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四旋翼无人机在高压输电带电作业中的应用

发表时间:2020/6/5   来源:《电力设备》2020年第4期   作者:王帅
[导读] 摘要:随着电网的不断扩大,以多旋翼无人机为载体的地面监测设备所支持的输电线路巡检系统正在逐步替代传统的输电线路巡检方法,在新形势下的运行维护中,传统的手工检查方法已经无法胜任,因此以多旋翼无人机为载体的高压输电线路巡检方法受到了越来越多的关注。
        (国网吕梁供电公司  山西吕梁  033000)
        摘要:随着电网的不断扩大,以多旋翼无人机为载体的地面监测设备所支持的输电线路巡检系统正在逐步替代传统的输电线路巡检方法,在新形势下的运行维护中,传统的手工检查方法已经无法胜任,因此以多旋翼无人机为载体的高压输电线路巡检方法受到了越来越多的关注。与此同时,处于发展初期阶段的多旋翼无人机还无法满足如今复杂的输电线路巡检要求。对输电线路巡检的特殊要求做出了分析,对当前输电线路巡检无人机中所存在的问题展开探讨。
        关键词:旋翼无人机;高压;输电线路;巡检;分析
        随着我国电力需求的不断增加,我国高压输电线路的数量也在不断增加。线路巡检是线路日常检查与维护和状态检修的重要内容,若采用传统的人工电力检测方法,将会耗费巨大的人力物力,为保证检修正常进行,需要将以往的人工巡检尽快替换为具有更高科技水平的无人机巡检,这对提高巡检工作科技水平有重要作用和意义。在此背景下,无人机电力巡检技术得到了人们的广泛关注。但是,无人机电力巡检技术仍存在着许多问题,难以满足当前输电线路的巡检要求,对其展开研究十分必要。
        1高压输电线路巡检
        高压输电线路巡检,主要是对铁塔、支架、导线以及其他一些附带设备进行故障检测,确保高压输电线路持续畅通,保证供电的可靠性。高压输电线路的巡检具有范围广、受天气影响明显等特点,且在具体的检修维护工作中具有极大的危险性。特别是一些偏远山区的高压输电电线,巡检人员往往要跋山涉水,对体力是一个绝对的考验。无人机的使用无疑给巡检工作带来了很多方便,其具有安全、快捷特性,明显地提高了巡检效率,而且结果精确,修检质量高。最主要的是,无人机可以不断地采集巡检数据,这些数据回传数据库,为电力企业综合管理电网提供了具体的支持。
        2旋翼无人机的优势
        人工巡检,更多的是靠着人的肉眼,或是望远镜等设备进行观察,对线路的外观状态等进行判断。往往会受到设备或者当地环境的限制,仅能对基础装置进行一定程度的检查。无人机的应用,能够及时的发现在地面上不易观察到的情况,这对于提高巡检质量有着重要作用。一般来说,多旋翼无人机的优势主要包括以下几个方面:
        (1)不受地形限制,能够多角度、全方位的对线路进行巡查,有效的提高了工作效率;还可以对监测得到的各项数据进行及时的分析,大大降低了工作强度,减少了作业风险。
        (2)不受天气情况的影响。对于人工很难实现的项目,或是天气恶劣情况下的巡检,可应用无人机进行作业,有着极高的安全性、可靠性。
        (3)可以迅速巡查线路。多旋翼无人机在技术上已非常成熟,稳定性较高,可对线路、设备等的故障情况进行实时监控,并可将得到的第一手资料迅速的发送到管理中心,以进行及时的汇总、分析,为故障的尽快处理提供了数据支持。
        (4)方便,易操作。小型的无人机可以由工作人员随身携带,某些外型较大的可使用车辆运输。而且,操作方便,多数情况下可在九十秒准备时间后完成起飞,能够在很短的时间内转场作业,工作效率高。
        (5)可扩展性。无人机作为一个搭载平台,可安装多种类型的监控装置,使其在功能上得到很好的扩展,比如:对线路中的塔身、绝缘子等进行故障问题的检查;对沿线树木高度的测定等,这有效提高了巡检作业的质量。
        3高压输电线路旋翼无人机巡检具体方法与流程
        3.1巡检作业流程
        为确保采用无人机对线路进行巡检时的效率与安全性,通过对飞行理论的分析与现场测试,得出以下标准作业流程。
        3.1.1准备工作
        作业班组应广泛收集待巡检线路各项基本资料,如走向、是否存在交叉跨越、GPS信息、线路运行参数、以往缺陷记录、现场地形条件与地貌、自然气候、周边环境。


        3.1.2线路巡检
        (1)现场勘察在巡检作业开始前,需要对线路周围进行仔细勘察,将杆塔及主要地标物等的GPS数据核实清楚;然后选择合适的无人机起飞与降落场地,注意符合下列要求:场地表面应保持平坦,质地坚硬,没有砂石,周围没有高大的建筑与树木,总面积应达到4m2以上,并与信号干扰源相距一定距离。
        (2)起飞前准备对线路周围环境和当时的天气状况进行观察,确认是否适合飞行;现场作业人员应确定此次飞行的主要任务,并结合现场实际情况,制定专门的飞行方案与应急预案。如果在自助模式下进行飞行,则应做好飞行路线规划;然后在场地上将无人机展开,先进行联试,由两名工作人员进行交叉检查,确认设备是否处在正常状态;最后进行警示线的设置,具备随时可以起飞的条件。
        (3)无人机起飞现场的总负责人确认可以起飞后发出相应的指令,同时开始对起飞时间进行记录。操作人员通过遥控器控制无人机进入预先规划好的航线,若遇到特殊情况无法在规划好的航线中飞行,则要对方案进行更改。通常情况下,飞行速度应按照7~8m/s严格控制;如果要进行精细巡检,则飞行速度应按照3~4m/s严格控制。总负责人在地面根据无人机实时画面对云台角度进行调整,并进行录像和拍照的操作,以此获取实时作业数据。在实际的作业过程中,负责人应按照1~2min的时间间隔向操作人员提供状态信息,如果状态信息达到预警,则应及时通知相关操作人员进行回航,以免发生不必要的意外。
        3.1.3无人机回航
        无人机回航之前,现场操作人员应对实际的风向和风速进行正确判断;在回航时,应保持平稳,且缓慢的减速与下降;回航时,由负责人根据现场实际情况,按照7~8s的时间间隔通报无人机高度,并在确认场地上没有外物时,使无人机降落;将无人机降落到场地上后,关闭其主电源,进行飞行记录的填写,形成一份完善的报告。
        3.2巡检作业方法
        因受电池容量等自身因素的影响和限制,目前很多旋翼无人机有效巡航时间不超过20min,多在15~20min范围内。所以为进一步提高其作业效率,在有限的时间内完成更多巡检任务,应对飞行巡检线路进行优化,综合考虑和设备之间的安全距离,对于不同的待巡检线路,分析并制定出最佳的巡检飞行线路。通常情况下,对单基塔而言,其巡检需要从拍摄近景照片开始,然后逐个巡视杆塔上的各个部位,以正确的顺序至另外一个相的同一部位,以此形成一个完整的闭环流程。必须对线路上的所有设备都进行检查和排查,包括防雷部位、金具和绝缘子,避免遗漏。对于线路上不同的部位,应严格执行相关标准和控制措施,同时根据不同的飞行任务,将角度调整至最佳的状态,以此更好的进行检查。
        在巡检作业过程中,应先以7~8m/s的飞行速度接近待检测线路,当与待检测线路之间的距离为30m时,将飞行速度放慢,缓慢向待检测线路靠近。在整个过程中,应对无人机上搭载的相机角度进行调整,使其始终保持水平,以便准确判断无人机具体位置,再以实际的作业要求为依据,使无人机稳定悬停于最佳角度,最后通过对云台的控制,由无人机上搭载的相机以最佳角度对线路进行检查和拍照。
        4结束语
        随着我国经济建设的加快,对电力能源的需求不断增加,这对输电线路的管理也就提出了更高的要求。近年来,为有效提升线路巡检水平,各种新技术、新工艺投入使用,特别是无人机在其中的应用最为典型,能够大大提高日常巡检的效率和质量,对电力系统的安全运行更是起到重要的保障作用。研究发现,旋翼无人机在高压输电线路巡检中的应用,可迅速排查故障点、准确判断故障情况,能够为故障处理及事后分析提供重要的数据支持,同时有效减少了人工作业的频率,提高了作业安全性。
        参考文献:
        [1]孙大陆.超/特高压输电线路巡检四旋翼无人机的建模与回馈递推控制[J].自动化技术与应用,2016(11)
        [2]孙宏彪.多旋翼无人机在超高压输电线路巡线技术的应用[J].科技创新与应用,2016(22)
        [3]王志刚.旋翼无人机应用于高压输电线路的巡检[J].技术与市场,2018(10)
        [4]周宗国.无人机在电力线路巡检中的应用及前景[J].科学技术创新,2018(23)
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