引言

近年來,無人機(jī)技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛,電力行業(yè)逐漸重視無人機(jī)輸電業(yè)務(wù)的開展,在架空輸電線路巡檢工作中,無人機(jī)搭載可見光掛載對輸電線路桿塔進(jìn)行精細(xì)化巡檢這一手段在運(yùn)維工作中發(fā)揮的作用越來越大。利用無人機(jī)搭載巡檢設(shè)備進(jìn)行巡線,有著傳統(tǒng)巡線方式無法比擬的優(yōu)勢:(1）無人駕駛,不會造成人員傷亡,安全性高:(2）不受地理?xiàng)l件限制,即使遇到自然災(zāi)害,依然能夠?qū)κ転?zāi)區(qū)域的電力線路進(jìn)行巡檢:(3）巡線速度快,每小時可達(dá)幾十千米。

使用無人機(jī)對雙回路輸電線路進(jìn)行巡檢時,當(dāng)完成其中一回線路的巡檢工作,飛往另外一回線路進(jìn)行巡檢時,從桿塔頂部跨越這一方式,從安全性和作業(yè)效率來說都比從線路下方穿越的方式更佳,也是目前無人機(jī)操作人員采用最多的方式。但是就目前而言,無人機(jī)過塔過程主要依靠無人機(jī)作業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作,沒有形成系統(tǒng)的分析和總結(jié)。無人機(jī)過塔過程存在很多需要注意的地方,處理不好將有可能造成碰線、撞塔事故。本文將在現(xiàn)有無人機(jī)輸電巡檢技術(shù)基礎(chǔ)上,探討針對不同塔型安全、高效的過塔技術(shù)。

1無人機(jī)桿塔巡檢技術(shù)分析

1.1無人機(jī)桿塔巡檢基本流程

目前無人機(jī)對輸電線路桿塔進(jìn)行巡檢,普遍流程是在線路一側(cè)從下往上,直到地線掛點(diǎn),然后從桿塔頂端跨越,到另一側(cè)線路再從上往下,整體路徑呈倒"U"型。

1.2作業(yè)人員操作方法

實(shí)際作業(yè)過程中,由于地形條件限制以及無人機(jī)所處的高度制約,目視無人機(jī)飛行比觀察無人機(jī)飛行控制臺進(jìn)行飛行的方式危險性更高,飛行時操作人員觀察無人機(jī)飛行控制臺的圖傳及飛行參數(shù)信息進(jìn)行相關(guān)操作比較安全、高效。無人機(jī)飛行控制臺能實(shí)時顯示并保存重要的飛行姿態(tài)和飛行參數(shù)信息,定時發(fā)送遙控數(shù)據(jù),控制飛行狀態(tài),監(jiān)控數(shù)據(jù)鏈。通過該平臺,操作人員可以對無人機(jī)進(jìn)行有效控制。

1.3超視距飛行的關(guān)鍵前提

無人機(jī)系統(tǒng)有3個關(guān)鍵點(diǎn)是支撐該系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ):(1）無人機(jī)即時的圖傳畫面,能展示無人機(jī)所處環(huán)境:(2）無人機(jī)的對地高度信息,能準(zhǔn)確反映無人機(jī)實(shí)時對地高度:(3）可以上下調(diào)節(jié)角度的云臺,以便無人機(jī)在下降之前能觀察到障礙物。這3項(xiàng)技術(shù)在目前發(fā)展應(yīng)用已十分成熟,在此不再贅述其原理,直接應(yīng)用其成果即可。

2無人機(jī)過塔的風(fēng)險點(diǎn)分析

根據(jù)國家電網(wǎng)公司架空輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)安全工作規(guī)程要求:巡檢作業(yè)時,無人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)距線路設(shè)備距離不宜小于5m,距周邊障礙物距離不宜小于10m。下面結(jié)合該規(guī)程對無人機(jī)作業(yè)的相關(guān)規(guī)定和作業(yè)現(xiàn)場實(shí)際情況,分析過塔過程中存在可能導(dǎo)致無人機(jī)事故的危險點(diǎn):

(1）過塔時,升高的高度要足夠高,并留有一定裕度,否則無人機(jī)過塔時可能會直接撞塔或因?yàn)榈舾邔?dǎo)致撞塔:(2）過塔后,下降過程要明確開始下降的點(diǎn),如果降落時距離桿塔太近或還沒完全過塔,將不滿足"無人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)距線路設(shè)備距離不宜小于5m"的要求,甚至直接撞塔:(3）過塔后,離開桿塔過遠(yuǎn)開始降落,此時無人機(jī)視野朝向目標(biāo)桿塔,會忽視附近電力線路、信號塔、高大樹木等障礙物,在降落或調(diào)整角度的過程中很有可能撞上去。因此,選擇合適的下降點(diǎn),使下降點(diǎn)與桿塔塔頂保持合適距離十分重要。

3無人機(jī)過塔操作流程分析

結(jié)合上文分析,可以把過塔過程大致分為3個部分:(1）標(biāo)定頂架高度:(2）確認(rèn)上升高度并上升,跨過桿塔:(3）調(diào)整合適位置,下降至另一側(cè)頂架外側(cè)5m外,完成過塔。

3.1標(biāo)定桿塔高度

此時無人機(jī)完成一側(cè)線路頂架的巡檢工作,使無人機(jī)云臺調(diào)節(jié)至水平,調(diào)節(jié)無人機(jī)高度,當(dāng)頂架處于圖傳畫面中央時,此時控制臺顯示的高度也就是頂架的高度,即無人機(jī)和桿塔頂架在同一高度。此時,可以記下這個高度,完成第一步一頂架高度標(biāo)定。

3.2無人機(jī)垂直升高并過塔

當(dāng)無人機(jī)完成高度標(biāo)定后,無人機(jī)和桿塔頂架在同一高度,此時垂直升高H米。在無人機(jī)過塔前,無人機(jī)朝正前方,在圖傳上觀察前方情況,確定前方空曠再開始跨越。跨越過程中,云臺調(diào)至俯視459,邊觀察塔材邊飛行,當(dāng)圖傳內(nèi)看不到頂架時,無人機(jī)水平偏航1809,云臺依然俯視459,對準(zhǔn)塔材,懸停。

3.3調(diào)整無人機(jī)到合適位置下降

當(dāng)無人機(jī)過塔至另一側(cè)并偏航1809對準(zhǔn)桿塔,這時無人機(jī)主要任務(wù)是確定一個合適的位置開始下降,這個位置與桿塔水平距離為D。此時云臺依然是俯視459,無人機(jī)開始向后移動,待另一側(cè)塔頂位于圖傳中央,即可開始垂直下降。

因?yàn)闊o人機(jī)是水平移動,高度沒有變化,所以無人機(jī)達(dá)到另一邊線路對高塔的垂直高度H2=H,而α=459,因此D=H2=H。現(xiàn)在關(guān)鍵點(diǎn)在于討論D數(shù)值:(1）根據(jù)上文可知,D數(shù)值必須大于5,:(2）因?yàn)镈=H,還要考慮無人機(jī)掉高、高度傳感器數(shù)據(jù)誤差等原因,留足一定的安全裕度:(3）D數(shù)值也不能太大,距離太大,假如無人機(jī)飛出線路通道保護(hù)區(qū),則有可能撞上高的電力線路、信號塔、建筑物等。表1是各電壓等級輸電線路架空電力線路保護(hù)區(qū)距離。根據(jù)表1可以看出,不同電壓等級線路通道保護(hù)區(qū)的距離決定了數(shù)值D的上限,5mD≤通道保護(hù)區(qū)距離。

從安全、高效角度出發(fā),將D數(shù)值確定為10,,即H為10,。

表1各電壓等級輸電線路架空電力線路保護(hù)區(qū)距離

當(dāng)無人機(jī)完成一側(cè)線路頂架的巡檢工作,標(biāo)定該處頂架高度,并以此為基礎(chǔ)上升H=10,:跨越時云臺調(diào)至俯視α=459,一邊觀察塔材一邊飛行,當(dāng)圖傳內(nèi)看不到頂架時,使無人機(jī)水平偏航1<09,對準(zhǔn)桿塔:無人機(jī)開始向后移動,待另一側(cè)塔頂位于圖傳中央,此時D=H=10,,無人機(jī)在此位置垂直降落,即可安全完成過塔,開展另一側(cè)巡檢任務(wù)。

4結(jié)語

超視距飛行是無人機(jī)輸電巡檢手動飛行發(fā)展的必然趨勢,無人機(jī)過塔飛行的操作技術(shù)是無人機(jī)輸電巡檢超視距飛行的重要部分。本文結(jié)合相關(guān)管理規(guī)定,詳細(xì)分析了無人機(jī)輸電巡檢過塔的各種風(fēng)險點(diǎn),對口過塔操作技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析梳理,形成一套完善的技術(shù)總結(jié),對于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)輸電巡檢安全、高效過塔提供了一種切實(shí)可行的方法。