2 綜合巡檢模塊配置

針對(duì)配電網(wǎng)架空線路無人機(jī)綜合巡檢需要，對(duì)無人機(jī)平臺(tái)配置高速圖像模塊，紅外、紫外成像傳感模塊，特高頻局放、超聲波局放傳感模塊等任務(wù)設(shè)備，以完成綜合巡檢作業(yè)。

2.1 高速圖像模塊

高速圖像模塊主要是實(shí)現(xiàn)飛行條件下可見光的視頻圖像采集功能，通過無人機(jī)搭載高分辨率可見光相機(jī)進(jìn)行巡檢拍攝的可見光圖像，可以檢測(cè)出配網(wǎng)線路導(dǎo)線的毛刺、斷股、絕緣子脫落等缺陷信息。為保證巡檢效果和質(zhì)量，可見光傳感器的技術(shù)參數(shù)配置要求：(1)有效像素?cái)?shù)不低于1 000萬;(2)拍攝速度不低于25幀/s，具備4倍光學(xué)變焦功能，且連續(xù)可調(diào);(3)具備自動(dòng)對(duì)焦功能。

2.2 紅外、紫外成像傳感模塊

紅外成像傳感模塊主要用來檢測(cè)導(dǎo)線接頭、線夾等部件的發(fā)熱故障，可通過無人機(jī)搭載紅外熱像儀進(jìn)行巡查。紅外熱像儀的技術(shù)指標(biāo)配置要求：(1)有效像素?cái)?shù)不低于30萬;(2)自動(dòng)對(duì)焦功能;(3)具有熱圖數(shù)據(jù)且熱圖數(shù)據(jù)可導(dǎo)出，可實(shí)時(shí)顯示影像中溫度最高點(diǎn)位置及溫度值。

紫外成像傳感模塊主要用來檢測(cè)電氣設(shè)備及線路的電暈放電情況[11]，可通過小型無人機(jī)搭載日盲紫外電暈探測(cè)模組，日盲紫外電暈探測(cè)模組的技術(shù)要求：(1)探測(cè)靈敏度高;(2)體積小、重量輕(質(zhì)量不大于1.5 kg);(3)能獲取光子計(jì)數(shù)信息、最好能夠兼顧可見光進(jìn)行常規(guī)故障的巡檢。

目前，有3種探測(cè)系統(tǒng)可供選擇：改進(jìn)型可見光/日盲紫外雙譜段探測(cè)儀、定焦距日盲紫外探測(cè)儀以及日盲紫外探測(cè)儀+微型可見光相機(jī)。3種方案的比較如表1所示。綜合考慮以上3種方案優(yōu)缺點(diǎn)、成本和開發(fā)周期，本項(xiàng)目推薦采用常規(guī)改進(jìn)型的日盲紫外電暈探測(cè)模組。

2.3 特高頻局放、超聲波局放傳感模塊

在變壓器、電纜接頭等電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生正負(fù)電荷中和的過程，同時(shí)伴隨有較陡的電流脈沖，會(huì)產(chǎn)生發(fā)光、發(fā)熱、聲音、電磁波等現(xiàn)象[12-13]。目前，主要檢測(cè)方法有脈沖電流法、特高頻法和超聲波法。

近年來，隨著無人機(jī)巡檢技術(shù)快速發(fā)展，可采用無人機(jī)平臺(tái)搭載特高頻傳感器、超聲波傳感器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備局部放電缺陷的帶電檢測(cè)。對(duì)于無人機(jī)掛載的超聲波、特高頻傳感器，考慮到成本、研發(fā)周期、實(shí)用性等因素，可采用現(xiàn)有比較成熟的局部放電檢測(cè)儀的改進(jìn)方案。常規(guī)改進(jìn)型的傳感器配置要求：(1)超聲波傳感器質(zhì)量不大于1.5 kg;(2)特高頻傳感器質(zhì)量不大于1.5 kg;(3)12 V DC電源，功耗不小于36 W。

3 無人機(jī)綜合巡檢功能實(shí)現(xiàn)和測(cè)試驗(yàn)證

綜合以上技術(shù)設(shè)計(jì)試制了配網(wǎng)架空線路無人機(jī)綜合巡檢系統(tǒng)，并對(duì)巡檢系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性、測(cè)控性能、巡檢功能等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)開展試驗(yàn)測(cè)試，以驗(yàn)證其綜合巡檢功能。

環(huán)境適應(yīng)性類測(cè)試項(xiàng)目包括低溫環(huán)境適應(yīng)性、高溫環(huán)境適應(yīng)性、模擬海拔環(huán)境適應(yīng)性和戶外抗風(fēng)、抗雨飛行性能，其中模擬海拔環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)采用人工環(huán)境氣候試驗(yàn)室(箱)開展模擬試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果：(1)環(huán)境溫度范圍為–20~45 ℃;(2)可通過最高海拔高度為2 000 m的模擬高海拔環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn);(3)在瞬時(shí)風(fēng)速不大于7 m/s環(huán)境條件下可正常工作，懸停時(shí)與懸停點(diǎn)的水平偏移不大于1.5 m、偏差不大于0.75 m，垂直偏移不大于3 m、偏差不大于1.5 m;(4)在小雨環(huán)境條件下可穩(wěn)定飛行，飛行時(shí)間不小于5 min。

測(cè)控性能測(cè)試項(xiàng)目主要包括巡航時(shí)間、測(cè)控距離和懸停控制精度。測(cè)試結(jié)果：(1)正常工作任務(wù)載荷下為30 min;(2)飛行高度20 m時(shí)，測(cè)控?cái)?shù)據(jù)和圖像傳輸距離為2 km(通視條件下);(3)懸停控制精度，垂直方向±0.5 m，水平方向±1.0 m，能精確定點(diǎn)近距離巡檢桿塔，結(jié)合地面站模塊的實(shí)時(shí)飛行數(shù)據(jù)及可視化地圖，可精確地完成全自動(dòng)起飛/降落、航線飛行、繞點(diǎn)飛行、定點(diǎn)懸停等巡檢任務(wù)。

巡檢功能測(cè)試項(xiàng)目包括云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)及可見光、紅外、紫外傳感器等任務(wù)設(shè)備性能。測(cè)試結(jié)果：(1)云臺(tái)具有水平和俯仰2個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)性能，平轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為360°，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為–60°~+30°;(2)無人機(jī)可搭載可見光、紅外、紫外、超聲波和特高頻傳感器，載荷采用插拔式連接方式;(3)對(duì)于可見光傳感器，有效像素?cái)?shù)為1 200萬，具備變焦功能且連續(xù)可調(diào)，具備自動(dòng)對(duì)焦功能，可見光傳感器成像質(zhì)量如圖7所示;(4)對(duì)于紅外傳感器，有效像素?cái)?shù)為30萬，具備自動(dòng)對(duì)焦功能，影像為偽彩顯示，具備熱圖數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)顯示影像中溫度最高點(diǎn)位置及溫度值，紅外傳感器成像質(zhì)量如圖8所示。

4 結(jié)語

本文針對(duì)配網(wǎng)架空線路巡檢應(yīng)用需求，提出了基于小型無人直升機(jī)平臺(tái)的配網(wǎng)架空線路綜合巡檢技術(shù)。

(1)研究確定了無人機(jī)綜合巡檢平臺(tái)的機(jī)體、云臺(tái)、懸臂等主要部件的設(shè)計(jì)要求和方案，并采用流體分析法對(duì)設(shè)計(jì)的無人機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

(2)針對(duì)無人機(jī)綜合巡檢需求，研究確定了無人機(jī)搭載綜合巡檢模塊的配置方法，對(duì)于可見光傳感器，有效像素?cái)?shù)不低于1 000萬，具備變焦和自動(dòng)對(duì)焦功能;對(duì)于紅外傳感器，有效像素?cái)?shù)不低于30萬，具備自動(dòng)對(duì)焦功能，具有熱圖數(shù)據(jù);對(duì)于紫外傳感器，質(zhì)量不大于1.5 kg，建議采用改進(jìn)型日盲紫外雙譜段探測(cè)儀;特高頻局放、超聲波局放傳感模塊，可采用改進(jìn)型的超聲波、特高頻局部放電檢測(cè)儀。

(3)對(duì)無人機(jī)綜合巡檢系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性、測(cè)控性能、巡檢功能等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明各項(xiàng)功能滿足配網(wǎng)架空線路巡檢作業(yè)需求。

作者：吳立遠(yuǎn) , 畢建剛 , 常文治 , 楊圓 , 弓艷朋    

參考文獻(xiàn)

[1]RANGEL R K, KIENITZ K H, BRANDAO M P. Development of a multi-purpose portable electrical UAV system, fixed & rotative wing[C]//Aerospace Conference, 2011. (1)

[2]LARRAURI J I, SORRROSAL G, GONZALEZ M. Automatic system for overhead power line inspection using an unmanned aerial vehicle[C]//International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), Atlanta, GA, 2013. (1)

[3]于德明, 武藝, 陳方東, 等. 直升機(jī)在特高壓交流輸電線路巡視中的應(yīng)用[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2010, 34(2): 29-32.

YU Deming, WU Yi, CHEN Fangdong, et al. Application of helicopter patrol technology in UHV AC transmission line[J]. Power System Technology, 2010, 34(2): 29-32. (1)

[4]付晶, 邵瑰瑋, 高朝霞, 等. 輸電線路無人機(jī)巡檢系統(tǒng)現(xiàn)狀分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2015, 39(Sl): 42-49.

FU Jing, SHAO Guiwei, GAO Chaoxia, et al. The Status quo and analysis of unmanned aerial inspection system for power lines[J]. Power System Technology, 2015, 39(Sl): 42-49. (0)

[5]湯明文, 戴禮豪, 林朝輝, 等. 無人機(jī)在電力線路巡視中的應(yīng)用[J]. 中國電力, 2013, 46(3): 35-38.

TANG Mingwen, DAI Lihao, LIN Chaohui, et al. Application of unmanned aerial vehicle in inspecting transmission lines[J]. Electric Power, 2013, 46(3): 35-38. (0)

[6]王振華, 黃宵寧, 梁焜, 等. 基于四旋翼無人機(jī)的輸電線路巡檢系統(tǒng)研究[J]. 中國電力, 2012, 45(10): 59-62.

WANG Zhenhua, HUANG Xiaonin, LIANG Kun, et al. Study on the transmission line inspection system based on quadrotor UAVs[J]. Electric Power, 2012, 45(10): 59-62. DOI:10.3969/j.issn.1004-9649.2012.10.013 (1)

[7]岳靈平, 旭泳, 舒天, 等. 輸電線路無人機(jī)和人工協(xié)同巡檢模式研究[J]. 電氣時(shí)代, 2014(9): 81-83.

YUE Lingping, XU Yong, SHU Tian, et al. Research of UAV and manual collaborative lnspection for transmission line[J]. Electric Age, 2014(9): 81-83. (1)

[8]諸葛葳. 無人機(jī)巡檢輸電線路技術(shù)的應(yīng)用探析[J]. 科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng), 2015(5): 16.

ZHU Gewei. Unmanned aerial vehicles patrolling transmission lines technical analysis of the application[J]. Science and Technology Markets, 2015(5): 16. (1)

[9]葛群波. 配網(wǎng)移動(dòng)智能巡檢及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 成都: 電子科技大學(xué), 2013. (1)

[10]黃江倩, 趙舫, 程偉, 等. 基于風(fēng)險(xiǎn)管理方法的配網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(18): 94-100.

HUANG Jiangqian, ZHAO Fang, CHENG Weihua, et al. Optimization of distribution network maintenance plan based on risk management method[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(18): 94-100. DOI:10.7667/j.issn.1674-3415.2015.18.016 (1)

[11]彭向陽, 鐘清, 饒章權(quán). 基于無人機(jī)紫外檢測(cè)的輸電線路電暈放電缺陷智能診斷技術(shù)[J]. 高電壓技術(shù), 2014, 40(8): 2292-2298.

PENG Xiangyang, ZHONG Qing, RAO Zhangquan, et al. Intelligent diagnostic techniques of transmission lines corona disge defect based on ultraviolet detection from unmanned aerial vehicle[J]. High Voltage Engineering, 2014, 40(8): 2292-2298. (1)

[12]李軍浩, 韓旭濤, 劉澤輝, 等. 電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)述評(píng)[J]. 高電壓技術(shù), 2015, 41(8): 2583-2601.

LI Junhao, HAN Xutao, LIU Zehui, et al. Review on partial disge measurement technology of electrical equipment[J]. High Voltage Engineering, 2015, 41(8): 2583-2601. (1)

[13]汲勝昌, 王園園, 李軍浩, 等. GIS局部放電檢測(cè)用特高頻天線研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 高壓電器, 2015, 51(4): 163-172.

JI Shengchang, WANG Yuanyuan, LI Junhao. Review of UHF antenna for detecting partial disge in GIS[J]. High Voltage Apparatus, 2015, 51(4): 163-172. (1)