四旋翼无人机平台下的特高压输电线路快速检测分析

蔡玮辰　孙阔腾　夏立杰

摘 要：在实施全国电力资源互联互通战略背景下，为了优化配置能源，南方电网创建了一大批大容量、远距离、超特高压的输电线路。对于高压输电线路的消缺维修与日常巡检，分析了四旋翼无人机平台的快速检测应用，提高线路巡检的质量与运维效果。

关键词：四旋翼无人机;特高压;输电线路

在科学技术不断发展进步的过程中，无人机被广泛应用到工业、军事与农业等方面，在产品发展和制度优化过程中，不断出现全新的应用。目前，人们生活水平在不断提高，电力对于供电质量的要求也越来越严格。在输电线路检测与巡视中使用无人机，能够在短时间内寻找输电线路中的隐患与缺陷[1]。在灾害条件与复杂地形中，得到高质量现场资料信息，使工作人员工作强度与危险性降低，提高输电线路的巡检效率，以此实现输电线路稳定、安全的运行。

1 四旋翼无人机平台的配置

下图为四旋翼无人机平台的构成，本文设计使用X4多旋翼伞式折叠机架，中心盘直径为270*250mm，轴距为830mm，碳管直径为25mm，电机臂长度为230mm。在展开电机臂之后，戴上反7°角。

四旋翼无人机平台的构成图

动力系统通过电子调速器、螺旋桨、无刷电机和电源构成，使用大级别盘式无刷电机，螺旋桨使用多旋翼专用8*5.5寸平纹纯碳正反浆，电机调速器使用乐天多旋翼用电调XRotor-50A，使用达普6S16000mAh15C锂电池组作为电源[2]。

飞行控制系统能够对四旋翼无人机在巡检过程中平稳的飞行进行保证，对地面站遥控遥测进行快速的响应，实现各种动作和高精度悬停等动作。通过避障传感器、飞控板、导航单元与防碰撞预警构成。

机载任务系统通过云台控制器、三轴云台和高倍变焦高清相机构成，在三轴云台安装红外成像仪与高清相机，通过5.8G无线图传感模块到地面站平板显示器中实时的发送。

地面站系统包括地面站影像实时显示、手持遥控器与地面站实时监控系统。手持遥控器使用WET09SII 2.4G 9通道遥控器和接收机构成，实时监控系统上位机软件在笔记本电脑中运行，使用CUAV 2DR 433无线数传收发模块。利用433数传模块地面端使会使地面站中的航点、指令等信息传送到机载端中。地面站实时影像显示系统通过图传发射模块、地面接收模块构成，图传模块指的是机载端影像到地面站显示器单向传输载体[3]。

2 特高压输电线路检测中的四旋翼无人机平台使用

2.1 定点巡检

四旋翼无人机的活动较为灵活，稳定性比较高，应用到输电线路高空设备巡检中具有良好效果，能够精准、及时的发现金具、绝缘子等设备中的问题，从而得到清楚图像与视频，便于技术人员的分析。在输电线路巡视中使用，能够对设备中的问题定点检查，对设备损坏问题分析与判断。另外，方便寻找故障点，不需要人工登塔检查。能够在线路大型检修作业前使用，提前实现设备情况的详细、全面的掌握，从而有效制定检修方案。

和检查部位相互结合，对安全飞行制度落实，与拍摄的角度与部位要求结合，选择相应工作模式。在检查绝缘子、金具过程中，控制5m/s的飞行速度和杆塔保持30m的距离。缓慢的接近目标，悬停之后通过照相机、摄像机进行检查和拍摄。在导地线检查过程中，使用相同的检查方式，和目标高度距离保持10m，云台角度和导线相互对应，缓慢飞行进行拍摄和检查。在夏天等高用电负荷中，利用四旋翼无人机进行交流、直流输电线路巡检，对导地线、绝缘子和杆塔等巡视检查进行重视，保证电网运行的稳定性与安全性[4]。

2.2 短距离巡检

在短距离检测过程中，四旋翼无人机也具有良好的效果。通过设计的四旋翼无人机平台对输电线路通道、局部进行拍摄，还能够拍摄高山、河流、泥石流、洪水等巡视人员难以到达的区域，顺利的开展高危险性作业任务。在短距离巡检过程中，设计的四旋翼无人机平台能够选择自主导航与人工控制等方式，方便人工模式检查无人机沿途的通道。在遥控飞行区域中布置地面控制站，假如使用车载地面控制站，还能够提高巡航距离。自主导航模式要实现航线信息的设置，通过无人机半自主与全自主的进行飞行，实现检查任务的执行。在线路通道与杆塔等检查过程中使用人工控制的方式，对航巡危险避让点信息记录，实现自主导航模式的设置，从而实现自动控制。

通过飞行安全角度分析，四旋翼无人机使用线路侧面飞行，并且和导线保持10m的距离，在有特殊需求的时候，控制距离为5m。为了使拍摄效果得到提高，四旋翼无人机要顺着线路斜上方的飞行，控制飞行速度为每秒5m[5]。

3 结语

目前，全世界科技都在不断的发展，多种高科技产品不断应用到电力行业。四旋翼无人机为全新高新科技设备，在特高压输电线路检测过程中使用四旋翼无人机，能够使输电线路巡视工作效率得到提高。

参考文献：

[1]聂广华.全自主双发油动四旋翼无人机着陆轨迹跟踪方法分析[J].中国电子科学研究院学报，2019（2）.

[2]任磊，杨震，李振新，等.无人机在特高压输电线路巡检应用中的成本经济效益[J].今日财富，2017（12）：107.

[3]梁静，石岩，周新宇.基于自适应反演滑模的四旋翼无人机抗风研究[J].信息通信，2019（2）.

[4]王宽田，党选举，郑飞宇，等.基于卡尔曼滤波四旋翼无人机控制系统设计[J].电子世界，2017（8）：103-104.

[5]刘兴发，干喆渊，李妮，等.特高壓输电线路对邻近对空情报雷达站影响分析与实验研究[J].高电压技术，2018，44（10）.

作者简介：蔡玮辰（1993-），男，仫佬族，广西壮族自治区宜州人，本科，助理工程师，研究方向：超高压输电线路运维、无人机运维。