吴昊 谢晓君

摘要：本文主要介绍了无人机电力巡检过程中的无人机应用现状、无人机在电网中的应用、无人机应用过程中存在的问题以及相对应的解决方法。无人机巡检属于一种较为智能的巡检模式，在电力巡检当中，无人机巡检现如今已经代替了人工巡检和直升机巡检。未来的电力巡检过程中，无人机将会扮演更加重要的角色。

关键词：无人機;电网巡检：评估模型

无人机属于一种使用无线电进行遥控的空中飞行器，同时这种飞行器可以搭载多种检测设备，可以重复进行应用。在20世纪，无人机首次在战争中出现，而现如今无人机的应用范围已经扩展到了军事、消防、救灾、测绘、航拍、农业、电力等等领域。伴随着我国电网的不断建设，电网巡检工作成为了亟待解决的问题，而无人机方便、灵活、实时性好、续航能力强等等优点决定了无人机可以在电网巡检中发挥出作用。

1 无人机的应用现状

1.1 无人机的应用现状

无人机的出现属于将多种能力容纳于一身，其中包括有：计算机、通信、传感、快速作业，而除此之外还涉及到了多种领域，其中包括航空、飞行控制、通信、红外成像、地理信息、卫星导航等等。无人机的出现将一些人力无法完成或者人力完成危险较大的任务得到了轻松的处理，因此各个领域的许多难题都因为无人机的出现得到了解决[1]。

1.2 无人机在电力行业的应用

传统的人工电网巡检方式工作量较大、工作条件艰苦，并且工作效率较低，需要非常多的人力物力。尤其是对于一些地形较为复杂的线路来说，人工巡检电网的方式有着很大的安全隐患。而无人机巡检方式的出现能够更加灵活的部署，降低人力成本，同时也能够在远程进行监控，因此巡检效果较好。对于一些较为复杂且地形较为严酷的线路来说，无人机巡检方式的出现在很大程度上实现了更加方便的快速检测，恶劣天气也能够完成巡检工作。与直升机比较之后可以发现，无人机无须产生停机费用、调机费用，同时无须进行飞行员培训、飞行申请，除此之外，飞行时间和飞行地点也不会受到限制，能够以最快的速度来开展输电线路的巡查。例如在一些环境较为极端的地区，西藏以及其他高原地区等等，这些地区直升机飞行状态较差，因此需要使用无人机进行输电线路巡查。

1.3 无人机巡线经济效益分析

在传统电网巡检的过程中，需要明确，人力巡检和直升机巡检都是非常耗费成本的巡检方式，约为三百人民币每千米。而无人机的出现可以将这一成本价格下降三分之一，这一下降比例极为明显，尤其是省市电网跨度极大的程度下，节约金额就将达到极大的数额。一般来说全省电网都在100万千米以上，每千米节约一百元，那么巡检一次就能够节约一千万以上的资金[2]。

2 无人机在电网中的应用

2.1 固定翼无人机和多旋翼无人机

在当下输电线路发展的过程中，使用无人机进行电网巡检主要是使用两种无人机，分别是多旋翼无人机和固定翼无人机。

多旋翼无人机在使用的过程中需要使用一块空旷平整的场地，多旋翼无人机能够进行垂直升降，较为灵活，同时也能够悬停和低速飞行。因此多旋翼无人机比较适合进行近距离、低速度、长时间同一位置的任务，一般来说这种任务都属于观测任务。多旋翼无人机在实际使用的过程中可以增加飞控增稳系统，从而保证无人机保持平衡，具有非常高的稳定性。在使用的过程中可以发现，多旋翼无人机的特点在于起降灵活并且可以自由悬停，但是问题在于多旋翼无人机的荷载能力和续航能力较差，这将会导致许多长时间任务无法完成。

固定翼无人机与多旋翼无人机比较后的优点在于装载能力更高，固定翼无人机无需克服自身动力，也就是无需过大的飞行动力，因此电机推力只需要达到机身重量的十分之一就能够起飞。站在另一个角度上来说，固定翼无人机可以搭载更多的设备，同时也能够使用更大容量的电池，因此续航能力和装载能力都比较出色。其次则是与多旋翼无人机比较发现，固定翼无人机的速度更快，可以达到八十千米每小时，这一数值属于多旋翼无人机的三到五倍。因此在正常的情况下，固定翼无人机的巡查速度更快，巡查时间更长。除此之外，固定翼无人机还可以进行长时间滞空飞行，相比较于多旋翼无人机的悬停效果更好，因此可以对线路、杆塔等等位置进行精细巡检，提升巡检整体质量[3]。

2.2 无人机应用成果

无人机在设计应用的过程中可以发现，能够在以下几个方面收获到效果。首先是在无人机巡查电网的过程中，使用无人机能够解决人工劳动问题。一般来说使用无人机进行巡查的过程中，主要的应用方向在于使用无人机进行立体测绘，从而开创性的实现了树障以及其他隐患点的测量。其次，无人机的使用真正实现了智能作业，面对台风、冰冻等等自然灾害时，人力往往无法起到效果，而无人机可以更好的对这些位置进行勘探。再次则是使用无人机进行巡查可以发现很多人力无法发现的缺陷，经过记录之后可以集中进行处理，从而保证一次停电直接全部解决的效果。最后则是使用无人机进行巡查的过程中，多旋翼无人机和固定翼无人机可以进行分工合作，对于树障、边坡、房屋、施工黑点等等项目可以使用固定翼无人机，而铁塔、绝缘子、金具、附件、导地线等等线路可以使用多旋翼无人机进行检查。

3 飞行能力评估模型建立

3.1 影响因素选取

在现场调查的过程中可以发现，影响了无人机飞行能力的因素主要是天气和风速。实际上虽然无人机不受雨雪天气的影响，无论是下雨还是下雪，无人机都可以正常运行。但是由于无人机自身的体积较小，下雨下雪的过程中又会伴有一定的风力，因此就需要考虑到这两者之间造成的影响。

3.2评估模型建立

在实际建模的过程中，主要使用了以下函数：

4 飞行能力评估模型分析

4.1 成本模型

无人机由于自身的状态不同，因此抗风能力也各不相同，例如多旋翼无人机与固定翼无人机相比较抗风能力较差。经过数据分析之后可以发现，无人机的体型较小，因此在无风状态下飞行成本最低，有着明显的价格优势。但是伴随着风力逐渐增加，导致无人机飞行成本也不断的得到了提升。因此成本模型在考虑的过程中将风力设定成为了主要的变量，为了更好的比较，本文选择了不同风力条件下成本变化不大的直升机。图1为不同风力等级下的成本曲线。

由图1可知，直升机的基础成本要高于无人机，但是伴随着风力的增加，无人机巡检成本呈现出快速增长的态势，当风力达到了一定数值之后，无人机的巡检成本将会超过直升机。因此在未来计算飞行成本的过程中可以根据风力来选择不同的飞行方法，同时也能够根据公式来计算飞行成本。

风力的变化来自于天气，因此在将风力成本进行深化分析之后可以发现，需要根据天气成本来进行具体分析。天气环境将会影响到无人机和直升机两者的具体飞行状态，而为了保护机组人员的安全，恶劣天气环境下直升机一般不会进行外出作业，但是无人机不受天气的影响，仅仅根据风力决定是否作业。由此可见，虽然直升机对风力的抵抗能力较强，但是对雨雪天气的处理能力要远远低于无人机，因此在巡检电网的过程中，需要根据天气的不同来选择不同的方式和方法。

4.2 时间模型

飞行器巡检无法与人工巡检进行比较，因此本文建立的无人机时间模型依旧是以直升机作为对比对象。直升机在电力巡检的过程中与无人机相比有着非常明显的优势，尤其是在风力增加的过程中，直升机几乎可以不受到影响。而无人机则是恰恰相反，无风情况下无人机的巡检时间要远远低于直升机。一般来说直升机飞行的基础时间都要低于无人机，具有非常明显的效率优势，而无人机的飞行时间伴随着风力的增加，增长速度也在不断的进行提升。直升机在风力等级小于一定水平时往往不会呈现出特别高的增幅，符合基本情况，图2为不同风力等级下的时间曲线。

在图2中可以得出结论，环境处于理想状态时，直升机的巡检时间将会小于无人机，而伴随风力的逐渐增加，直升机与无人机所需要消耗的巡检时间都将会随之增加。天气带来的影响对于巡检更大，直升机对天气的抵抗能力要明显小于无人机。

4.3 飞行能力评估

在上文中提出的数学模型主要的作用在于对无人机不同飞行巡检状态下的飞行能力进行评估，同时选择直升机进行对比，主要的目的在于将飞行能力进行量化。以下公式为实际飞行能力评估方式：

5结束语

从上文中建立的模型可以了解到，无人机在不同的作业条件下有不同的优点和缺点。站在成本的角度上来说，无人机是一种非常理想的电网巡检方式，无论是固定翼无人机还是多旋翼無人机，都有着一定的优点。四旋翼无人机装载能力、续航时间、飞行速度都比固定翼无人机更差。但是固定翼无人机在实际飞行的过程中存在着起飞场地的限制、事故率的影响、数据处理效率的低下等等问题。本文针对于风力等级、天气情况等等方面的影响进行了分析，得出了无人机在何种天气情况下能够得到更好的运行效率，无论是直升机还是无人机，未来电网巡检的过程中都需要在最佳的情况下进行电网巡检。

参考文献

[1]冯积家.基于SG无人机在电力输电线路自动巡线的实现与研究[J].电力设备管理，2020 （09）：203-204.

[2]任娜，张楠，崔妍，张融雪，庞新富.面向无人机电力巡检的语义实体构建及航迹控制方法[J].计算机应用，2020，40 （10）：3095-3100.

[3]梁文勇，吴大伟，谷山强，王海涛，严碧武，刘辉.输电线路多旋翼无人机精细化自主巡检航迹优化方法[J].高电压技术，2020， 46 （09）： 3054-3061.

作者简介

吴昊（1992-），男，蒙古族，内蒙古自治区通辽市库伦旗人。文学学士学位，助理工程师。研究方向为输电线路无人机巡检。谢晓君（198 3一），男，内蒙古自治区呼和浩特市人。大学本科学历，助理工程师，主要从事电力行业直升机巡检作业和无人机巡检作业及无人机巡检作业管理等相关专业的工作。