李英涛1赵洪远1王永生1任金柱1于冬2孙晓磊1
（1国网山东省电力公司潍坊供电公司；2国网山东省电力公司青州市供电公司）
摘要：利用无人机作为平台搭载巡检设备进行巡线安全检查是一门刚兴起的技术。这门技术集安全、高效、全面于一身，近年来已成为巡线安全研究的热点。本文主要讲述了无人机搭载激光设备进行电力线路异物消除的关键技术。
关键词：无人机；激光；清除异物
电力线路分布广泛，所处环境一般较为恶劣。加之，电力线路及杆塔部件等又长期暴晒在外，受风吹日晒、电闪雷击等的影响，会产生锈蚀、磨损、自爆等损坏，这些问题如果不能及时发现并消除，就会给电力线路稳定运行带来极大隐患。所以，定期进行电力线路的巡检，随时掌握线路环境变化情况，迅速发现并消除隐患，方可确保安全与可靠的供电。为保证电力系统安全、稳定的运行，对于电力线路的巡检和维护显得至关重要。采用无人机巡线技术能切实保障电力线路巡检工作的质量，对提高电力企业安全生产的管理水平及创造更高的经济效益都具有重要意义。
一.无人机的优点和分类
传统的电力线路巡检通常是需要人员亲在到位方式，这样就出现人员多、工作量大，效率低下等诸多问题，而通过使用无人机便可达到对较长线路的大范围快速信息搜寻，同时根据搭载的可见光拍摄设备和红外热成像设备，可以拍摄电力线路及杆塔附件等图片信息，用来分析常见的线路上的故障隐患，这样就大大加强了巡检线路的可行性和提高巡检的效率，无人机巡线技术是目前最先进的，科技含量最高一种线路维护方式，具有很高的实用性。
1.无人机的优点
具体可以归纳为：
1）采用无人机技术进行电力的巡线工作，很大程度上提高了检修的速度和效率，这样就让不少工作能够在设备运行中进行检测，提高了用电安全性。据相关信息表明：无人机巡线比人工巡线效率高
2）采用无人机技术对电力线路进行常规巡查，相比人工巡检线，可降低劳动强度，加大了异常地形的巡查可能性，提高巡线作业人员的安全性，在一定程度上降低了成本。
3）无人机的具有飞行速度快，应急反应迅速，针对性强等特点，能及时发现缺陷，捕捉故障信息，避免了许多等到故障发生后的停电情况，挽回了高额的停电费用损失。
2.无人机的分类
用于寻线作业的无人机，若按照机翼的类型可分为三大类，即固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机；若按动力模式可分为两类，即油动和电动。按照机翼的类型来分，各类机型优缺点如下：
（1）固定翼无人机
对于固定翼无人机，具有续航时间长、飞行距离远、飞行速度快（一般为80-120km/h）、飞行高度高等优点，主要携带照相机和摄像机进行巡线，目前有油动和电动两种，适用于对线路走廊、采空区、杆塔倾斜、线下树木、违章建筑、违章作业等较大尺度对象的巡视。可对杆塔进行定点照相，拍摄的影像资料不是很细致，不能很好的了解杆塔导线本体状况。适于5级以下风力作业。
（2）无人直升机
对于无人直升机，其飞行速度较慢（一般为15-20km/h），可以悬停于杆塔上方，以93#或97#汽油为动力，适合对杆塔进行扫描，能够获得较清晰的影像，但续航时间短，操控和维护有一定难度。适于5级以下风力作业。
（3）多旋翼无人机
对于多旋翼无人机，可分为四、六、八旋翼，其成本低，小巧轻便，操作简单，可代替人员登杆，目前均为电动，续航时间过短（一般为15-30分钟），工作距离短，抗风能力差，一般为3-4级风。其中电动优点在于稳定，对平台震动小，电动机寿命长等；缺点在于续航时间普遍较短。
3.无人机关键技术
无人机巡线技术融合了航空、电子、电力、控制、通信和图像识别等多个技术领域，实现起来需要解决的关键技术很多，主要包括以下几个方面。
（1）无人机飞行姿态控制
为了保证采集到的图像效果，在无人机巡线时需要对线路和杆塔进行近距离拍摄，而且在巡线过程中容易受到不稳定气流和风向的影响。为了保证无人机巡线的安全，必须精确稳定的控制无人机飞行姿态。
（2）无线通讯技术及其抗干扰性
由于电力线路和杆塔周围存在强电磁场，这会对信号的传输带来影响。而无线传输模块需要完成无人机和地面基站直接双向数据传输，包括地面基站和操作人员发出的各种飞行控制和动作指令，无人机位置信息的确定以及拍摄的实时视频、图像的数据的传输，这要求无人机具有传输速度快，距离远，较强的抗干扰能力等特点。
（3）线路故障检查技术
电力巡线无人机LiDAR通过激光雷达系统巡线采集、处理电力沿线的激光点云，可以实现电力线路的真实三维创建。通过搭载的摄像机和高清相机，无人机采集回来的影像信息，工作人员需要对线路运行状态进行判断。
二.激光快速清除异物的方法及实例
4月13日，国网江苏省电力公司采用自主研制的国内外首套输电线路异物远程激光快速清除仪成功实现常州35千伏岱丰3541线挂线风筝带电清除工作，标志着架空线路异物带电清除技术领域又有了新发展。据悉，架空线路异物挂线是导致线路非计划性停运的主要原因之一。目前的清除方式主要包括无人机喷火清除、绝缘斗臂车升空摘取等，但上述技术或者清除仪器距带电线路过近存在安全风险，或者作业耗时长、劳动强度高、劳动风险大。为此，两年前，国网江苏电力在充分调研输电线路异物的基础上，创造性地提出了采用远程激光实现异物快速清除的方法，即将适当能量的激光束照射到较远距离处的输电线路异物上，在确保安全的条件下将缠绕在导线上的部分烧毁，使异物掉落。该项发明于2014年9月24日获得国家发明专利。经过近两年的激光系统硬件科研攻关以及近3个月以来的反复调试，该院终于完成了产品样机的研制工作。该套样机采用远红外激光，能够有效作用于60米范围内的输电线路，实现线路带电情况下异物快速有效清除。
三.电力异物清除的原理
本文主要结合无人机带着喷火装置靠近异物，通过激光控制将异物燃烧为例来简单陈述它的工作原理：
1.无人机的定位
无人机喷油喷火装置由地面精确定位遥控来确立悬停位置，并通过控制喷油喷火的位置、油量和喷火时间，将着火点最高温度严格控制在390℃-450℃之间，从而确保在消除异物的前提下，不伤及导地线设备。此外，无人机上还配备了联动阀门，在喷油或喷火作业结束时，能够自动切断油路并熄灭火焰，防止有多余燃油流出，保护无人机及周边环境安全。
2.设计原理
在旋翼机上搭载异物装置，让无人机靠近输电线上的塑料袋、风筝等异物。通过激光遥控器向电动阀门发送遥控信号，在异物搭载物附近打开阀门开关使丁烷气体喷出，然后发送遥控信号控制点火花发生模块，使它产生点火花，点火花点燃产生火焰。然后对异物进行燃烧，从而达到消除异物的目的。
结论：我国电力线路由于各种复杂的地理环境，覆盖范围大、分布区域广、传输距离长、地理条件复杂多变且受环境气候影响显著，传统的人工巡线方式已难以适应大规模电网的巡检要求。将无人机这项技术应用于电力线路巡检，包括融合电子、通信、图像识别等多个技术领域，形成一整套的无人机巡线系统，可以大大减轻电力巡线的人力投入，同时又能快速、安全地对线路实施巡检，是一个很有前途的研究方向，并且具有重要的实用价值。无人机巡线具有广阔的应用前景，在未来有潜力成为一种主要的巡线方式。但是，无人机也有一点的缺点和不足，无人机对通讯依赖性强，且容易受到天气、信号等干扰和人为因素影响，行动带有滞后性。对于小型无人机载重较小、工作时间短，加之空间管制也不利其发展。这都有待于我们进一步去研究和解决。
参考文献：
[1]李力.无人机输电线路巡线技术及其应用[C].湖南：长沙理工大学，2012.
[2]李勇.无人飞行器在特高压交流输电线路巡视中的应用模式研究[C].北京：华北电力大学，2014.