2 綜合巡檢模塊配置

針對配電網(wǎng)架空線路無人機(jī)綜合巡檢需要，對無人機(jī)平臺配置高速圖像模塊，紅外、紫外成像傳感模塊，特高頻局放、超聲波局放傳感模塊等任務(wù)設(shè)備，以完成綜合巡檢作業(yè)。

2.1 高速圖像模塊

高速圖像模塊主要是實現(xiàn)飛行條件下可見光的視頻圖像采集功能，通過無人機(jī)搭載高分辨率可見光相機(jī)進(jìn)行巡檢拍攝的可見光圖像，可以檢測出配網(wǎng)線路導(dǎo)線的毛刺、斷股、絕緣子脫落等缺陷信息。為保證巡檢效果和質(zhì)量，可見光傳感器的技術(shù)參數(shù)配置要求：(1)有效像素數(shù)不低于1 000萬;(2)拍攝速度不低于25幀/s，具備4倍光學(xué)變焦功能，且連續(xù)可調(diào);(3)具備自動對焦功能。

2.2 紅外、紫外成像傳感模塊

紅外成像傳感模塊主要用來檢測導(dǎo)線接頭、線夾等部件的發(fā)熱故障，可通過無人機(jī)搭載紅外熱像儀進(jìn)行巡查。紅外熱像儀的技術(shù)指標(biāo)配置要求：(1)有效像素數(shù)不低于30萬;(2)自動對焦功能;(3)具有熱圖數(shù)據(jù)且熱圖數(shù)據(jù)可導(dǎo)出，可實時顯示影像中溫度最高點位置及溫度值。

紫外成像傳感模塊主要用來檢測電氣設(shè)備及線路的電暈放電情況[11]，可通過小型無人機(jī)搭載日盲紫外電暈探測模組，日盲紫外電暈探測模組的技術(shù)要求：(1)探測靈敏度高;(2)體積小、重量輕(質(zhì)量不大于1.5 kg);(3)能獲取光子計數(shù)信息、最好能夠兼顧可見光進(jìn)行常規(guī)故障的巡檢。

目前，有3種探測系統(tǒng)可供選擇：改進(jìn)型可見光/日盲紫外雙譜段探測儀、定焦距日盲紫外探測儀以及日盲紫外探測儀+微型可見光相機(jī)。3種方案的比較如表1所示。綜合考慮以上3種方案優(yōu)缺點、成本和開發(fā)周期，本項目推薦采用常規(guī)改進(jìn)型的日盲紫外電暈探測模組。

2.3 特高頻局放、超聲波局放傳感模塊

在變壓器、電纜接頭等電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時，會產(chǎn)生正負(fù)電荷中和的過程，同時伴隨有較陡的電流脈沖，會產(chǎn)生發(fā)光、發(fā)熱、聲音、電磁波等現(xiàn)象[12-13]。目前，主要檢測方法有脈沖電流法、特高頻法和超聲波法。

近年來，隨著無人機(jī)巡檢技術(shù)快速發(fā)展，可采用無人機(jī)平臺搭載特高頻傳感器、超聲波傳感器等設(shè)備，實現(xiàn)電氣設(shè)備局部放電缺陷的帶電檢測。對于無人機(jī)掛載的超聲波、特高頻傳感器，考慮到成本、研發(fā)周期、實用性等因素，可采用現(xiàn)有比較成熟的局部放電檢測儀的改進(jìn)方案。常規(guī)改進(jìn)型的傳感器配置要求：(1)超聲波傳感器質(zhì)量不大于1.5 kg;(2)特高頻傳感器質(zhì)量不大于1.5 kg;(3)12 V DC電源，功耗不小于36 W。

3 無人機(jī)綜合巡檢功能實現(xiàn)和測試驗證

綜合以上技術(shù)設(shè)計試制了配網(wǎng)架空線路無人機(jī)綜合巡檢系統(tǒng)，并對巡檢系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性、測控性能、巡檢功能等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)開展試驗測試，以驗證其綜合巡檢功能。

環(huán)境適應(yīng)性類測試項目包括低溫環(huán)境適應(yīng)性、高溫環(huán)境適應(yīng)性、模擬海拔環(huán)境適應(yīng)性和戶外抗風(fēng)、抗雨飛行性能，其中模擬海拔環(huán)境適應(yīng)性試驗采用人工環(huán)境氣候試驗室(箱)開展模擬試驗。測試結(jié)果：(1)環(huán)境溫度范圍為–20~45 ℃;(2)可通過最高海拔高度為2 000 m的模擬高海拔環(huán)境適應(yīng)性試驗;(3)在瞬時風(fēng)速不大于7 m/s環(huán)境條件下可正常工作，懸停時與懸停點的水平偏移不大于1.5 m、偏差不大于0.75 m，垂直偏移不大于3 m、偏差不大于1.5 m;(4)在小雨環(huán)境條件下可穩(wěn)定飛行，飛行時間不小于5 min。

測控性能測試項目主要包括巡航時間、測控距離和懸停控制精度。測試結(jié)果：(1)正常工作任務(wù)載荷下為30 min;(2)飛行高度20 m時，測控數(shù)據(jù)和圖像傳輸距離為2 km(通視條件下);(3)懸停控制精度，垂直方向±0.5 m，水平方向±1.0 m，能精確定點近距離巡檢桿塔，結(jié)合地面站模塊的實時飛行數(shù)據(jù)及可視化地圖，可精確地完成全自動起飛/降落、航線飛行、繞點飛行、定點懸停等巡檢任務(wù)。

巡檢功能測試項目包括云臺轉(zhuǎn)動及可見光、紅外、紫外傳感器等任務(wù)設(shè)備性能。測試結(jié)果：(1)云臺具有水平和俯仰2個方向的轉(zhuǎn)動性能，平轉(zhuǎn)動范圍為360°，俯仰轉(zhuǎn)動范圍為–60°~+30°;(2)無人機(jī)可搭載可見光、紅外、紫外、超聲波和特高頻傳感器，載荷采用插拔式連接方式;(3)對于可見光傳感器，有效像素數(shù)為1 200萬，具備變焦功能且連續(xù)可調(diào)，具備自動對焦功能，可見光傳感器成像質(zhì)量如圖7所示;(4)對于紅外傳感器，有效像素數(shù)為30萬，具備自動對焦功能，影像為偽彩顯示，具備熱圖數(shù)據(jù)，可實時顯示影像中溫度最高點位置及溫度值，紅外傳感器成像質(zhì)量如圖8所示。

4 結(jié)語

本文針對配網(wǎng)架空線路巡檢應(yīng)用需求，提出了基于小型無人直升機(jī)平臺的配網(wǎng)架空線路綜合巡檢技術(shù)。

(1)研究確定了無人機(jī)綜合巡檢平臺的機(jī)體、云臺、懸臂等主要部件的設(shè)計要求和方案，并采用流體分析法對設(shè)計的無人機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

(2)針對無人機(jī)綜合巡檢需求，研究確定了無人機(jī)搭載綜合巡檢模塊的配置方法，對于可見光傳感器，有效像素數(shù)不低于1 000萬，具備變焦和自動對焦功能;對于紅外傳感器，有效像素數(shù)不低于30萬，具備自動對焦功能，具有熱圖數(shù)據(jù);對于紫外傳感器，質(zhì)量不大于1.5 kg，建議采用改進(jìn)型日盲紫外雙譜段探測儀;特高頻局放、超聲波局放傳感模塊，可采用改進(jìn)型的超聲波、特高頻局部放電檢測儀。

(3)對無人機(jī)綜合巡檢系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性、測控性能、巡檢功能等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了試驗測試，測試結(jié)果表明各項功能滿足配網(wǎng)架空線路巡檢作業(yè)需求。

作者：吳立遠(yuǎn) , 畢建剛 , 常文治 , 楊圓 , 弓艷朋    

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