广西电网科研技术实现无人机无线充电自主巡检
本文转自：人民网-广西频道
6月2日，在广西南宁市忠良村的上空，一架执行了数公里配电线路巡视任务的无人机自主停靠在杆塔上的“机场停机坪”，自动进入无线充电模式。约30分钟后，“满电复活”的无人机再次腾空而起，继续按设定航线执行巡检任务。
自主巡检无人机出发巡检线路，全程自动化不用人为干预。广西电网供图
这是南方电网广西电网公司最新研发的科技创新成果“无线充电无人机及机巢”。好比手机无线充电一样，这项技术实现了无人机的无线充电。当电量不足时，按照设定航线执行巡检拍照任务的无人机会自动前往安装在电杆上的机巢，只要落到预设的场域里，不需要插拔“插头”，就会进入无线充电模式。完成充电后，无人机会继续执行巡检任务，直至所有任务完成，全程自动化不用人为干预。
近年来，为全面推动数字电网及新型电力系统建设，南方电网广西电网公司提出了无人机在输变配领域的发展思路，建成“机巡为主、人巡为辅”的智能巡线模式。“机巡”替代“人巡”工作取得了长足发展，供电局已大量采用无人机开展日常线路巡检工作。
然而，利用无人机开展巡线工作，最大的困扰是无人机的续航问题。通常情况下，一块容量7000mAh的电池，能让无人机快速巡航约5至8公里。可电力线路往往有二三十公里，有的甚至长达上百公里，巡线人员就要在线路延伸处等候，不断更换电池，绵延山里的线路，还得翻山越岭赶过去。另一方面，目前电力巡检主要采用飞手操作无人机巡检的工作方式，也无法满足智能巡检发展需求。
陈绍南博士介绍“无线充电无人机及机巢”项目情况。广西电网供图
南方电网广西电力科学研究院陈绍南博士介绍，解决无人机自主巡航痛点，主流方案有两种，一种采用机械臂帮助无人机更换电池，成本较高，单建1个带机械臂的机巢就得花费六七十万元。另一种是接触式充电，对无人机精准定位插拔充电“插头”要求高，并且由于触头是金属的，长期在户外环境容易被氧化锈蚀和磨损，导致充不上电，尤其像南方“回南天”这样的潮湿天气，触头锈蚀风险更是成倍增大。
“我们有成熟的无线充电技术，为什么不运用到无人机巡线工作中，让无人机无线充电、自主续航呢？不仅提高效率，也可以降低巡线工人的劳动强度。”作为南方电网无线传能联合实验室成员，陈绍南和同事们决心探索将无线充电技术应用于无人机全自主补电上，推动电力系统巡检技术向智能化发展。他们于2020年申报“无线充电无人机及机巢”项目，开启了研发之路。
据悉，南方电网广西电力科学研究院早在2012年就开始电动汽车移动式无线充电技术研究，在2015年率先建成了国内第一条电动汽车无线充电车道，填补了国内移动式无线充电示范工程空白。专家团队们没有止步于此，继续攻坚研发，国内首个60千瓦电动汽车大功率移动式无线充电示范工程，让大功率的电动大巴也能边走边充电。这些自主研发的无线充电技术成果，给了项目组信心和底气。
可研发道路却一波三折。与无线充电汽车安装大型充电装置不同，加装在无人机上的无线充电装置，其重量大小直接影响飞机的巡航速度、续航时间、安全性和抗风等级等，如何既保证无线充电效果，又让无人机轻装上阵？“刚开始做的无线充电线圈是圆盘式，安装在无人机脚架底部，发现容易遮挡无人机摄像头旋转记录的‘视线’。改成螺旋管式线圈，解决了‘遮眼’问题，但重量并没有降下来，还是不行，又继续攻关。”项目组对无线充电模式、装置构造、模块优化等开展深入钻研，反复试验、验证，不断推倒重来。
自主巡检无人机出发巡检线路。广西电网供图
对于给无人机提供无线充电的机巢，也在反复试验中不断优化。参与研发的南方电网无线传能联合实验室成员莫宇鸿介绍说：“刚开始做出来的机巢体积大，重量达上百公斤，长宽高都接近1米。通过反复试验，不断优化机巢机械结构及空间布局，大幅缩减了体积，降低了成本。”
功夫不负有心人。2022年底，项目组成功建成配电线路无线充电无人机自主巡检示范工程，实现了无人机无线充电的稳定性与轻量化的统一，充电装置重量降到了180克以内，无人机充电最优效率达到91%，大幅提高巡检效率和巡检安全性。
据介绍，这项研究成果有效解决了接触式充电触头氧化、接触不良造成的充电慢、无法充电的难题；首次探索适用于电力巡检的飞控逻辑、无线通信优化方案等，实现了全线路自主巡检。该研究成果获得PCT国际专利授权1项，发明专利授权6项，并在2023年5月举办的能源产业“绿能星”高质量系列奖项公益评选上荣获一等奖。
与传统接触式充电相比，无线充电具备无接触磨损、环境适应性强、使用寿命长、免维护等优势，避免了因接触不良、接口氧化等原因造成的无人机无法充电问题。
“无线充电机巢解决了接触式充电经常出现的触点老化、防潮防尘性能差、对位不精准、充不上电等系列问题，彻底实现了无人机巡检过程快速补电。”南方电网广西河池东兰供电局城郊供电所配电线路维护班杨有权介绍说。
“自主巡检无人机只要下达命令就可以完成作业任务，中间不需要干预，也不用考虑电池电量不足等问题，极大解放了我们一线运维人员。”南方电网广西崇左供电局变电管理所上龙巡维班甘杰创说。
目前，这项科技成果已在河池东兰供电局武篆供电所10千伏纳烈线、梧州藤县10千伏平政线开展示范应用，实现了后台实时监测无人机巡检作业、无人机多机巢全自主巡检图片采集功能。下一步，还将计划在桂林漓江核心景区、崇左输配电一体化巡检示范区进行安装示范运行。（向建军 陈钦荣 吴思思 梁磊）
