巡檢川藏電網(wǎng):無人機如何應(yīng)對高海拔極端環(huán)境考驗?

國網(wǎng)四川送變電公司運維的藏區(qū)電網(wǎng)線路總長超過6500km,覆蓋約26萬平方公里國土,跨越甘孜、阿壩、涼山少數(shù)民族自治州,保障和改善了藏、羌、彝、苗等各族群眾的生產(chǎn)生活,是區(qū)域經(jīng)濟社會的生命線。

然而藏區(qū)電網(wǎng)橫亙高山峽谷,輸電線路塔位最高海拔超過5000m,沿線自然環(huán)境極為惡劣,傳統(tǒng)人工巡檢異常艱辛,工作質(zhì)量和效率不高,還面臨一定的人身安全威脅。如何在高原山區(qū)進行高效安全的巡檢作業(yè),是一個棘手的問題。

面對高原山區(qū)巡檢工作的極限挑戰(zhàn),四川送變電公司自2015年起,逐步引入大疆無人機,積累了豐富的飛行經(jīng)驗,提出了行之有效的對策。

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極寒環(huán)境

四川高原山區(qū)年冰雪期長達4~6個月,戶外環(huán)境溫度極低,在低溫環(huán)境下,鋰聚合物電池內(nèi)阻增大、容量減小,從而導(dǎo)致續(xù)航時間減少。

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解決這個問題有兩種方法:一是使用可自加熱的動力電池,如大疆經(jīng)緯M200V2 系列、悟 Inspire2等無人機,安裝電池并開啟電源后,當溫度低于15℃時會自動加熱,并保持在15~20℃之間,以發(fā)揮電池的最佳性能。二是飛手從駐地前往待巡線路途中,將動力電池置于車載空調(diào)出風口,持續(xù)吹出的熱風可將電池預(yù)先熱透。在冰雪天氣,經(jīng)過車載空調(diào)預(yù)熱的電池,溫度還來不及降下來,飛手就可完成這一架次的巡檢作業(yè)。

實踐表明,在極寒環(huán)境下飛行,相比電池自加熱,利用車載空調(diào)預(yù)熱電池效果更佳,既不會耗費自身電量影響無人機的續(xù)航時間,也無需在起飛前等待電池的自加熱過程。

大落差航線

在大渡河、雅礱江、金沙江流域沿岸,輸電線路沿懸崖絕壁蜿蜒而上,車輛能到達的地方(起降點)與塔位間的高度差往往超過1000m,部分塔位甚至超過2000m。

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如此巨大的航線落差,對飛行操作和電池使用效率提出了高要求。多旋翼電力巡檢無人機的最大上升速度一般為4~5m/s,油門滿舵持續(xù)爬升耗時3~8min,對電機的動力和可靠性要求很高,返航也需要在盡可能短的時間內(nèi)著陸。

一般可采用斜向俯沖或螺旋下降的方式返航,這樣既能快速降低飛行高度,也可使無人機的姿態(tài)更平穩(wěn)。然而江河兩岸狹窄,當沒有足夠的空間做俯沖或螺旋動作時,就需要無人機以豎直降落的方式盡快著陸,但下降速度達到3m/s后將極大地考驗無人機的自穩(wěn)能力,以最小油門持續(xù)降高,應(yīng)密切關(guān)注無人機的姿態(tài),當無人機有失穩(wěn)跡象應(yīng)立即加大油門,使其姿態(tài)恢復(fù)穩(wěn)定后再繼續(xù)小油門下降。

對于大落差航線的巡檢作業(yè),應(yīng)選擇動力性能好、姿態(tài)更穩(wěn)定、續(xù)航較長、支持500m限高解禁的無人機,如大疆御 Mavic2、精靈 Phantom4Pro。

復(fù)雜的風環(huán)境

高原山區(qū)風環(huán)境復(fù)雜,峽谷地帶氣流紊亂,常常出現(xiàn)超過5級的陣性風,并伴有風切變現(xiàn)象,對巡檢作業(yè)安全造成了嚴重威脅,特別是快速降落中的無人機,遇到風切變時,機身容易出現(xiàn)劇烈顛簸,有失穩(wěn)墜落的風險。

雖然無法干預(yù)風環(huán)境,但我們?nèi)匀豢梢圆扇∮行Т胧┍U巷w行安全:放飛無人機前觀測風速、風向,確認航線風環(huán)境滿足飛行技術(shù)指標要求;掌握當?shù)仄痫L時間、風力等級、持續(xù)時間,盡量避開強風、亂流時段作業(yè),高原山區(qū)通常在中午前風環(huán)境相對溫和,因此宜在早晨、上午飛行作業(yè);在飛行過程中,特別是快速降高階段,作業(yè)人員應(yīng)注意監(jiān)視無人機姿態(tài)是否穩(wěn)定,以便異常時及時采取措施,對于配備有FPV攝像頭的無人機,通過FPV畫面來監(jiān)視無人機的姿態(tài)更直觀。

陡峭的山勢

四川送變電公司運維的輸電線路不少建在陡峭的山崖之上,山勢高而險峻,巡檢的難點在于,當無人機飛越桿塔頂部,在上山坡面降低高度巡檢桿塔另一側(cè)時,桿塔與山壁、樹木間的凈空距離極為有限,無人機面向桿塔拍照,在移位過程中稍有不慎就可能撞擊后方、下方障礙物。

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巡檢川藏電網(wǎng):無人機如何應(yīng)對高海拔極端環(huán)境考驗?

無人機飛越塔頂,在降高前可將無人機云臺相機朝下90°,以評估上山坡側(cè)地形地貌,調(diào)整飛機位置,在與桿塔保持安全距離的情況下,適當遠離上山坡側(cè)山壁、樹木。此外,飛手宜輕柔打桿,防止動作過大無人機因慣性撞擊后方貼近的障礙物。同時,在較低的高度拍攝時,宜多次將云臺相機豎直朝下確認無人機與正下方地表、樹木的距離是否安全。

巡檢建在懸崖峭壁上的輸電線路,宜選擇具備后視和下視避障功能的無人機,如御Mavic 2和精靈 Phantom4 Pro,為飛行安全提供后備保護。

高海拔

四川高原山區(qū)的輸電線路,塔位海拔多數(shù)超過3000m,高海拔稀薄的空氣將導(dǎo)致升力明顯減小,無人機維持飛行高度將消耗更多的電能,導(dǎo)致續(xù)航時間銳減。

為提供足夠的升力,大疆悟 Inspire 2專門適配了高原槳,以保證在5000m海拔高度穩(wěn)定飛行,只需安裝高原槳,就能在四川高原山區(qū)正常開展電力巡檢作業(yè)。而大疆精靈 Phantom 4、御 Mavic 2系列無人機配備的通用槳可使其在6000m海拔高度安全飛行,且無需根據(jù)海拔高度更換槳葉,十分方便。

對于長續(xù)航需求,選擇配備高容量TB55電池的大疆經(jīng)緯M200V2 系列是不錯的選擇,實踐表明,預(yù)留15~20%的著陸電量且僅安裝X5S或Z30單云臺負載,經(jīng)緯 M200V2系列在高原山區(qū)電力巡檢續(xù)航達22~27min,是大疆除客戶定制機型外續(xù)航最長的一款無人機,能較好地適應(yīng)高海拔苛刻的飛行環(huán)境。

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結(jié)語

無人機在高原山區(qū)電力巡檢,應(yīng)預(yù)先了解極端自然環(huán)境可能給飛行活動造成的困難,并充分熟悉解決問題的對策,保障巡檢作業(yè)安全。

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2019-08-01
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