無(wú)人機(jī)技術(shù)在電力巡檢信息化管理中的應(yīng)用研究

引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人們對(duì)美好生活的向往和能源全球化進(jìn)程的不斷推進(jìn),輸電線路規(guī)模不斷擴(kuò)大,對(duì)輸電線路運(yùn)行維護(hù)的要求不斷提高,傳統(tǒng)的電力巡檢方式已不能滿足電力巡檢信息化管理的要求。無(wú)人機(jī)作為可以在空中靈活移動(dòng)的平臺(tái),可以搭載不同的載荷設(shè)備,具有操控簡(jiǎn)單、快捷高效、易于網(wǎng)絡(luò)化協(xié)調(diào)巡檢、維護(hù)費(fèi)用成本低等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)人機(jī)電力巡檢還具有高效、精細(xì)、快捷等優(yōu)勢(shì),特別適用于對(duì)山區(qū)、丘陵等復(fù)雜地形地貌環(huán)境的電力線路進(jìn)行巡檢。無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用有利于提升輸電線路巡檢工作效率和電力巡檢的信息化管理水平。

1無(wú)人機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操控的無(wú)人駕駛航空器的簡(jiǎn)稱(UAV),無(wú)人機(jī)、控制站、通信系統(tǒng)和設(shè)備保障系統(tǒng)共同構(gòu)成了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。

(1)無(wú)人機(jī)。為滿足工業(yè)控制的要求,無(wú)人機(jī)需要具備以下特點(diǎn):首先,為保證無(wú)人機(jī)在空中飛行穩(wěn)定,可以適應(yīng)不同的工況,其外形設(shè)計(jì)需要合理:其次,具備足夠的載荷能力,以保證能夠搭載信息采集系統(tǒng)和不同的任務(wù)設(shè)備:第三,可以完成特定的工作任務(wù),如電力線路巡檢、清障作業(yè)、架線作業(yè)、自主巡檢等:最后,具備遠(yuǎn)程無(wú)線圖傳和定位功能等。

(2)控制站(GCS)?？刂普臼菬o(wú)人機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分,為無(wú)人機(jī)操控人員提供人機(jī)接口和工作環(huán)境等。主要負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)的航線規(guī)劃、起飛與降落、任務(wù)執(zhí)行與管理、信息采集、控制計(jì)算和緊急情況處理等。

(3)通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)起到連接無(wú)人機(jī)和控制站的橋梁作用,實(shí)現(xiàn)兩者之間控制信息、任務(wù)載荷信息、無(wú)人機(jī)狀態(tài)信息、圖像視頻等數(shù)據(jù)信息的傳輸。

(4)設(shè)備保障系統(tǒng)。主要為無(wú)人機(jī)正常作業(yè)提供必要的技術(shù)支持和安全保障,滿足無(wú)人機(jī)野外作業(yè)時(shí)需要的電力、油類等需求,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)的要求。

1多旋翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)

多旋翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)不受地形限制,采用先進(jìn)的紅外成像儀和30倍變焦可見光攝像機(jī)等先進(jìn)的圖像采集設(shè)備,對(duì)電力線路通道與環(huán)境、導(dǎo)線與地線、絕緣子、金具、桿塔、基礎(chǔ)、防雷設(shè)施與接地裝置、防護(hù)設(shè)施等詳細(xì)情況進(jìn)行巡檢,第一時(shí)間將巡檢結(jié)果傳輸?shù)降孛嬲竟┈F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行分析和消缺,并通過(guò)4G遠(yuǎn)程傳輸?shù)诫娋W(wǎng)調(diào)度中心,為電力線路運(yùn)行分析、設(shè)備狀態(tài)檢修、信息化管理提供詳實(shí)、全面的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和資料。多旋翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,主要由多旋翼無(wú)人機(jī)、動(dòng)力系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等六部分組成。

圖1多旋翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)

(1)多旋翼無(wú)人機(jī)。采用含光A700四旋翼無(wú)人機(jī),全封閉機(jī)身,具有防雨雪功能,可在雨雪天氣執(zhí)行任務(wù)。采用成熟的飛控系統(tǒng),控制精準(zhǔn),容錯(cuò)性和適應(yīng)性強(qiáng),飛行姿態(tài)穩(wěn)定,保障了飛行安全。飛機(jī)最大載重3.3kg,飛行時(shí)間45min,可以抗6級(jí)風(fēng),圖傳數(shù)傳最大距離8km,具有一定的電磁抗干擾能力,可以滿足電力巡檢的要求。

(2)動(dòng)力系統(tǒng)。四旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)主要由動(dòng)力電機(jī)、動(dòng)力電源和調(diào)速系統(tǒng)三部分組成。動(dòng)力電機(jī)采用無(wú)刷電機(jī),動(dòng)力電源采用16000mAh的6S鋰聚合物電池,調(diào)速系統(tǒng)采用無(wú)刷電調(diào),根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

(3)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是進(jìn)行電力巡檢的重要保障,它為四旋翼無(wú)人機(jī)更加安全、可靠地進(jìn)行電力線路巡檢奠定了基礎(chǔ)。機(jī)載GPS導(dǎo)航系統(tǒng),對(duì)電力線路進(jìn)行巡檢時(shí),無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)位置由GPS定位直接獲得。進(jìn)行電力線路巡檢時(shí),無(wú)人機(jī)駕駛員提前將無(wú)人機(jī)控制到電力線路安全距離范圍內(nèi),鎖定電力線路辨識(shí)云臺(tái)跟蹤系統(tǒng),根據(jù)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)工具巡檢的位置信息,可以自動(dòng)對(duì)云臺(tái)的角度進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)桿塔、金具和導(dǎo)線的自動(dòng)拍攝。

(4)信息采集系統(tǒng)。將可見光信息采集系統(tǒng)和紅外熱成像系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)電力線路高效、準(zhǔn)確、全面的信息采集。無(wú)人機(jī)搭載禪思定焦攝像機(jī)和禪思Z30變焦相機(jī),實(shí)現(xiàn)對(duì)電力線路全局、局部和細(xì)節(jié)(地基、鐵塔、導(dǎo)地線、絕緣子、防震錘、懸垂線等)進(jìn)行拍照、錄像,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患:搭載紅外熱成像相機(jī),完成對(duì)電力設(shè)備和線路表面溫度二維分布情況和變化狀態(tài)的信息采集,在夜間發(fā)現(xiàn)輸電線路隱蔽、危險(xiǎn)的異常發(fā)熱點(diǎn),為電力線路的故障監(jiān)測(cè)提供可靠依據(jù)。

(5)信息傳輸系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)信息采集系統(tǒng)采集的圖像、視頻和熱成像信息通過(guò)無(wú)線圖傳傳輸?shù)降孛嬲居糜趯?shí)時(shí)監(jiān)控,如圖2所示:還可以通過(guò)遠(yuǎn)程4G實(shí)時(shí)圖傳系統(tǒng)傳輸?shù)诫娋W(wǎng)調(diào)度中心,為電力巡檢信息化管理提供參考依據(jù)。

(6)控制系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)電力巡檢控制系統(tǒng),主要實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)采集的圖像、視頻和熱成像等信息按照采集人員、地址等進(jìn)行分類管理,方便專業(yè)技術(shù)人員觀察和通過(guò)數(shù)據(jù)軟件分析發(fā)現(xiàn)線路故障,實(shí)現(xiàn)對(duì)電力線路的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。

3電力巡檢作業(yè)流程

為提高無(wú)人機(jī)電力巡檢的作業(yè)效率和安全性,同時(shí)方便對(duì)電力作業(yè)的信息化管理,保證電力巡檢作業(yè)質(zhì)量,制定合理規(guī)范的無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)流程,作業(yè)人員進(jìn)行巡檢作業(yè)時(shí)通過(guò)移動(dòng)終端將作業(yè)過(guò)程傳輸?shù)诫娋W(wǎng)調(diào)度中心。

4結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)技術(shù)在電力巡檢中的應(yīng)用研究為電力線路巡檢作業(yè)提供了新的解決方案,從電力巡檢作業(yè)信息化管理、信息實(shí)時(shí)采集與傳輸、巡檢結(jié)果的智能化管理、工作考核等方面提供了有效的技術(shù)支持。隨著無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)在電力巡檢作業(yè)中的不斷實(shí)踐以及北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用,無(wú)人機(jī)巡線將成為更加安全高效的巡檢作業(yè)方法,有利于實(shí)現(xiàn)電力巡檢自動(dòng)化、信息化管理,加快電網(wǎng)智能化巡檢作業(yè)的步伐。