无人机电力线路安全巡检系统及关键技术 陈泽帆

发表时间:2021/6/8   来源:《基层建设》2021年第4期   作者:陈泽帆
[导读] 摘要:电力线路的安全巡检工作对于电网的安全稳定运行有着极为重要的作用,随着无人机技术的成熟化,电网安全工作人员开始把越来越多的无人机应用于电力线路巡检工作。
        重庆市送变电工程有限公司  四川重庆  400050
        摘要:电力线路的安全巡检工作对于电网的安全稳定运行有着极为重要的作用,随着无人机技术的成熟化,电网安全工作人员开始把越来越多的无人机应用于电力线路巡检工作。将无人机技术运用到电力线路巡检工作中,以其便利性与灵活性,能为电网系统节省大批的人力资源,促进电力系统安全运行的可持续发展。本文就无人机技术应用于电力线路巡检工作的意义,无人机电力线路安全巡检系统具体内容,无人机电力线路安全巡检系统的关键技术展开论述与探讨。
        关键词:无人机;电力线路;安全巡检
        引言
        现有的电力系统主要由四个部分组成,分别是发电,输电,配电和用电,任意一个环节出现问题都会影响整个电力系统的安全,稳定运行。输电部分的线路主要有电缆线路和架空线路两种,不同于电缆线路主要分布在城市企业,医院等地,检修起来较为方便,架空线路通常分布在野外,山区等人迹罕至的地方,甚至分布在峭壁,雪山等恶劣的自然环境中,若是出现输电线老化,断股或绝缘子损坏等情况,则经常会因为无法及时检修而导致电力系统出现故障,从而造成严重的经济损失。
        1无人机技术应用于电力线路巡检工作的意义
        我国幅员辽阔,地大物博,很多电力线路架设在环境恶劣的地区,且电力线路多是暴露在外,未经任何保护措施,长期经受风吹日晒与自然灾害影响,很容易产生一系列故障,这要求电力企业定期对电力线路进行巡检工作,以及时发现问题并解决问题。但是以前多采用人工巡检的方法,对电力线路进行巡检工作,但是受环境因素影响,巡检效率一直不高,且容易忽略掉很多细微的问题,导致出现用电安全问题。无人机技术兴起之后,电力系统安全方面人员开始将无人机技术应用于电力线路巡检工作,通过无人机搭载巡检设备完成巡检工作,相对于传统的人力巡检方式有着多方面的积极意义,主要表现在三个方面:其一,将无人机技术应用在电力线路巡检工作中,能够有效避免恶劣环境对巡检人员的伤害,极具安全性;其二,在任何时候都能进行巡检工作,排查电力系统中的问题,极具便利性;其三,无人机巡检速度最快可达一小时数十公里,相比于传统形式的人工建立巡检工作,极具高效性。虽然无人机技术应用还处于起步和发展阶段,有着诸多的不足,但是随着科技的发展,这些问题都将得到解决,且如今的无人机电力线路安全巡检系统有效结合了电子通讯技术,雷达定位技术,信息化分析技术等,让无人机在电力线路安全巡检中的应用焕发出更强的生命力。
        2无人机电力线路安全巡检系统及关键技术
        2.1巡线及避障技术
        无人机在执行既定电力巡检任务时,需要准确地按照任务路线进行飞行,躲避线路上可能存在或突然出现的障碍物,并在躲避结束后及时回归到任务路线上继续巡检。目前的无人机巡线技术主要通过GPS定位及导航技术,基于摄像的视觉技术等结合应用实现,但在飞行过程中易受到如恶劣天气造成无人机姿态异常等因素影响,导致视觉技术的识别率下降。避障技术主要通过视觉技术,红外探测技术和声呐探测技术等结合应用实现,但对于较大或者移动速度较快的障碍物,无人机可能会因为来不及躲避而损坏。因此,无人机自身以及挂载设备的硬件品质和各种软件技术都需要进一步提升,以保证无人机在巡检任务中的安全性和稳定性。
        2.2杆塔精细化巡视
        杆塔精细化巡视主要观察杆塔本体,导地线,金具,绝缘子及其它附属设施的缺陷情况。与人登杆塔巡视相比,利用无人机进行杆塔各部件进行摄像具有明显优势:(1)效率高;(2)安全性高,不需人员攀登杆塔;(3)基本无死角,因螺栓朝向等问题,杆塔上作业人员可能无法查看安装工艺。因此无人机对于新建线路的验收及在运线路的巡视,都具有巨大的优势。
        2.3故障巡检
        故障巡检通常是当输电线路发生故障问题时,无人机设备可在故障区域进行全方位的故障巡检,及时地将故障区域内的故障情况以及故障范围向工作人员进行反馈,将输电线路局部故障问题所造成的损失和危害降至最低。当工作人员接收到由无人机拍摄的线路图像时,需对其进故障类型进行进一步明确H1。传统图像处理方式大多以人眼判断为主,不仅效率低,工作量大,且很难准确地处理一些相对复杂的线路故障情况。针对这种情况,工作人员可积极引进先进的技术,如路杆塔检测模型,其可以通过图像获取,聚类分析,特征匹配等方式自动判断出杆塔中潜在的故障问题。
        2.4无线通信技术
        执行巡检任务时,无人机需要与地面服务器保持实时的无线连接,以保证可以实时回传无人机的状态信息,任务信息和所拍摄的图像,视频等数据文件,以及接收地面服务器发送的控制信号并给予反馈等。但电力巡检的环境往往十分复杂,且充满变化和不确定因素,系统的无线通信技术需要具备很强的抗干扰能力,以及足够的传输速度和带宽来支撑实时信息传输甚至巡视高清视频的直播,以保证整个电力巡检任务完成的及时性和稳定性。
        2.5无人机飞行姿态控制技术
        无人机电力线路巡检工作一般应用于户外,受天气,地理环境的影响,其中强风,强雨,雷电等天气对其影响尤其大,因此如何控制无人机的飞行姿态,使之在电力线路巡检工作中能够有效避免这些危险因素,是目前的无人机研究者需要重点思索的问题。且目前关于无人机飞行姿态控制技术已经取得了初步的突破,并在不断的发展中,比如LQG无人机控制技术可以实现无人机俯仰,翻转等动作控制,PID无人机控制器可以有效地改变无人机的航道,这些技术都可以应用在无人机的风险规避方面。无人机飞行姿态控制技术还处于发展阶段,需要无人机研发者根据电力线路巡检工作进行不断改进与完善。
        2.6视觉探测技术
        将视觉探测技术应用于无人机电力线路巡检工作中,主要是通过无人机搭载高清摄像机的方式来完成。通过无人机的电力线路巡检工作,高清摄像机完成对巡检过程中的电力线路拍摄,并且实时将照片或者视频传输给地面信息获取系统,进而传输给相关工作人员。视觉探测技术对于电力线路中的显性故障即线路断裂,电线杆倾斜等肉眼可见的故障能够及时发现,视觉探测技术应用在无人机电力线路巡检工作中程度的高低,与高清摄像机所拍摄的图片或者视频有着最直接的关系。
        2.7外破巡检
        为了避免输电线路因车辆吊装,工程建设,市政修路,挖方取土等施工作业而受到破坏,导致输电线路无法进行正常运行,工作人员应定期利用无人机设备对输电线路的沿线区域进行外破巡检,为预防外破隐患提供影响参考,一旦发现异常情况应对施工企业进行及时沟通。
        结语
        本文提出了一套基于无人机的电力巡检系统,无人机将按照事先制定好的飞行路线完成巡线任务,同时工作人员也可以采用人工操作的方式进行电力巡检。巡线任务中,无人机与地面服务器将通过运营商无线网卡进行高带宽,高稳定性的图像与视频传输,最高支持1080p60i全高清视频直播。对于接收到的日志,图像和视频等文件,系统将智能化地归档保存,方便回溯,同时将自动对图像进行测温校准和分析,对异常高温的零部件和杆塔进行报警,保证了电力巡检任务的实时性和准确性,同时也提升了巡检的质量和效率。
        参考文献:
        [1]万琪,郑涛,何云翔,等.电力巡检无人机数据链路覆盖增强技术[J].邮电设计技术,2017(9):60-64.
        [2]王亚萍,韩军,陈舫明,等.可见光图像中的高压线缺陷自动诊断方法[J].计算机工程与应用,2011,47(12):180-184.
        [3]彭向阳,陈驰,饶章权,等.基于无人机多传感器数据采集的电力线路安全巡检及智能诊断[J].高电压技术,2015,41(1):159-166.
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