不必亲自在困难的条件下检查杆塔、导地线。更重要的是，无人机的检查更加细致。工作人员可以操控无人机对杆塔、金具等进行仔细观察，避免了手动检查过程中肉眼看到的视觉偏差以及光学器件性能而引起的错误。此类应用程序通常基于特殊区域的检查，这是因为无人机具有较低的出行成本、较高的可操作性和出色的安全性能。因此，使用无人机检查高压电力线有效地降低人力资源成本、资源和材料。简而言之，无人机在电力线检查中的应用是可扩展的。

4 高压电力线电路检查

故障检测（如支撑故障，塔架故障和某些设备故障）在高压线路检查中至关重要，有助于确保高压电力线的可靠性和安全性。高压电力线具有远距离、功率大等特性（例如它们的广泛性和高度环境敏感性），特别容易受到检查期间的环境安全的影响。尤其在偏远的山区，对高压输电线路的检查特别困难，并且需要相关人员拥有更多的体力。因此，输电班组使用无人驾驶飞机巡检线路，不仅提高了员工的人身安全性，使员工的工作更加轻松，还提高了巡检效率，检查结果显著提高，其维修的质量也大大提高。无人机还可以发送和存储记录的数据，从而使相关企业可以对输电线路和电网进行更加准确、全面的控制。

5 当前无人机检查模式及改进方法

当前，无人机检查有四种类型。一种是通道检查，以检测输电走廊周围的工程事故和特定事故。第二种是主要用于高压输电线路的精细扫描。第三种是调查故障区域，分析并确认故障区域的损坏程度和故障原因。第四种是自然灾害时的特殊工作，调查高压电源线的损坏，在探测器的帮助下详细调查损坏了哪些设备、损伤区域及损坏程度。故障巡检主要根据所拍图像、扫描结果和被监视对象的特定条件进行特定检查，并根据特定条件和故障执行故障排除和特殊任务。

当前，无人机检查仍然存在许多问题。例如，无人机只有一种检查方法，而手动操作是主要方法。在工作时，需要不断调整无人机，以便可以更近地拍摄目标。然而，以这种方式拍摄的照片仍然具有缺点。第一是，无人机使用手动操作。人工操作水平直接影响无人机的工作水平，不正确的操作很可能会损坏线路。无人机进行信息收集时，容易受到地理环境的影响，造成结果不完整。第二点，信息的形成主要取决于可见光波。地理信息收集的数据信息无法量化，与现实之间存在较大差距。第三点，在特定的操作过程中，无人机获取信息的方式同人工巡视相反，无需特殊使用即可收集信息。关于以上问题，我们从以下几个方面进行考虑：第一个方面，在使用无人机进行数据采集的同时，利用GIS技术旋转拍摄角度。第二个方面，巡逻和检查不同的物体时，无人机使用不同的GPS沿固定方向飞行并收集正射影像，以便于测量。第三方面，作业人员可以对收集的数据进行分类和管理，以便快速找到信息。

因此，应该构造一个操作状态数据模拟生成系统，以便模拟现场输电设备的操作状态数据，并用于操作员监视数据。通过数据比对、现场校验，最终实现数字验收。同时，无人机的存储空间不断增加，扫描范围不断扩大，覆盖范围不断变广，从而节省巡检作业中的用能成本。

6 使用无人机进行功率检查的技术过程

6.1 通道检测

通道检测是通过检查特定半径范围内的设备状况来确定通道是否安全。主要目的是检测周围是否存在影响导线运行的障碍物。同时，通道检测可以检查高压通信路径是否被污染，排水/防洪设备是否损坏以及铁路桥梁是否变形。在UAV检测环境中拍摄的照片和视频无法满足公用事业的需求，并且无法基于这些数据开发合理的解决方案。因此，UAV监视通道不仅可以收集照片和视频，还可以创建特定的飞行路线以形成正射影像，从而使公用事业公司在特定区域，距离，区域特征等方面更加准确的获取数据。

6.2 无人机检查数据的管理和应用

使用无人驾驶飞机拍摄时，可以在拍摄角度，更高的像素点上获得更大的灵活性，并保存拍摄中获得的数据。采集数据可进行集中存储和专人管理的方法，提高利用率。首先，通过使用GIS系统允许无人机收集有关区域地理信息和区域环境状况的数据，特定设备可以响应所收集的信息和特定障碍物，对以后的维护非常有用。其次，可以使用无人机捕获各种数据，特定设备和特定环境条件，以捕获特定坐标信息并提高控制水平。其次，可以将无人机收集的信息与先前收集的信息进行匹配，高压输电线路的及时性和电网信息可保持最新状态。然后，每次使用无人机获取信息时，按时间顺序对其进行标记，对电网故障情况有更多的了解。最后，作业人员对导地线、电塔等信息进行分析，对电线杆和电塔的各种潜在危险做出准确判断，并相应地确定故障的位置，这将进一步提高塔架管理的效率。