无人机输电巡检过塔操作技术探讨

摘

要：近年来无人机技术在电力行业的应用越来越广泛，虽然无人机全自主巡检技术发展迅速，但目前尚不够成熟，无人机手动巡检仍是主流作业方式。现场作业过程中，由于地形条件限制以及无人机所处的高度制约，超视距飞行成为无人机输电巡检手动飞行发展的必然趋势，而无人机过塔操作是无人机杆塔巡检风险最高的环节之一。据此结合国家电网公司架空输电线路无人机巡检作业安全工作规程，针对无人机作业的相关规定和作业现场实际情况，分析了过塔过程中可能导致无人机事故的危险点，探讨了一种比较安全、高效且操作性强的无人机过塔操作方法。关键词：无人机；输电巡检；超视距飞行

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引言近年来，无人机技术在电力行业的应用越来越广泛，电力行业逐渐重视无人机输电业务的开展，在架空输电线路巡检工作中，无人机搭载可见光挂载对输电线路杆塔进行精细化巡检这一手段在运维工作中发挥的作用越来越大。利用无人机搭载巡检设备进行巡线，有着传统巡线方式无法比拟的优势：（1）无人驾驶，不会造成人员伤亡，安全性高；（2）不受地理条件限制，即使遇到自然灾害，依然能够对受灾区域的电力线路进行巡检；（3）巡线速度快，每小时可达几十千米。使用无人机对双回路输电线路进行巡检时，当完成其中一回线路的巡检工作，飞往另外一回线路进行巡检时，从杆塔顶部跨越这一方式，从安全性和作业效率来说都比从线路下方穿越的方式更佳，也是目前无人机操作人员采用最多的方式。但是就目前而言，无人机过塔过程主要依靠无人机作业人员的经验进行操作，没有形成系统的分析和总结。无人机过塔过程存在很多需要注意的地方，处理不好将有可能造成碰线、撞塔事故。本文将在现有无人机输电巡检技术基础上，探讨针对不同塔型安全、高效的过塔技术。

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无人机杆塔巡检技术分析1.1

无人机杆塔巡检基本流程目前无人机对输电线路杆塔进行巡检，普遍流程是在线路一侧从下往上，直到地线挂点，然后从杆塔顶端跨越，到另一侧线路再从上往下，整体路径呈倒“U”型。1.2

作业人员操作方法实际作业过程中，由于地形条件限制以及无人机所处的高度制约，目视无人机飞行比观察无人机飞行控制台进行飞行的方式危险性更高，飞行时操作人员观察无人机飞行控制台的图传及飞行参数信息进行相关操作比较安全、高效。无人机飞行控制台能实时显示并保存重要的飞行姿态和飞行参数信息，定时发送遥控数据，控制飞行状态，监控数据链。通过该平台，操作人员可以对无人机进行有效控制。1.3

超视距飞行的关键前提无人机系统有3个关键点是支撑该系统得以实现的基础：（1）无人机即时的图传画面，能展示无人机所处环境；（2）无人机的对地高度信息，能准确反映无人机实时对地高度；（3）可以上下调节角度的云台，以便无人机在下降之前能观察到障碍物。这3项技术在目前发展应用已十分成熟，在此不再赘述其原理，直接应用其成果即可。2

无人机过塔的风险点分析根据国家电网公司架空输电线路无人机巡检作业安全工作规程要求：巡检作业时，无人直升机巡检系统距线路设备距离不宜小于5m，距周边障碍物距离不宜小于10m。下面结合该规程对无人机作业的相关规定和作业现场实际情况，分析过塔过程中存在可能导致无人机事故的危险点：（1）过塔时，升高的高度要足够高，并留有一定裕度，否则无人机过塔时可能会直接撞塔或因为掉高导致撞塔；（2）过塔后，下降过程要明确开始下降的点，如果降落时距离杆塔太近或还没完全过塔，将不满足“无人直升机巡检系统距线路设备距离不宜小于5m”的要求，甚至直接撞塔；（3）过塔后，离开杆塔过远开始降落，此时无人机视野朝向目标杆塔，会忽视附近电力线路、信号塔、高大树木等障碍物，在降落或调整角度的过程中很有可能撞上去。因此，选择合适的下降点，使下降点与杆塔塔顶保持合适距离十分重要。3

无人机过塔操作流程分析结合上文分析，可以把过塔过程大致分为3个部分：（1）标定顶架高度；（2）确认上升高度并上升，跨过杆塔；（3）调整合适位置，下降至另一侧顶架外侧5m外，完成过塔。下面对每一个步骤进行具体分析。3.1

标定杆塔高度此时无人机完成一侧线路顶架的巡检工作，使无人机云台调节至水平，调节无人机高度，当顶架处于图传画面中央时，此时控制台显示的高度也就是顶架的高度，即无人机和杆塔顶架在同一高度。此时，可以记下这个高度，完成第一步——顶架高度标定。3.2

无人机垂直升高并过塔当无人机完成高度标定后，无人机和杆塔顶架在同一高度，此时垂直升高H米。在无人机过塔前，无人机朝正前方，在图传上观察前方情况，确定前方空旷再开始跨越。跨越过程中，云台调至俯视45°，一边观察塔材一边飞行，当图传内看不到顶架时，使无人机水平偏航180°，云台依然是俯视45°，对准塔材，悬停。3.3

调整无人机到合适位置下降当无人机过塔至另一侧并偏航180°对准杆塔，这时无人机主要任务是确定一个合适的位置开始下降，这个位置与杆塔水平距离为D。此时云台依然是俯视45°，无人机开始向后移动，待另一侧塔顶位于图传中央，即可开始垂直下降。因为无人机是水平移动，高度没有变化，所以无人机达到另一边线路对高塔的垂直高度H2=H，而α=45°，因此D=H2=H。现在关键点在于讨论D数值：（1）根据上文可知，D数值必须大于5m；（2）因为D=H，还要考虑无人机掉高、高度传感器数据误差等原因，留足一定的安全裕度；（3）D数值也不能太大，距离太大，假如无人机飞出线路通道保护区，则有可能撞上高的电力线路、信号塔、建筑物等。表1是各电压等级输电线路架空电力线路保护区距离。根据表1可以看出，不同电压等级线路通道保护区的距离决定了数值D的上限，5＜D≤通道保护区距离。从安全和高效角度出发，将D数值确定为10m，即H也是10m。当无人机完成一侧线路顶架的巡检工作，标定该处顶架高度，并以此为基础上升H=10m；跨越时云台调至俯视α=45°，一边观察塔材一边飞行，当图传内看不到顶架时，使无人机水平偏航180°，对准杆塔；无人机开始向后移动，待另一侧塔顶位于图传中央，此时D=H=10m，无人机在此位置垂直降落，即可安全完成过塔，开展另一侧巡检任务。4

结语超视距飞行是无人机输电巡检手动飞