摘要：电力线路覆盖范围广、穿越区域地形复杂并且自然环境恶劣。随着科学技术的发展，轻型无人机的出现和应用对很多重要领域的发展产生了非常重要的影响，主要是因为轻型无人机具备灵活性高、反应速度快、成本低以及实时性强等特点，将轻型无人机应用于输电线路巡视工作中，可以有效提高线路检查工作的质量和线路检测工作的效率。
关键词：无人机；输电带电作业；应用；
科学技术的发展，无人机的出现和应用对很多重要领域的发展产生了非常重要的影响，主要是因为轻型无人机具备灵活性高、反应速度快、成本低以及实时性强等特点，将轻型无人机应用于输电线路巡视工作中，可以有效提高线路检查工作的质量和线路检测工作的效率。
一、输电线路现状
目前输电线路巡检手段主要可分为人工线路巡检、机器人线路巡检、载人直升机线路巡检和无人机线路巡检4种方式。考虑到输电线路分布广、地域环境恶劣、所处地形复杂等情况，采用人工巡检方式，操作人员的作业条件艰苦且工作量大，特别是对于高远山区以及跨越江河或沙漠等输电线路巡检，人工巡检方式面临花费时间长、各种成本高、操作困难大、作业风险高、工作强度大且巡检效率低等诸多问题，故此巡检方式越来越不能满足线路巡检需求。目前使用较多的无人机有中型无人直升机、固定翼无人机和多旋翼无人机。中型无人直升机荷载较大、可自由悬停、可靠性高，但体积较大，应用在带电检修现场危险性高、操作难度较大；固定翼无人机飞行速度快，适用于长距离飞行，在检修作业现场不适用；小型多旋翼无人机具有体积小，重量轻、安全风险小、效率高等特点，且易于改造，非常适用于配合检修现场进行带电作业。载人直升机线路巡检方式由于可通过直升机搭载成像设备，能够对输电线路拍摄图像，具有较高的输电线路巡检效率，但投入成本大，需要大量的人力资源，管理及技术储备复杂，因而载人直开机巡检方式没能广泛推广使用。国内关于无人机巡线研究的报道比较少，研究人员通过对飞行姿态控制系统等硬件平台开发和多传感器软硬件集成研究，利用无人机搭载高清相机和红外热成像仪对线路进行拍摄，并通过人工分析视频和照片，甄别出主要的缺陷和隐患。
二、无人机在输电带电作业中的应用
1.无人机巡检系统。
无人机巡检系统通常由无人机、通信设备、机载设备和地面站4大子系统组成。无人机巡检的各部分功能分析如下。对于无人机系统来说，通过将相机或摄影机挂载于机体，通过接收地面站的遥控信息指令来实现对电网输电线路重点部位的拍照取样，或对输电线路的全线拍摄。对于无人机机载设备来说，它是无人机获取输电线路图像信息的媒介。无人机输电线路巡检一般将小型摄像机、相机或红外测温仪等装置固定于无人机机体上，通过接收地面站的遥控信息指令来实现对电网输电线路重点部位的拍照取样，或对输电线路的全线拍摄同时将采集到的图像信息由通信设备传输到地面终端工作站，工作人员针对取得的图像结合专家知识分析输电线路运行状态，并对可能发生的故障查找原因和计划进一步的检修策略。无人机巡检技术可对输电线路断线、杆塔倾斜、绝缘子脱落及异物挂线等的识别和分析，它所巡检的输电线路部位主要是杆塔、绝缘子、导线、线路走廊和金具等。
2.无人机巡检过程。
为保证无人机线路巡检的效率和安全正常作业，需经过前期丰富的理论研究，结合输电线路现场测试效果，合理地制定规范的无人机线路巡检流程，制定巡检计划并审批。在学习线路巡检方式方法的基础上，充分了解巡检任务，制定输电线路巡检计划并交给主管部门审批。若没能通过审批，则需要重新制定巡检计划。线路巡检前期准备。
获取现场巡检输电线路的地形地貌、气象条件及周边线路的情况，并收集线路的走向、运行参数、杆塔精确GPS信息、交叉跨越情况以及以往缺陷记录资料，将资料信息进行整理以备查找。现场线路巡检作业。这一部分主要包括无人机起飞前的准备和飞行巡检作业2个阶段。无人机起飞前的准备。根据所获得的杆塔及地标物的精确GPS信息，确定无人机飞行具体巡检路线。检查无人机系统，确认无人机处于良好运行状态，若采用自主巡检模式，应对巡检路径进行航迹路径规划。飞行巡检作业。使无人机以平稳控制方式按预定巡检方案飞行，当遇到特殊飞行状况时，地面操作人员可按要求及时更改飞行方案；无人机通过调整云台角度，以拍照或录像的方式获得所巡检线路工作状态。
3.无人机巡检路径规划。
当利用无人机自主飞行进行输电线路巡检时，需事先对线路巡检路径进行规划，并将所规划路径导入到无人机机体导航系统中。现阶段，多采用的线路巡检路径规划方法是操作人员逐点计算飞行路径，然后将这些路径数据人工手动事先输入到机体导航系统中，这种飞行路径规划方法对于操作人员的计算技巧要求极为严格，且计算中不允许出现差错，否则会带来安全隐患。为了有效地规划无人机输电线路巡检路径，提出了使用智能算法来进行其路径的规划方法。基于遗传算法来优化无人机输电线路巡检路径的方法，它采用极坐标编码方式来构造染色体，结合实际无人机巡检中的约束条件设计遗传算子，提高了全局搜索能力。该方法是将无人机线路巡检路径规划问题转化为路径适应度函数最小化的问题，可采用单目标优化方法直接优化得出最佳规划路径。当然，在无人机路径规划中，也可将路径与其他优化目标（如飞行路径终点与给定终点之间的距离） 一起组成多目标优化模型，利用多目标优化算法得到优化结果。
4.无人机线路巡检作业中故障诊断与预测。
无人机线路巡检以拍摄输电线路图像为手段，但仅有极少部分图像包含故障信息，且传统模式中使用人眼从图像中检测可能存在的故障信息类型。这种处理方式易使操作人员眼睛疲劳，检测效率低，且不能处理复杂故障类型。为了快速有效地检测并发现输电线路的故障，输电线路巡检中智能化的故障检测方案开始成为了一个研究热点。开展故障预测是减少输电线路突发故障、提高预知维修的重要手段。使用遗传算法对输电线路故障进行预测，有效解决了电网输电线路复杂故障情况下的预测问题。无人机巡检输电线路技术故障的应用，主要体现对雷击故障点查找。据调查显示，影响输电设备及线路安全的关键因素就是雷害，其中在输电线故障中雷击跳闸而引起各类故障占据了很大的比例。其最容易引起绝缘子闪络放电，而后果就会导致绝缘子导线挂点铁构件融化堆积，绝缘子与其体表的釉层分离，网状裂纹会逐渐布满玻璃体外表，或者是烧伤其绝缘子，有些时候绝缘子闪络会在表面上留下十分明显的烧伤痕迹。通常情况下，凭借肉眼很难发现其金具和绝缘子串存在的问题，即使是使用人工登陆检查，也有存在着一定的盲区，将其无人机巡检输电技术应用到其中准确的找到其故障点。如某供电企业500kV输电线路特别容易在夏天发生跳闸。针对于此，使用了多架旋翼无人机对其进行故障排除，无人机清楚的排到输电线路到线上放电烧蚀点。
总而言之，无人机系统只有不断优化和创新，才能保证轻型无人机系统应用输电带电作业中，实现保证电力系统安全、稳定运行的重要目标，这也是未来轻型无人机发展的必然趋势及未来轻型无人机研究领域和电力行业工作的重点。
参考文献：
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