简析多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用 莫柳军

简析多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用莫柳军

摘要：随着电网的快速发展，超、特高压电网的大幅扩建，输电线路走廊越来

越多的集中在山区、荒野等人力难以达到的地方，增大了人员进行线路巡视与维

护的难度，对电网安全运行维护提出了新的要求。无人机作为科技手段已广泛应

用于生活的各个领域，其非接触式、快速高效、多角度全方位的巡检手段，搭配

各类可见光和红外影像设备，能够全面了解输电线路的运行情况，相较于人工巡

视更为先进、高效、安全，可以成为保证输电线路安全运行的新手段。

关键词：多旋翼无人机；输电线路；巡检；应用

一、多旋翼无人机组成

多旋翼无人机巡检系统由飞行器飞行平台、巡检任务设备系统和地面站遥控

系统三大部分。

1.1飞行器飞行平台

多轴飞行平台包括机身本体的电机及旋翼、飞行控制系统、能源与动力系统。四旋翼无人机本体的动力组件是一种带有4片正反桨叶的旋翼。飞行控制系统是

无人机的关键核心系统之一，其集成各类型传感器以获取必要的导航要素包括高度、速度、坐标及航向等，使飞行器具有姿态稳定控制的功能。能源与动力系统，为使飞行器能够长航时、多航次进行巡检任务。

1.2巡检任务设备系统

无人机在电力巡视应用上，机载任务设备必须满足输电线路巡检作业要求的

图像清晰度、平稳性等功能，经过多次试验，结合现场实际情况选择市场上性能

较高的微单相机，有效像素1670万，具有自动对焦、防抖、遥控拍照等功能，

由于飞行中的抖动较大及运动拍摄，多旋翼无人机的低速运动飞行拍摄，宜配备

适合低速运动摄像的镜头。

1.3地面站遥控遥测系统

手持式遥控系统采用Futaba2.4G遥控器通过各通道的操作将控制信号传输至

机载接收机，飞控计算机完成信号的解码并实现飞行器的三维运动和云台的俯仰

运动。地面站软件识别各类数据并实时显示、监测飞行姿态，绘制飞行航迹，全

面了解飞行器工作情况。

二、现阶段输电线路巡视的主要问题

2.1输电线路巡视检查的主要内容

①线路本体。地面与基面：回填土下沉或缺土、水淹、冻胀、堆积杂物；杆

塔基础：破损、酥松、露筋、基础下沉、保护帽破损等；接地装置：断裂、严重

锈蚀、螺栓松脱、接地带丢失、接地带外露等；拉线及基础：拉线金具等拆卸、

拉线棒严重锈蚀或蚀损、拉线松弛、断股等；绝缘子：伞群破损、严重污秽、有

放电痕迹、弹簧销、钢帽破损等；导线、地线、引流线、屏蔽线、OPGW的散股、断股、断线、放电烧伤、悬挂漂浮物、弧垂过大或过小、严重锈蚀、覆冰、舞动、风偏过大、对交叉跨越物距离不够等；线路金具：线夹断裂、裂纹、磨损、销钉

脱落或严重锈蚀，均压环、屏蔽环、螺栓松动，防震锤跑位等。②附属设施。防雷装置：避雷器动作异常、计数器失效、破损、变形、引线松脱等；防鸟装置：

鸟刺的破损、变形、螺栓松脱等；各种监测装置：缺失、损坏、功能失效等；杆号、警告、防护、指示、相位等标识的缺失、损坏、字迹或颜色不清、严重锈蚀等；防雾防冰装置的缺失、损失等。③架空线路环境通道。建筑物、树木与导线的安全距离不足等；线下有危及线路安全的施工作业等；线路附近有烟火，有易

燃、易爆物堆积等；采动影响区，地面出现裂缝、坍塌等情况；线路附近有危及线路安全的漂浮物等。

2.2输电线路巡视

对输电线路进行巡视，是保证输电线路安全运行的基础，目前主要采用的巡视制度主要有三种，即正常巡视、故障巡视和特殊巡视。而随着技术的发展，目前巡视工作也开始向状态巡视方向发展，而且加强了各种监控设备的应用。但无论采用哪种巡视制度，其离不开地面巡视这一最基本的手段，但由于在目前制度执行过程中主要是人工巡视，这样就给巡视工作带来了一定的制约。

三、无人机技术的概述

3.1技术要素

在巡检输电线路时，经常使用专门的遥控直升机（UH）和四旋翼无人机

（M4R），UH的组成部分包括：遥控直升机本体、减振悬挂装置、影像采集传输设备、地面摄像监视和操控系统等，后台的工作人员主要是利用无线图像传输设备，将UH在飞行过程中采集到输电线路的目标视频图像传送回来，以此对输电线路存在的故障做出及时判断；M4R其组成部分包括地面站和M4R无人机，

M4R中设置了无线图像传输设备和无线微型高分辨率图像采集设备等，因此，采集到的输电线路的特定目标清晰度很高，并能进行远程传输，同时，M4R应用了4个旋翼对称分布的方法，进而形成的气动布局，在起降和悬停方面性能良好。

3.2功能概述

在巡检过程中，通过人工遥控使UH无人机飞行到输电线路安全距离范围之内，并悬停在输电线路附近，进行采集图像，并通过无线图像传输设备传输到后台；而地面站会发出指令引导M4R无人机沿着输电线路飞行，并在离输电线路安全距离的位置悬停，即完成M4R无人机自主悬停在安全的空间位置的功能，以便拍摄图像时，可以保证各角度的清晰度，另外，工作人员要想调整图像采集设备和被检测设备，只需对航向和M4R的减振云台进行调节即可。其中，M4R地面站除了具备引导M4R无人机飞行到预定的位置、保持与M4R无人机的遥控遥测通信的功能之外，还具有很多功能，如：控制飞行状态、接收无人机传输检测图像、控制无人机云台状态等。

3.3在输电线路巡检中采用无人机的优点

自主导航飞行技术和自主悬停技术是无人机技术的基本功能，因此可以与输电线路保持一定的安全距离，其优势具体体现是在灾害性天气中可以分析输电线路灾害，巡视、检测输电线路，查找线路跳闸故障点等方面。无人机技术的两种工作模式是飞行控制和自主悬停，但它也自驾飞行和手动飞行，在手动模式下，无人机在自主导航下，按照预定的路线飞行，并巡检线路，当无人机处于自主悬停状态后，可以高清晰地拍摄输电线路的图像，并进行传输，地面站工作人员通过监控录像检查故障点。

3.4无人机存在的缺点

在巡检输电线路中，尽管无人机发挥着很大作用，但在某些方面也存在着缺点，由于无人机体积较大，而电池容量相对较小，因此，应用无人机进行巡航的时间非常有限，另外，无人机可接收的有效控制范围是7000m，遥控范围也是有限的，而且无人机不能自动分析图像的故障点。

四、四旋翼无人机巡检系统

4.1性能指标

四旋翼无人机其飞行器本体机械结构简单，旋翼尺寸较小（潜在危害性小、