无人机技术在电力巡检信息化管理中的应用研究

  随着国民经济的快速的提升,人们对美好生活的向往和能源全球化进程的不断推进,输电线路规模逐步扩大,对输电线路运行维护的要求逐步的提升,传统的电力巡检方式已不能够满足电力巡检信息化管理的要求。无人机作为可以在空中灵活移动的平台,可以搭载不同的载荷设备,具有操控简单、快捷高效、易于网络化协调巡检、维护费用成本低等优点。无人机电力巡检还具有高效、精细、快捷等优势,非常适合于对山区、丘陵等复杂地形地貌环境的电力线路进行巡检。无人机技术的应用有利于提升输电线路巡检工作效率和电力巡检的信息化管理水平。

  无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操控的无人驾驶航空器的简称(UAV),无人机、控制站、通信系统和设备保障系统共同构成了无人机系统。

  (1)无人机。为满足工业控制的要求,无人机需要具备以下特点:首先,为保证无人机在空中飞行稳定,能适应不同的工况,其外形设计需要合理:其次,具备足够的载荷能力,以保证能够搭载信息采集系统和不同的任务设备:第三,能够实现特定的工作任务,如电力线路巡检、清障作业、架线作业、自主巡检等:最后,具备远程无线图传和定位功能等。

  (2)控制站(GCS)。控制站是无人机系统的重要组成部分,为无人机操控人员提供人机接口和工作环境等。主要负责无人机的航线规划、起飞与降落、任务执行与管理、信息采集、控制计算和紧急状况处理等。

  (3)通信系统。通信系统起到连接无人机和控制站的桥梁作用,实现两者之间控制信息、任务载荷信息、无人机状态信息、图像视频等数据信息的传输。

  (4)设备保障系统。主要为无人机正常作业提供必要的技术上的支持和安全保障,满足无人机野外作业时需要的电力、油类等需求,实现转场作业的要求。

  多旋翼无人机电力巡检系统不受地形限制,使用先进的红外成像仪和30倍变焦可见光摄像机等先进的图像采集设备,对电力线路通道与环境、导线与地线、绝缘子、金具、杆塔、基础、防雷设施与接地装置、防护设施等详情进行巡检,第一时间将巡检结果传输到地面站供现场作业技术人员做多元化的分析和消缺,并通过4G远程传输到电网调度中心,为电力线路运行分析、设备状态检修、信息化管理提供详实、全面的现场数据和资料。多旋翼无人机电力巡检系统结构图如图1所示,主要由多旋翼无人机、动力系统、GPS导航系统、信息采集系统、信息传输系统和控制管理系统等六部分组成。

  (1)多旋翼无人机。采用含光A700四旋翼无人机,全封闭机身,具有防雨雪功能,可在雨雪天气执行任务。采用成熟的飞控系统,控制精准,容错性和适应能力强,飞行姿态稳定,保障了飞行安全。飞机最大载重3.3kg,飞行时间45min,可以抗6级风,图传数传最大距离8km,具有一定的电磁抗干扰能力,能够完全满足电力巡检的要求。

  (2)动力系统。四旋翼无人机动力系统主要由动力电机、动力电源和调速系统三部分所组成。动力电机采用无刷电机,动力电源采用16000mAh的6S锂聚合物电池,调速系统采用无刷电调,根据控制信号调节电动机的转速。

  (3)GPS导航系统。GPS导航系统是进行电力巡检的重要保障,它为四旋翼无人机更安全、可靠地进行电力线路巡检奠定了基础。机载GPS导航系统,对电力线路进行巡检时,无人机的实时位置由GPS定位直接获得。进行电力线路巡检时,无人机驾驶员提前将无人机控制到电力线路安全距离范围内,锁定电力线路辨识云台跟踪系统,根据GPS导航系统工具巡检的位置信息,可以自动对云台的角度来控制,实现对杆塔、金具和导线)信息采集系统。将可见光信息采集系统和红外热成像系统有机结合,实现对电力线路高效、准确、全面的信息采集。无人机搭载禅思定焦摄像机和禅思Z30变焦相机,实现对电力线路全局、局部和细节(地基、铁塔、导地线、绝缘子、防震锤、悬垂线等)进行拍照、录像,及时有效地发现故障隐患:搭载红外热成像相机,完成对电力设备和线路表面温度二维分布情况和变化状态的信息采集,在夜间发现输电线路隐蔽、危险的异常发热点,为电力线路的故障监测提供较为可靠依据。

  (5)信息传输系统。无人机信息采集系统采集的图像、视频和热成像信息通过无线图传传输到地面站用于实时监控,如图2所示:还能够最终靠远程4G实时图传系统传输到电网调度中心,为电力巡检信息化管理提供参考依据。

  (6)控制管理系统。无人机电力巡检控制管理系统,主要实现对无人机采集的图像、视频和热成像等信息按照采集人员、地址等进行分类管理,方便专业方面技术人员观察和通过数据软件分析发现线路故障,实现对电力线路的实时监控管理。

  为提高无人机电力巡检的作业效率和安全性,同时方便对电力作业的信息化管理,保证电力巡检作业质量,制定合理规范的无人机巡检作业流程,作业人员进行巡检作业时通过移动终端将作业过程传输到电网调度中心。

  无人机技术在电力巡检中的应用研究为电力线路巡检作业提供了新的解决方案,从电力巡检作业信息化管理、信息实时采集与传输、巡检结果的智能化管理、工作考核等方面提供了有效的技术上的支持。随着无人机巡检系统在电力巡检作业中的不断实践以及北斗导航系统在无人机巡检系统中的应用,无人机巡线将成为更安全高效的巡检作业方法,有利于实现电力巡检自动化、信息化管理,加快电网智能化巡检作业的步伐。

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