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无人机在电力线路巡检中的应用 0 电力行业较强 近年来，国内外主要国有企业纷纷对无人飞机的电子线路进行了研究和应用。在电子系统的线路上，无人飞机的视察线路具有相对较高的成本和效率，同时不考虑事故造成的飞机事故可能导致的事故。因此，它受到了电气行业的欢迎。同时其搭载的光学吊舱任务系统(可见光、红外热成像设备)具有对运行电网的隐患能够准确地发现的能力。为此,本文重点对无人机在电力线路巡视中的选型原则、巡检模式及应用特点进行探讨。 1 无人直升机在电力线路巡检中的技术难点分析 电力线路巡检应用的无人机平台中的飞行器主要有直升机和固定翼无人机,其主要参数对比如表1所示。 无人机在电力线路巡检作业中的特点应具备良好的续航时间、抗风能力,且应具有搭载光学任务系统吊舱的能力。 此外,无人机在电力线路巡检作业中,首先起飞到设定的钢塔或发现疑似缺陷点处,为达到良好的巡检效果,无人机应具备空中定点悬停功能。由表1可知,直升机与固定翼机的最大区别在于是否具备悬停与原地的起飞降落功能及有效载荷能力。综上各种因素,在电力线路巡检作业中无人直升机优势大于固定翼机。同时,无人直升机具备自主起降功能。所谓自主起降功能,即通过内控键盘的“降落”指令,实现直升机的“一键降落”功能,直升机触地后,任务自动结束,完成自动降落功能。该自主起降功能为内控自动飞行过程,无需人工干预,减小了外控操纵手的负担,从而可进一步提高无人直升机在电力线路巡检应用中的可操控性。 根据不同的地形、巡检要求,选择不同的无人直升机类型。各种类型无人直升机技术对比如表2所示,由表2可知随着无人机机型的增大和续航时间的增加及抗风能力的增强,巡检范围也相应扩大。与此同时,任务机需在超视距的条件下进行巡检飞行,因此,需增加其相应的通信中继设备,也给现有的技术条件带来相应的技术难题。目前,现有无人机平台多为小型无人直升机和微型无人直升机,并且中型无人直升机在输电线路巡检的应用还处于探索阶段。 2 无人机监测模式的选择和应用 2.1 线路单方向巡检 无人机在飞行的过程中,为避免无人机在极端恶劣气候及其他因素影响下垂直坠落造成对线路的灾难性损坏,无人机沿线路飞行时与线路边线应具有一定的水平距离D,如图1所示。因光学任务吊舱系统安装于飞机下方,为满足巡视质量的要求,且避免无人机受线路电磁场的影响,保证无人机有充裕的飞行空间,无人机在线路上方飞行应具有一定的垂直距离H,如图1所示。综合上述各种因素,无人机在巡检作业中需在线路斜上方进行飞行。 为提高巡线效率,在光学吊舱任务系统具有足够扫描视场角时,无人机可进行单向巡视,即沿线路方向巡视1次。在较高电压等级线路中(如500 k V及以上电压等级),因各相间距大、塔高,无人机光学吊舱任务系统受检测距离、视角范围的影响,常规的单方向巡检往往不能满足巡视质量的要求,此时无人机可在线路两侧进行往返巡视。具体飞行方式如图2所示。 2.2 无人机中段转发模式 在任务机距离地面测控车比较近,且没有障碍物遮挡的情况,通信链路系统为直通模式,即任务机可通过无线链路直接与地面车载设备进行数据通信。 为解决无线通信因山峰阻挡、多径效应、频率选择性衰落和输电线路强电磁干扰等影响,同时有效拓宽无人机巡线的测控距离,实现无人机在超视距条件下进行电力巡线需求,需采用中继转发模式,无人机中继模式主要有地面中继模式及空中中继模式。 地面中继模式即将数据链路上的中继设备安装在线路杆塔上。该中继模式成本较低,但工作模式复杂,需根据不同的地形地貌进行地面中继点的优化规划,同时,在运行维护方面存在一定的困难。 空中中继模式即在数据链路上增加1台中继飞机。该中继模式巡检灵活、范围广、系统结构简单、维护方便,然而需引入一架中继飞机,增加其相应成本。各中继模式工作方式如表3所示。 2.3 无线链路方式 将不同的无人机类型、不同中继模式、不同的设备进行组合形成不同的工作模式,这些模式的组合可以完成平原地区、山区地带等复杂地形区域的巡线任务。无人机在输电线路巡视巡检作业中的应用主要有以下5种。 (1)中型无人直升机(任务机)+地面中继模式。该模式适用于任务机无法直接与地面测控车进行数据通信的情况,即任务机距离地面测控车距离超过直视范围,或任务机与地面测控车之间有障碍物阻隔,如图3所示。任务机采集到的图像和遥测信号首先通过无线链路发送给塔架中继终端,中继终端再转发给地面测控车载终端,地面测控车的控制指令也通过塔架中继终端转发给任务机终端,控制任务机的工作状态。 (2)中型无人直升机(任务机)+空中中继(小型无人直升机)模式。该模式针对采用地面中继的不足,在数据链路上增加1台中继机,如图4所示。任务机采集到的图像和遥测信号首先通过无线链路发送给中继机,通过中继机转发给地面测控车载终端,地面测控车的控制指令也通过中继