谷 波，黃 偉，馬 立，曹 鋮，孟 浪

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 宜昌 443002）

0 引言

特高壓輸電線路的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到電力系統(tǒng)主網(wǎng)的安全運(yùn)行。長(zhǎng)期以來，我國(guó)特高壓輸電線路巡檢都是采用人工方式，工作量與工作難度較大，有時(shí)還威脅巡檢人員的生命安全。 為有效解決這一問題，需要將無人機(jī)技術(shù)運(yùn)用到線路巡檢工作中，進(jìn)而提高線路的運(yùn)行質(zhì)量，確保工作人員的生命安全，促使電力企業(yè)獲得高效發(fā)展［1］。

1 無人機(jī)在特高壓輸電線路巡檢中存在的安全隱患

無人機(jī)作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物之一， 已經(jīng)廣泛應(yīng)用在特高壓輸電線路的巡檢工作中， 并且取得了非常顯著的成效。 我國(guó)特高壓輸電線路的巡檢工作，主要利用多旋翼無人機(jī)來實(shí)施。無人機(jī)在線路附近的空中懸停，借助照相機(jī)拍攝巡檢目標(biāo)，收集特高壓輸電線路的相關(guān)信息。為提高巡檢工作的質(zhì)量，在操作時(shí)，無人機(jī)與線路之間的距離不能太遠(yuǎn)，不然拍攝出來的照片就不夠高清， 無法為巡檢工作提供堅(jiān)實(shí)可靠的依據(jù)。 無人機(jī)在巡檢中遇到的安全隱患主要是受到附近的電磁干擾或者撞擊障礙物。 由于特高壓輸電線路附近有強(qiáng)烈的磁場(chǎng)，無人機(jī)在巡檢中，存在著較大的安全隱患。在工作中，要針對(duì)存在的安全隱患，制定有效的應(yīng)對(duì)措施。

2 無人機(jī)電磁波阻隔技術(shù)

無人機(jī)電源以及信號(hào)回路如圖1 所示。 從圖1可以看出， 無人機(jī)在線路附近受到的電磁干擾因素包括3 個(gè)方面，分別為干擾源、干擾途徑、被干擾設(shè)備。高壓線路會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電磁干擾，因此無人機(jī)的工作環(huán)境十分復(fù)雜， 其干擾源為電磁場(chǎng)發(fā)射出來的強(qiáng)電磁波。 無人機(jī)內(nèi)部有信號(hào)接收機(jī)、GPS 定位儀、電動(dòng)機(jī)主板等， 這些元器件非常容易受到電磁波的影響，給無人機(jī)帶來安全隱患。因此要加強(qiáng)對(duì)這些元器件的電磁防護(hù)。

圖1 無人機(jī)電源以及信號(hào)回路

無人機(jī)在巡檢工作中， 受到電磁干擾的途徑分為兩種：一種是通過輻射干擾，一種是通過元器件的傳導(dǎo)。 無人機(jī)機(jī)身的通風(fēng)散熱窗口、線路連接口、連接縫之間都存在著縫隙， 電磁波就會(huì)通過縫隙干擾無人機(jī)元器件，影響無人機(jī)正常運(yùn)行。有效對(duì)電磁干擾的防護(hù)措施為濾波和屏蔽。

2.1 屏蔽技術(shù)

電磁波的屏蔽技術(shù)， 主要是用絕緣材質(zhì)阻隔電磁波的干擾。屏蔽技術(shù)在實(shí)際使用中，只能通過吸收和反射，來稍微削減電磁波，并不能有效阻隔。 常見的屏蔽技術(shù)， 主要是通過以下兩個(gè)方面進(jìn)行電磁屏蔽防護(hù)。

1）將無人機(jī)所有的縫隙包裹嚴(yán)實(shí)。 采用合適的絕緣材質(zhì)填充縫隙，防止電磁波進(jìn)入。常見的填充材質(zhì)包括金屬絲網(wǎng)墊、導(dǎo)電布?jí)|、軟金屬3 種。

在無人機(jī)的元器件附近，通過屏蔽層的包裹，將電磁波阻隔在外。 常用的方法包括：在元器件附近，用錫箔紙進(jìn)行整體包裹； 在信號(hào)回路處采用屏蔽雙絞線，保障不同的信號(hào)有單獨(dú)的傳輸線路，還可以避免短路現(xiàn)象的發(fā)生；在電源連接處包裹屏蔽層，使接收部位將電磁波有效阻隔。

2）優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)，避免關(guān)鍵設(shè)備受到電磁波的干擾，確保無人機(jī)安全。 系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，應(yīng)遵循以下兩個(gè)原則： 一是在無人機(jī)干擾源附近避免裝設(shè)關(guān)鍵設(shè)備飛行控制系統(tǒng)、 測(cè)量元件等設(shè)備都要遠(yuǎn)離元器件的接口或者縫隙處，從而弱化電磁波的干擾；二是通過對(duì)無人機(jī)電源線路的改造使主要線路與其他線路保持一定的距離，在電源回路與信號(hào)回路交叉地方，應(yīng)當(dāng)將其夾角設(shè)置為90°。

2.2 濾波技術(shù)

濾波技術(shù)可以過濾電磁干擾的能量， 從而保障無人機(jī)的元器件正常工作。 針對(duì)進(jìn)入無人機(jī)的電磁波，可以在無人機(jī)縫隙處裝設(shè)濾波器，對(duì)接受的信號(hào)進(jìn)行分析過濾，將電磁波阻隔在外。針對(duì)沿著設(shè)備元器件產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)， 可以通過電源濾波器的裝設(shè)，在電源處就將電磁波阻隔在外。

應(yīng)用較為廣泛的濾波器為鐵氧體磁環(huán)濾波器。鐵氧體磁環(huán)濾波器也可以看作成電阻， 其電阻值會(huì)隨著電磁波的頻率而發(fā)生變化， 具有非常強(qiáng)的阻隔性能。可以根據(jù)電磁波的頻率特點(diǎn)，來選定不同材質(zhì)的鐵氧還磁體。通過大量的實(shí)踐研究，發(fā)現(xiàn)鎳鋅鐵氧環(huán)的阻隔性能高于錳鋅鐵氧環(huán)。在實(shí)際應(yīng)用中，也可以在同一條線路上， 通過鎳鋅鐵氧環(huán)和錳鋅鐵氧環(huán)的同時(shí)使用， 來阻隔大范圍的電磁波。 在磁環(huán)裝設(shè)時(shí)，必須環(huán)環(huán)相扣，將線路嚴(yán)密包裹，避免發(fā)生電磁波泄漏的情況。此外，磁環(huán)的安裝位置要盡量貼近干擾源或者無人機(jī)縫隙處，這樣才能取得較好的成效。

3 多余度無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)

要想確保無人機(jī)在特高壓線路巡檢過程中的安全，首先要保證無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的安全，采用多余度無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)［2］，可以有效降低安全隱患。圖2 為無人機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。從圖2 中可以看出，多余度無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的傳感器有兩個(gè)，并且相互獨(dú)立運(yùn)行。每一個(gè)傳感器都包括GPS 定位儀、IMU、磁羅盤和氣壓計(jì)等部件，最終將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總，輸出到控制終端。

控制系統(tǒng)工作流程圖如圖3 所示。 兩套飛行控制系統(tǒng)不僅可以同時(shí)工作， 而且可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的備份，有效提高了工作準(zhǔn)確度。每一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)信息， 都會(huì)傳輸?shù)讲煌腃UP 中進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)兩個(gè)CPU 的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)比分析。

目前， 我國(guó)特高壓輸電線路巡檢無人機(jī)采用的飛行控制系統(tǒng)主要為二余度系統(tǒng)和三余度系統(tǒng)。 對(duì)于飛行控制系統(tǒng)而言，并非余度越多，其性能越強(qiáng)。在余度增加的同時(shí)，無人機(jī)系統(tǒng)的模塊會(huì)相應(yīng)增加，安全性就會(huì)降低。

圖2 無人機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 控制系統(tǒng)工作流程圖

4 無人機(jī)避障技術(shù)

由于無人機(jī)在巡檢工作中， 其工作環(huán)境非常復(fù)雜，會(huì)受到多種不可抗拒因素的影響，為了確保無人機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)行，還要加大其躲避障礙的技術(shù)研究，從而保障巡檢工作的正常有序開展。目前，我國(guó)無人機(jī)避障技術(shù)主要基于雷達(dá)測(cè)距以及視覺定位［3］。

雷達(dá)測(cè)距與視覺定位， 需要在無人機(jī)裝載雷達(dá)與視覺定位裝置。使無人機(jī)在運(yùn)行時(shí)，能夠有一個(gè)智能感應(yīng)能力，對(duì)周圍的障礙物進(jìn)行查找、分析以及躲避。

借助雷達(dá)測(cè)距進(jìn)行避讓，主要優(yōu)勢(shì)為：不僅可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化探測(cè)，而且具有非常大的探測(cè)范圍；探測(cè)精準(zhǔn)度非常高，可以進(jìn)行全方位無死角探測(cè)；不會(huì)受到地面目標(biāo)的各種干擾，探測(cè)性能強(qiáng)。

利用無人機(jī)進(jìn)行特高壓輸電線路巡檢［4］，巡查的范圍比較廣， 非常適合城市中的特高壓輸電線路巡查；巡查的時(shí)效性較強(qiáng)，可有效避免危險(xiǎn)因素，效率較高。

5 結(jié)語

綜上所述， 將無人機(jī)運(yùn)用到特高壓輸電線路巡檢工作中， 不僅降低了輸電線路運(yùn)檢人員的工作強(qiáng)度和難度，還提高了工作質(zhì)量，做好無人機(jī)的安全防護(hù)，降低事故的發(fā)生概率，更好地發(fā)揮無人機(jī)在特高壓傳輸巡檢中的作用，確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行。