2 綜合巡檢模塊配置

針對配電網架空線路無人機綜合巡檢需要，對無人機平臺配置高速圖像模塊，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設備，以完成綜合巡檢作業。

2.1 高速圖像模塊

高速圖像模塊主要是實現飛行條件下可見光的視頻圖像采集功能，通過無人機搭載高分辨率可見光相機進行巡檢拍攝的可見光圖像，可以檢測出配網線路導線的毛刺、斷股、絕緣子脫落等缺陷信息。為保證巡檢效果和質量，可見光傳感器的技術參數配置要求：(1)有效像素數不低于1 000萬;(2)拍攝速度不低于25幀/s，具備4倍光學變焦功能，且連續可調;(3)具備自動對焦功能。

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導線接頭、線夾等部件的發熱故障，可通過無人機搭載紅外熱像儀進行巡查。紅外熱像儀的技術指標配置要求：(1)有效像素數不低于30萬;(2)自動對焦功能;(3)具有熱圖數據且熱圖數據可導出，可實時顯示影像中溫度最高點位置及溫度值。

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

目前，有3種探測系統可供選擇：改進型可見光/日盲紫外雙譜段探測儀、定焦距日盲紫外探測儀以及日盲紫外探測儀+微型可見光相機。3種方案的比較如表1所示。綜合考慮以上3種方案優缺點、成本和開發周期，本項目推薦采用常規改進型的日盲紫外電暈探測模組。

2.3 特高頻局放、超聲波局放傳感模塊

在變壓器、電纜接頭等電氣設備內部發生局部放電時，會產生正負電荷中和的過程，同時伴隨有較陡的電流脈沖，會產生發光、發熱、聲音、電磁波等現象[12-13]。目前，主要檢測方法有脈沖電流法、特高頻法和超聲波法。

近年來，隨著無人機巡檢技術快速發展，可采用無人機平臺搭載特高頻傳感器、超聲波傳感器等設備，實現電氣設備局部放電缺陷的帶電檢測。對于無人機掛載的超聲波、特高頻傳感器，考慮到成本、研發周期、實用性等因素，可采用現有比較成熟的局部放電檢測儀的改進方案。常規改進型的傳感器配置要求：(1)超聲波傳感器質量不大于1.5 kg;(2)特高頻傳感器質量不大于1.5 kg;(3)12 V DC電源，功耗不小于36 W。

3 無人機綜合巡檢功能實現和測試驗證

綜合以上技術設計試制了配網架空線路無人機綜合巡檢系統，并對巡檢系統的環境適應性、測控性能、巡檢功能等關鍵技術指標開展試驗測試，以驗證其綜合巡檢功能。

環境適應性類測試項目包括低溫環境適應性、高溫環境適應性、模擬海拔環境適應性和戶外抗風、抗雨飛行性能，其中模擬海拔環境適應性試驗采用人工環境氣候試驗室(箱)開展模擬試驗。測試結果：(1)環境溫度范圍為–20~45 ℃;(2)可通過最高海拔高度為2 000 m的模擬高海拔環境適應性試驗;(3)在瞬時風速不大于7 m/s環境條件下可正常工作，懸停時與懸停點的水平偏移不大于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)在小雨環境條件下可穩定飛行，飛行時間不小于5 min。

測控性能測試項目主要包括巡航時間、測控距離和懸停控制精度。測試結果：(1)正常工作任務載荷下為30 min;(2)飛行高度20 m時，測控數據和圖像傳輸距離為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，能精確定點近距離巡檢桿塔，結合地面站模塊的實時飛行數據及可視化地圖，可精確地完成全自動起飛/降落、航線飛行、繞點飛行、定點懸停等巡檢任務。

巡檢功能測試項目包括云臺轉動及可見光、紅外、紫外傳感器等任務設備性能。測試結果：(1)云臺具有水平和俯仰2個方向的轉動性能，平轉動范圍為360°，俯仰轉動范圍為–60°~+30°;(2)無人機可搭載可見光、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)對于可見光傳感器，有效像素數為1 200萬，具備變焦功能且連續可調，具備自動對焦功能，可見光傳感器成像質量如圖7所示;(4)對于紅外傳感器，有效像素數為30萬，具備自動對焦功能，影像為偽彩顯示，具備熱圖數據，可實時顯示影像中溫度最高點位置及溫度值，紅外傳感器成像質量如圖8所示。

4 結語

本文針對配網架空線路巡檢應用需求，提出了基于小型無人直升機平臺的配網架空線路綜合巡檢技術。

(1)研究確定了無人機綜合巡檢平臺的機體、云臺、懸臂等主要部件的設計要求和方案，并采用流體分析法對設計的無人機結構進行分析。

(2)針對無人機綜合巡檢需求，研究確定了無人機搭載綜合巡檢模塊的配置方法，對于可見光傳感器，有效像素數不低于1 000萬，具備變焦和自動對焦功能;對于紅外傳感器，有效像素數不低于30萬，具備自動對焦功能，具有熱圖數據;對于紫外傳感器，質量不大于1.5 kg，建議采用改進型日盲紫外雙譜段探測儀;特高頻局放、超聲波局放傳感模塊，可采用改進型的超聲波、特高頻局部放電檢測儀。

(3)對無人機綜合巡檢系統的環境適應性、測控性能、巡檢功能等關鍵技術指標進行了試驗測試，測試結果表明各項功能滿足配網架空線路巡檢作業需求。

作者：吳立遠 , 畢建剛 , 常文治 , 楊圓 , 弓艷朋    

參考文獻

[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. 直升機在特高壓交流輸電線路巡視中的應用[J]. 電網技術, 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. 輸電線路無人機巡檢系統現狀分析[J]. 電網技術, 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. 無人機在電力線路巡視中的應用[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. 基于四旋翼無人機的輸電線路巡檢系統研究[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. 輸電線路無人機和人工協同巡檢模式研究[J]. 電氣時代, 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. 無人機巡檢輸電線路技術的應用探析[J]. 科技經濟市場, 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. 配網移動智能巡檢及數據采集系統的設計與實現[D]. 成都: 電子科技大學, 2013. (1)

[10]黃江倩, 趙舫, 程偉, 等. 基于風險管理方法的配網檢修計劃優化[J]. 電力系統保護與控制, 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. 基于無人機紫外檢測的輸電線路電暈放電缺陷智能診斷技術[J]. 高電壓技術, 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. 電氣設備局部放電檢測技術述評[J]. 高電壓技術, 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局部放電檢測用特高頻天線研究現狀及發展[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)