基于多旋翼无人机的输配电线路故障精确测距研究

基于多旋翼无人机的输配电线路故障精确测距研究

徐建峰

国网浙江省电力有限公司景宁县供电公司 323500

摘要：随着电网规模的持续稳定增长，对电网供电可靠性提出了更高的要求。检验人员结构性短缺严重，人工检验方式存在检验不立体、质量和效率不高的问题。在山区、高海拔等特殊地段和恶劣天气条件下难以巡检，难以满足输电线路高可靠性运行的要求。基于此，下面讨论基于多旋翼无人机的输配电线路精确故障定位，以供参考。

关键词：多旋翼无人机；输配电线路故障；精确测距研究

引言

输配电线路输电方式多为小电流电路接电方式，线路故障特征并不明显，分布式电源连接以及分支输电线路数量庞杂致使输配电线路结构更加复杂，而由于线路测量方式的局限性，对于线路故障精确测距方面的问题仍需加大解决力度，目前的输电线路巡查一般以人工及直升机巡查的方式进行，可以在电路输电过程中完成数据的精确测量，但易受天气因素的影响，无法保证数据的测量结果，甚至影响到自身工作状态针对上述问题，进行了分析。

1配电线路无人机巡检技术

电网分布广泛、复杂，使得电网的运行和维护难以管理。作为电力设备运行和维护管理的基本内容，配电线路的维护和检修至关重要。传统的人工检查效率低，成本高，精度低。但现代无人机技术的创新应用开辟了一种新型的人机协同检测，在固定翼走廊检测和多转子塔检测等检测模式上有所不同。配电线路检测的人工智能往往越来越明显。无人机技术支持下的配电线路检查克服了配电线路设备长期暴露造成的长距离、复杂地形、恶劣自然环境和老化材料等问题。检验效率、准确性和成本的优点是显而易见的。以大疆产品为例，它在销售网络中得到广泛应用。它配备飞行自主技术、6个视觉传感器、2个红外传感器、1个超声波传感器、GPS/GLONASS双模卫星定位系统、IMU和指南针双冗馀传感器，能够在飞行过程中实时获取图像、深度、定位等信息。飞行速度为20m/s，最高飞行高度为6000m。10kV，100公里,人工巡逻要克服很多困难，5人巡逻同一分配线路要花10个多小时。无人机巡逻系统由飞行平台和地面控制站组成。飞行平台相当于无人机系统、导航系统和航点定位系统，而地面控制站分为飞行数据显示、影响数据显示和飞行控制指令传输三个部分。

2多旋翼无人机的输配电线路故障精确测距

2.1输配电线路图像视频数据获取

由于输配电线路的结构较为复杂，为此，需对其进行初步的图像获取操作，利用紫外相机拍摄线路图像，根据其两翼载荷系统的两轴增稳云台以及双通道图像紫外检测仪对图像进行进一步的获取，采用相机内部机械结构与编码器之间的紧密配合系统对图像分解，同时安装陀螺数据敏感装置，以此来稳定多旋翼无人机的飞行系统，以保证拍摄图像的清晰度，进一步稳定输配电线路的输电回路，使云台在摇摆及振动的状态下依旧保持自身稳定，进而输出稳定清晰的线路图像。将云台控制器外部的接口与内部系统接口相连接，并经过飞行控制系统进行传送交流，同时保证对数据的安全接收，利用对陀螺信息的采集进一步提升对电机位置的闭环增稳控制，准确采集电晕放电现象信息，同时对紫外可见影像进行成像收集，将经过系统处理后的成像与可见光分析图像进行叠加操作，明确线路图像的精准位置，加大对电晕电路的强度处理，提高对电力设备的状态检测力度，保证输配电线路的自身安全性，利用双通道紫外成像设备加强监管操作，稳定紫外相机拍摄路径，同时加强对紫外相机零件选型的管理力度，在达到轻量化设计的基础上提升传感器配置标准。

2.2基于电磁场并结合其他方案的避障方法

同样，将多种方法结合起来的避障方案虽然复杂性较高，但从精确性和优越性来说，必然比单一方法更高。在利用电磁场特性分析并得出无人机巡检的安全飞行距离的基础上，将图像匹配的视觉测距方法融合到该避障方法中。这种复合避障法的关键在于利用电磁场特性得到无人机安全飞行距离，具体做法是：首先构建交流输电线路模型，分析不同电压等级下输电线内侧、外侧、下侧三个方向不同距离的电场强度、磁场强度的衰减情况；并设计简单的含有机翼、脚架的无人机模型，分析无人机对于输电线周围电场和磁场分布的影响以及无人机周围电场的分布、无人机机体磁场的分布；结合无人机飞行速度、信号传输延时特性、风速等因素，最终得出无人机在高压交流输电线环境中巡检的近似安全飞行距离。由于基于视觉、传感器和柱空间的避障方法均有一定缺陷，研究人员重点研究输电线路的电磁场特性。众所周知，导体周围有一定范围和不同强度的电磁场，电磁场和距离在一定程度上相互对应，因为电流通过导体。因此，利用输电线路电磁场避免障碍物是一个新颖合理的想法。各种研究证明，基于输电线路电磁场的无人机巡逻避障方案在各个方面都优于上述传统避障方法。该避障技术硬件要求低，非常适合低负荷无人驾驶飞机。同时具有较高的避障精度、较高的研究价值和较高的技术意义。

2.3推动管理革新，促进运检质效提升

（1）革新班组架构，有效减轻班组运检压力。在无人机智能巡检模式下，充分结合人巡优势，对班组架构进行综合调整。班组根据班员专业水平进行小组划分，形成以无人机巡视小组为主体，人工巡视为辅助，检修小组为基础的立体化班组结构，将原有线路运维班组和检修班组进行整合。班组架构变革后，在线路运检班组内部细化为无人机巡检小组、人工巡视小组、线路检修小组。通过班组架构调整，利用无人机替代人工，智能运检设备“补员”作用明显，班组内部实现互相补位和专业化运作，有效化解人少设备多的固有矛盾，各专业分工更加明确，职责更加清晰，有效缓解因输电刚性缺员造成的线路运维压力。（2）转变管理模式，提升运检过程管控能力。依托无人机智能运检平台，由之前单一“人巡”模式向“机巡为主、人巡为辅”的转变，无人机巡视小组每月按照计划开展无人机巡视，人工巡视小组对线路通道和线路本体进行摸排巡视，线路检修小组根据无人机巡视小组和人工巡视小组统计的反馈缺陷，按照隐患严重程度进行及时消缺，各小组密切配合，一一对接。状态管控由班组对线路管控，向由作业小组对单基杆塔的常态化状态监控转变，职责更加清晰，综合检修、运检、通道管理等实现专业化管理，缺陷消除及时性和消除率得到有效保障，输电设备的管控能力和班组管理的纵向穿透力得到大幅提升。

结束语

首先将输配电线路的图像数据进行系统收集，利用紫外成像仪对图像进行记录操作，并分析获取图像的具体线路信息，在了解信息的基础上进一步提升对线路故障的确认能力，利用模拟退火粒子群算法，将线路故障系统最优解进行合理计算与分解，并将所得结果进行最终实验研究，通过μPMU相量加大对线路的测距力度，提升测距的结果精准性，完成整体输配电线路精准测距研究。相较于传统研究方法，文中研究方法在较高程度上提高了测距系统的测距准确性，减少无关因素的干扰，进一步完善了输配电线路的电流平衡性。

参考文献

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