無人機輸電巡檢過塔操作技術(shù)探討

摘

要：近年來無人機技術(shù)在電力行業(yè)的應用越來越廣泛，雖然無人機全自主巡檢技術(shù)發(fā)展迅速，但目前尚不夠成熟，無人機手動巡檢仍是主流作業(yè)方式。現(xiàn)場作業(yè)過程中，由于地形條件限制以及無人機所處的高度制約，超視距飛行成為無人機輸電巡檢手動飛行發(fā)展的必然趨勢，而無人機過塔操作是無人機桿塔巡檢風險最高的環(huán)節(jié)之一。據(jù)此結(jié)合國家電網(wǎng)公司架空輸電線路無人機巡檢作業(yè)安全工作規(guī)程，針對無人機作業(yè)的相關(guān)規(guī)定和作業(yè)現(xiàn)場實際情況，分析了過塔過程中可能導致無人機事故的危險點，探討了一種比較安全、高效且操作性強的無人機過塔操作方法。關(guān)鍵詞：無人機；輸電巡檢；超視距飛行

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引言近年來，無人機技術(shù)在電力行業(yè)的應用越來越廣泛，電力行業(yè)逐漸重視無人機輸電業(yè)務的開展，在架空輸電線路巡檢工作中，無人機搭載可見光掛載對輸電線路桿塔進行精細化巡檢這一手段在運維工作中發(fā)揮的作用越來越大。利用無人機搭載巡檢設備進行巡線，有著傳統(tǒng)巡線方式無法比擬的優(yōu)勢：（1）無人駕駛，不會造成人員傷亡，安全性高；（2）不受地理條件限制，即使遇到自然災害，依然能夠?qū)κ転膮^(qū)域的電力線路進行巡檢；（3）巡線速度快，每小時可達幾十千米。使用無人機對雙回路輸電線路進行巡檢時，當完成其中一回線路的巡檢工作，飛往另外一回線路進行巡檢時，從桿塔頂部跨越這一方式，從安全性和作業(yè)效率來說都比從線路下方穿越的方式更佳，也是目前無人機操作人員采用最多的方式。但是就目前而言，無人機過塔過程主要依靠無人機作業(yè)人員的經(jīng)驗進行操作，沒有形成系統(tǒng)的分析和總結(jié)。無人機過塔過程存在很多需要注意的地方，處理不好將有可能造成碰線、撞塔事故。本文將在現(xiàn)有無人機輸電巡檢技術(shù)基礎上，探討針對不同塔型安全、高效的過塔技術(shù)。

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無人機桿塔巡檢技術(shù)分析1.1

無人機桿塔巡檢基本流程目前無人機對輸電線路桿塔進行巡檢，普遍流程是在線路一側(cè)從下往上，直到地線掛點，然后從桿塔頂端跨越，到另一側(cè)線路再從上往下，整體路徑呈倒“U”型。1.2

作業(yè)人員操作方法實際作業(yè)過程中，由于地形條件限制以及無人機所處的高度制約，目視無人機飛行比觀察無人機飛行控制臺進行飛行的方式危險性更高，飛行時操作人員觀察無人機飛行控制臺的圖傳及飛行參數(shù)信息進行相關(guān)操作比較安全、高效。無人機飛行控制臺能實時顯示并保存重要的飛行姿態(tài)和飛行參數(shù)信息，定時發(fā)送遙控數(shù)據(jù)，控制飛行狀態(tài)，監(jiān)控數(shù)據(jù)鏈。通過該平臺，操作人員可以對無人機進行有效控制。1.3

超視距飛行的關(guān)鍵前提無人機系統(tǒng)有3個關(guān)鍵點是支撐該系統(tǒng)得以實現(xiàn)的基礎：（1）無人機即時的圖傳畫面，能展示無人機所處環(huán)境；（2）無人機的對地高度信息，能準確反映無人機實時對地高度；（3）可以上下調(diào)節(jié)角度的云臺，以便無人機在下降之前能觀察到障礙物。這3項技術(shù)在目前發(fā)展應用已十分成熟，在此不再贅述其原理，直接應用其成果即可。2

無人機過塔的風險點分析根據(jù)國家電網(wǎng)公司架空輸電線路無人機巡檢作業(yè)安全工作規(guī)程要求：巡檢作業(yè)時，無人直升機巡檢系統(tǒng)距線路設備距離不宜小于5m，距周邊障礙物距離不宜小于10m。下面結(jié)合該規(guī)程對無人機作業(yè)的相關(guān)規(guī)定和作業(yè)現(xiàn)場實際情況，分析過塔過程中存在可能導致無人機事故的危險點：（1）過塔時，升高的高度要足夠高，并留有一定裕度，否則無人機過塔時可能會直接撞塔或因為掉高導致撞塔；（2）過塔后，下降過程要明確開始下降的點，如果降落時距離桿塔太近或還沒完全過塔，將不滿足“無人直升機巡檢系統(tǒng)距線路設備距離不宜小于5m”的要求，甚至直接撞塔；（3）過塔后，離開桿塔過遠開始降落，此時無人機視野朝向目標桿塔，會忽視附近電力線路、信號塔、高大樹木等障礙物，在降落或調(diào)整角度的過程中很有可能撞上去。因此，選擇合適的下降點，使下降點與桿塔塔頂保持合適距離十分重要。3

無人機過塔操作流程分析結(jié)合上文分析，可以把過塔過程大致分為3個部分：（1）標定頂架高度；（2）確認上升高度并上升，跨過桿塔；（3）調(diào)整合適位置，下降至另一側(cè)頂架外側(cè)5m外，完成過塔。下面對每一個步驟進行具體分析。3.1

標定桿塔高度此時無人機完成一側(cè)線路頂架的巡檢工作，使無人機云臺調(diào)節(jié)至水平，調(diào)節(jié)無人機高度，當頂架處于圖傳畫面中央時，此時控制臺顯示的高度也就是頂架的高度，即無人機和桿塔頂架在同一高度。此時，可以記下這個高度，完成第一步——頂架高度標定。3.2

無人機垂直升高并過塔當無人機完成高度標定后，無人機和桿塔頂架在同一高度，此時垂直升高H米。在無人機過塔前，無人機朝正前方，在圖傳上觀察前方情況，確定前方空曠再開始跨越?？缭竭^程中，云臺調(diào)至俯視45°，一邊觀察塔材一邊飛行，當圖傳內(nèi)看不到頂架時，使無人機水平偏航180°，云臺依然是俯視45°，對準塔材，懸停。3.3

調(diào)整無人機到合適位置下降當無人機過塔至另一側(cè)并偏航180°對準桿塔，這時無人機主要任務是確定一個合適的位置開始下降，這個位置與桿塔水平距離為D。此時云臺依然是俯視45°，無人機開始向后移動，待另一側(cè)塔頂位于圖傳中央，即可開始垂直下降。因為無人機是水平移動，高度沒有變化，所以無人機達到另一邊線路對高塔的垂直高度H2=H，而α=45°，因此D=H2=H?，F(xiàn)在關(guān)鍵點在于討論D數(shù)值：（1）根據(jù)上文可知，D數(shù)值必須大于5m；（2）因為D=H，還要考慮無人機掉高、高度傳感器數(shù)據(jù)誤差等原因，留足一定的安全裕度；（3）D數(shù)值也不能太大，距離太大，假如無人機飛出線路通道保護區(qū)，則有可能撞上高的電力線路、信號塔、建筑物等。表1是各電壓等級輸電線路架空電力線路保護區(qū)距離。根據(jù)表1可以看出，不同電壓等級線路通道保護區(qū)的距離決定了數(shù)值D的上限，5＜D≤通道保護區(qū)距離。從安全和高效角度出發(fā)，將D數(shù)值確定為10m，即H也是10m。當無人機完成一側(cè)線路頂架的巡檢工作，標定該處頂架高度，并以此為基礎上升H=10m；跨越時云臺調(diào)至俯視α=45°，一邊觀察塔材一邊飛行，當圖傳內(nèi)看不到頂架時，使無人機水平偏航180°，對準桿塔；無人機開始向后移動，待另一側(cè)塔頂位于圖傳中央，此時D=H=10m，無人機在此位置垂直降落，即可安全完成過塔，開展另一側(cè)巡檢任務。4

結(jié)語超視距飛行是無人機輸電巡檢手動飛