變電站特殊巡視無人機(jī)探究

張金祥 魏曉偉 王建偉 陳方東 陳明

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到各個行業(yè)中，并且取得了良好的效果。在電力企業(yè)發(fā)展過程中，無人機(jī)的主要作用是對輸電線路的巡視，進(jìn)而保證電力系統(tǒng)的安全，無人機(jī)操作簡單，它能打破地形的限制，有效的提高了線路巡視的工作效率。文章主要對變電站特殊巡視無人機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，明確了相關(guān)事宜，以望提高無人機(jī)技術(shù)在變電站巡視工作中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變電站 特殊巡視 無人機(jī)

由于我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對于電力能源的需求也在逐漸增加，推動力電力企業(yè)的發(fā)展。在電網(wǎng)運(yùn)行中，變電站在整個電網(wǎng)系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，只有做好線路巡視工作，才能保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在線路巡視中主要以人工為主，但是，由于地形的限制，致使工作人員在線路巡視中工作難度較大，并且所需要的成本較高，無人機(jī)技術(shù)的在線路巡視中的應(yīng)用，能夠提高工作效率，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

一、變電站特殊巡視分析

1.變電站特殊巡視分類

通常來說，變電站特殊巡視主要可以分為以下幾點(diǎn)：（1）大風(fēng)前的線路巡視，在巡視中工作人員要及時對變電站內(nèi)外的物體進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)物體被掛到或者出現(xiàn)故障，應(yīng)該及時做好記錄，并采取相應(yīng)的措施，防止出現(xiàn)短路或者接地故障，保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。（2）在雷雨天氣過后，工作人員應(yīng)該及時對相應(yīng)電氣設(shè)備進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)損壞的設(shè)備，應(yīng)該及時進(jìn)行更換，以確保設(shè)備性能完整。（3）在高溫、冰雪等天氣，工作人員也應(yīng)該做好巡視工作，如果發(fā)現(xiàn)線路故障，應(yīng)該及時報備，并且申請停電處理。（5）在新設(shè)備更換完成以后，工作人員還應(yīng)該及時進(jìn)行跟進(jìn)，保證設(shè)備可以穩(wěn)定運(yùn)行。

2.特殊巡視內(nèi)容分析

總的來說，特殊巡視內(nèi)容主要包括：如果環(huán)境發(fā)生變化，工作人員應(yīng)該對注油設(shè)備的油位、母線、電氣連接等觀察，如果發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)該及時進(jìn)行處理，保證各項工作的順利開展。在惡劣天氣過后，工作人員應(yīng)該對設(shè)備進(jìn)行檢查，防止絕緣設(shè)備、避雷設(shè)備等出現(xiàn)問題，保證各個設(shè)備可以正常運(yùn)行。如果設(shè)備異常運(yùn)行，工作人員應(yīng)該及時對設(shè)備進(jìn)行檢查，檢查油色是否正常。

二、無人機(jī)在變電系統(tǒng)中的應(yīng)用

總的來說，無人機(jī)的應(yīng)用提高了工作效率，并且操作簡單，無人機(jī)在變電系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包含以下幾點(diǎn)：

1.無人機(jī)在下線路規(guī)劃中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的電網(wǎng)線路規(guī)劃中，基本都是人工測繪，工作難度大，工作效率低，需要耗費(fèi)大量的人力、物力，并且工程周期較長。無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，能夠提高工作效率，并且還能保證測繪數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

2.輸電線路中的應(yīng)用

在我國電網(wǎng)發(fā)展過程中，輸電線路基本上都是在高山、峽谷等環(huán)境中傳輸，一定程度上增加了輸電線路巡視的難度，并且傳統(tǒng)的線路巡視工作基本上都是由人工完成，不僅耗費(fèi)了大量的人力物力，而且工作效率較低，還容易出現(xiàn)漏洞，不能及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題。另一方面，工作人員在工作中還容易發(fā)生危險。無人機(jī)的應(yīng)用，能夠打破地形的限制，并且操作簡單，成本較低。

3.變電站巡視

在變電站工作中，各種變電設(shè)備數(shù)量較多，并且磁場強(qiáng)度較大，無人機(jī)在工作中，容易手段電磁的干擾，如果無人機(jī)發(fā)生墜機(jī)事件，就會砸傷設(shè)備，對電網(wǎng)安全運(yùn)行造成較大影響，因此，無人機(jī)目前還沒有在變電站中進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。

4.電力系統(tǒng)線路日常維護(hù)

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，工作人員應(yīng)該依據(jù)實(shí)際情況制定完善的維護(hù)措施，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，才能提高供電質(zhì)量。無人機(jī)的應(yīng)用能夠提高電力系統(tǒng)日常維護(hù)質(zhì)量，無人機(jī)在日常維護(hù)工作中，能夠直觀的看到電力系統(tǒng)各個設(shè)備的運(yùn)行狀況，工作人員通過對數(shù)據(jù)以及圖像的分析，能夠及時對絕緣子等部件的整體情況進(jìn)行了解，如果發(fā)現(xiàn)問題，能夠及時采取有效的措施。

三、變電站巡視無人機(jī)系統(tǒng)概述

1.無人機(jī)系統(tǒng)分析

在對無人機(jī)系統(tǒng)分析過程中可以從以下兩方面入手，（1）無人機(jī)系統(tǒng)的工作原理以及優(yōu)點(diǎn)，無人機(jī)融合多種科技，屬于新型高科技產(chǎn)業(yè)，具有廣泛的發(fā)展前景。在電力系統(tǒng)應(yīng)用過程中，能夠打破地形的限制，及時對跨度較大的線路輸電以及地形復(fù)雜的電力線路進(jìn)行檢修和巡線；四軸飛行器是無人機(jī)的核心設(shè)備，在應(yīng)用中有著巨大優(yōu)勢，尤其是在惡劣的環(huán)境下，無人機(jī)能夠及時對輸電線路災(zāi)害高發(fā)段進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，同時還能及時反饋數(shù)據(jù)。小型無人四軸飛行器還可以對核電站等一些高危環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，不僅解放了勞動力而且還能避免出現(xiàn)較大問題，特別是在一些地形十分復(fù)雜的環(huán)境中，無人機(jī)的應(yīng)用能夠為輸電線路的架設(shè)提提供較大便利，保證工程可以按時完工。另一方面，無線輸電技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，四軸飛行器和無線輸電技術(shù)的融合發(fā)展，能夠有效解決無人機(jī)動力問題，促進(jìn)無人機(jī)行業(yè)發(fā)展。（2）無人機(jī)智能巡檢視覺導(dǎo)航系統(tǒng)主要包含了以下三點(diǎn)，第一，具備強(qiáng)大的圖像采集功能，主要是由于該設(shè)備搭載了多種檢測設(shè)備，能夠及時對各項數(shù)據(jù)檢測，例如：可見光CCD能夠?qū)崿F(xiàn)對可見光的采集，并且還能及時對設(shè)備外部進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備外部存在懸掛物、銹蝕等，便于工作人員及時進(jìn)行處理。紅外熱像儀能夠及時對設(shè)備開關(guān)閘以及斷路器的具體位置進(jìn)行記錄，例如：油位計位置、表計讀數(shù)等。紅外熱像儀還能及時捕捉到人工檢測設(shè)備存在的熱缺陷，工作人員通過對紅外測溫設(shè)備溫度進(jìn)行判斷設(shè)備是否正常。第二，還要具備強(qiáng)大的無線傳輸功能。無人機(jī)在各項數(shù)據(jù)信息采集完成以后，應(yīng)該及時進(jìn)行預(yù)先處理，然后才能將信息傳輸給變電站監(jiān)控管理中心。除此之外，無人機(jī)還可以接收來自地面的控制指令。第三，需要具備強(qiáng)大的視覺導(dǎo)航定位功能。無人機(jī)在工作過程中能夠按照工作人員設(shè)備好的路徑進(jìn)行飛行，還可以進(jìn)行直行、停止、拐彎等動作。無人機(jī)在到達(dá)設(shè)定位置以后，應(yīng)該及時對自身的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時就可以實(shí)現(xiàn)可見光CCD旋轉(zhuǎn)、紅外線角度調(diào)節(jié)等，及時尋找最佳采集位置。

2.變電站巡視無人機(jī)方案設(shè)計

（1）無人機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成

就目前來說，變電站無人機(jī)巡視功能主要包括：日常巡視、紅外測溫，主要工作原理是工作人員可以在無人機(jī)上搭載可見光鏡頭和紅外鏡頭，通過一些無線設(shè)備及時將所采集的信息傳輸給工作站進(jìn)行分析。

總的來說，無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計包括：無人機(jī)、地面工作站、運(yùn)動攝像設(shè)備、紅外成像設(shè)備、驅(qū)鳥器。第一，無人機(jī)的主要作用是搭載運(yùn)動攝像設(shè)備、紅外成像設(shè)備、驅(qū)鳥器等相關(guān)部件。在設(shè)計過程中，飛行器可以設(shè)計為四軸飛行器，無人機(jī)機(jī)架采用碳纖維機(jī)架，電機(jī)型號為X2412S/KV980，并且同時還搭配了9943槳葉及11.1V/5200mAh/30C鋰電池。第二，地面工作站，其主要作用是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)和地面的溝通，并且接收所采集的信息。另外，工作人員應(yīng)該及時對無人機(jī)的飛行路徑以及巡視周期進(jìn)行設(shè)置，保證巡視工作的合理性。第三，運(yùn)動攝像設(shè)備的主要作用是對斷路器、隔離開關(guān)等一些設(shè)備進(jìn)行檢查，幫助工作人員對設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行確定，保證各個變電設(shè)備的正常運(yùn)行。第四，紅外成像設(shè)備主要作用是對電力設(shè)備進(jìn)成像，通過對設(shè)備溫度的判定，可以知道絕緣設(shè)備的運(yùn)行狀況。第五，驅(qū)鳥器主要作用是為了防止鳥類在變電設(shè)備搭建鳥巢，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.無人機(jī)各模塊之間的連接

無人機(jī)系統(tǒng)之間的連接如下圖所示：

在上圖中，無人機(jī)主要由電池直接提供動力，飛控模塊、圖傳遙控一體化模塊等部分的電源都會通過總線和電源管理區(qū)域進(jìn)行連接，并且上圖中，X1端口主要作用是對電壓進(jìn)行檢測，保證電壓的穩(wěn)定。遙控圖傳一體化模塊主要作用是能夠及時的將各項信息傳輸?shù)降孛婀ぷ髡局?，便于工作人員及時進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題。變電站無人機(jī)巡視平臺能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)和地面的連接，及時進(jìn)行信息反饋。另外，無人機(jī)還可以按照工作人員所設(shè)定的路徑進(jìn)行飛行工作，一定程度上了工作質(zhì)量以及工作效率。

4.變電站無人機(jī)巡檢注意事項分析

無人機(jī)應(yīng)用于變電站巡檢，需要注意的事項包括：第一，工作人員應(yīng)該積極對無人機(jī)的安全性進(jìn)行研究，保證各項工作開展的有效性。變電站高壓帶電設(shè)備分布較為復(fù)雜，所預(yù)留的空間較小，只有不斷加強(qiáng)研究，才能保證無人機(jī)可以在狹小的高壓帶電空間中安全飛行，一定程度上保證了變電站的安全運(yùn)行。就目前來說，主要研究思路為在無人機(jī)巡檢路線上規(guī)避上述分風(fēng)險，保證無人機(jī)的安全運(yùn)行。第二，保證無人機(jī)具備精準(zhǔn)定位系統(tǒng)以及控制技系統(tǒng)，精準(zhǔn)控制系統(tǒng)對于無人機(jī)來說十分重要，能夠保證地面工作人員及時定位故障位置，便于工作人員及時采取措施。同時，精準(zhǔn)控制技術(shù)還將對飛行器其它頂層功能的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生重大影響，如避障功能、自動充電功能等都有賴于精準(zhǔn)控制的實(shí)現(xiàn)。目前來說，無人機(jī)基本采用GPS技術(shù)以及超聲波技術(shù)進(jìn)行定位，此2種技所獲取的數(shù)據(jù)存在測量誤差，對于數(shù)據(jù)的精度的具有較大影響。由于無人機(jī)以及機(jī)器人在定位系統(tǒng)中有共同之處，所以，在對無人機(jī)定位技術(shù)的研究可以以此技術(shù)為基礎(chǔ)，無人機(jī)定位技術(shù)的發(fā)展也能促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展。第三，加強(qiáng)對電源技術(shù)的研究?，F(xiàn)階段，續(xù)航功能是制約無人機(jī)發(fā)展的瓶頸，主要問題是充電時間較短，電池體積較小、重量輕、容量較大、使用壽命較長的電池。電池的充電時間和容量直接影響飛行器使用的便捷性，而體積及重量則限制了飛行器對其它檢測設(shè)備的搭載能力。

四、總結(jié)

綜上所述，無人機(jī)在變電站特殊巡視工作中應(yīng)用能夠有效提高工作質(zhì)量，保證電力設(shè)備的安全運(yùn)行。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，依舊存在一些問題，嚴(yán)重影響了無人機(jī)的應(yīng)用，只有對無人機(jī)動力問題、定位、控制等方面進(jìn)行研究，不斷完善，才能促進(jìn)無人機(jī)的應(yīng)用。

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作者簡介：張金祥，性別：男，出生年月：1972.9，籍貫：北京，職稱：政工師，科室：變電檢修中心，單位：國網(wǎng)冀北電力檢修公司，學(xué)歷：本科，研究方向：電力設(shè)備運(yùn)維技術(shù)，