高精度無(wú)人機(jī)在變電站巡檢中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)探究

婁鵬彥,陳鳳翔,劉陵軼,陳海華,周小紅

(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司輸電運(yùn)行檢修分公司,貴州 貴陽(yáng) 550002)

0 引言

精細(xì)化巡檢對(duì)變電站巡檢工作提出了更高要求,北斗高精度、自主巡檢、無(wú)線通信技術(shù)、影像采集技術(shù)等應(yīng)用到變電站巡檢工作中,為實(shí)現(xiàn)變電站精細(xì)化巡檢等提供了更多可能。文章針對(duì)高精度無(wú)人機(jī)在變電站巡檢中的應(yīng)用進(jìn)行了分析,以更好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)變電站巡檢的不足,全面提升巡檢的效率,為變電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供更多安全保障[1]。

1 高精度無(wú)人機(jī)開展變電站巡檢的重要優(yōu)勢(shì)

1.1 有助于開展近距離拍攝,及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況

高精度的無(wú)人機(jī)能夠從高空開展近距離的拍攝和觀察,通過(guò)近距離的觀察,幫助相關(guān)人員掌握更多架構(gòu)和避雷針等相關(guān)設(shè)備的圖像數(shù)據(jù)。經(jīng)測(cè)試得出:變電站巡檢過(guò)程中采用北斗精度定位服務(wù)能夠獲取1 cm的定位精度,實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)自主巡檢的目的。另外,無(wú)人機(jī)還能夠開展紅外測(cè)溫,隨時(shí)捕捉更加精準(zhǔn)的熱圖像。相關(guān)人員在開展變電站巡檢時(shí),不僅能夠獲取更多圖像數(shù)據(jù),還能夠通過(guò)對(duì)比分析這些數(shù)據(jù),及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異?，F(xiàn)象,進(jìn)而幫助管理人員第一時(shí)間制定預(yù)防的方案和對(duì)策,加強(qiáng)變電站的有效管理[2]。

1.2 全方位開展巡檢,有助于消除死角

變電站運(yùn)行與站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行有直接關(guān)聯(lián),一旦相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)故障,不僅會(huì)造成區(qū)域性停電,還會(huì)給相關(guān)人員生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)重大的損失。尤其是高精度無(wú)人機(jī)在開展高空巡檢時(shí),能夠?qū)σ恍┲盁o(wú)法檢查和巡視到的位置開展全過(guò)程、全方位的巡視。例如:紅外拍攝裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)與攝影機(jī)的相互結(jié)合,促進(jìn)變電站設(shè)備巡檢工作的全方位、無(wú)死角設(shè)備巡檢,即對(duì)避雷裝置或者線路連接螺絲的全過(guò)程檢測(cè)、避雷器高塔塔頂?shù)陌踩珯z測(cè)等,進(jìn)一步增強(qiáng)了設(shè)備應(yīng)用的安全性。

2 高精度無(wú)人機(jī)在變電站巡檢中的應(yīng)用

2.1 無(wú)人機(jī)自主巡檢

無(wú)人機(jī)自主巡檢主要依托無(wú)人機(jī)端、控制端或充電端等進(jìn)行有效巡檢。為了進(jìn)一步提升無(wú)人機(jī)自主巡檢的效率和安全性,高精度無(wú)人機(jī)極端裝置需要具備多種事務(wù)處理的能力,即接收事務(wù)的能力、準(zhǔn)備事務(wù)的能力、執(zhí)行事務(wù)的能力、監(jiān)督事務(wù)的能力以及收尾事務(wù)的能力[3]。其中接收事務(wù)能力主要是在完成無(wú)人機(jī)通信模塊后,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、控制端TCP協(xié)議握手,幫助無(wú)人機(jī)自主巡檢過(guò)程中精準(zhǔn)獲取路徑點(diǎn)信息或者無(wú)人機(jī)姿態(tài)的各種信息。準(zhǔn)備事務(wù)的能力主要是通過(guò)協(xié)議庫(kù)對(duì)無(wú)人機(jī)自主巡檢的一些數(shù)據(jù)開展校驗(yàn),通過(guò)過(guò)濾重復(fù)點(diǎn)和無(wú)效點(diǎn),增強(qiáng)認(rèn)證作業(yè)高效性和有效性。執(zhí)行事務(wù)時(shí),借助無(wú)人機(jī)電量、自主避障系統(tǒng)等開展對(duì)工作狀態(tài)的監(jiān)控。收尾事務(wù)中對(duì)無(wú)人機(jī)返航和上傳巡檢成果等都進(jìn)行了明確,變電站人員在檢查巡檢的成果后,及時(shí)做好數(shù)據(jù)的分析和及時(shí)采取有效應(yīng)對(duì)措施(見(jiàn)圖1)。

圖1 無(wú)人機(jī)端事務(wù)處理效果

2.2 UWB和圖像識(shí)別的變電站無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)

UWB精確定位無(wú)人機(jī)飛行位置,能夠?qū)o(wú)人機(jī)自由飛行的情況、姿態(tài)矯正、規(guī)劃功能等進(jìn)行明確[4]。

其一,飛控模塊。借助微型計(jì)算機(jī),編寫入飛主程序或者氣壓計(jì)、加速度計(jì)等飛控傳感器對(duì)常規(guī)飛行器進(jìn)行操縱和控制。航線飛行和定點(diǎn)懸停等借助激光雷達(dá)、光流和灰度,配合UWB位置信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)地點(diǎn)的判斷和尋找、探索,待到無(wú)人機(jī)到達(dá)指定點(diǎn)后執(zhí)行拍攝任務(wù),從而及時(shí)對(duì)任務(wù)地點(diǎn)中存在的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)解決。

其二,開展圖像的采集和傳輸裝置。借助攝像機(jī)將無(wú)人機(jī)拍攝的變電站表計(jì)的圖像信息開展有效處理。為了進(jìn)一步提高表計(jì)識(shí)別的準(zhǔn)備率,需保障所采集到的圖像具有較強(qiáng)的分辨率。本文主要選用的攝像頭為索尼700線CCD攝像頭,該攝像頭具有清晰圖像,并且能夠減少視頻數(shù)據(jù)發(fā)射與在線飛行數(shù)據(jù)發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的干擾。

其三,無(wú)人機(jī)獲取的圖像數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)算法的有效處理后,運(yùn)用預(yù)先訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型開展圖像的識(shí)別和分析,進(jìn)而開展對(duì)變電站表計(jì)的檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖像識(shí)別算法在運(yùn)行之后,如果發(fā)現(xiàn)狀態(tài)發(fā)生異常的情況后,可以將異常的情況發(fā)送給地面操作人員,從而及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息,要求相關(guān)操作人員到現(xiàn)場(chǎng)開展核實(shí)和做好檢查。

2.3 運(yùn)用無(wú)線通信技術(shù)開展對(duì)變電站的有效巡察

高精度無(wú)人機(jī)在巡檢過(guò)程中借助其作業(yè)的模式為后臺(tái)提供更多信息,實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)與后臺(tái)信息的交互發(fā)展和協(xié)作發(fā)展。高精度無(wú)人機(jī)的正常運(yùn)行,應(yīng)該為其搭建相對(duì)穩(wěn)定的信號(hào)傳輸通道,以便無(wú)人機(jī)能夠?yàn)楹笈_(tái)提供和傳輸信息。其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在:(1)傳輸Wi-Fi技術(shù)能夠?qū)ψ冸娬镜母鱾€(gè)位置等進(jìn)行大面積覆蓋,這一技術(shù)的傳播速度較快,能夠?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的高效傳輸[5]。(2)UWB傳輸技術(shù)對(duì)提升通信的安全性等提供有效保障,由于傳輸數(shù)據(jù)的范圍相對(duì)較短,其頻帶寬的特性能能夠有效增強(qiáng)無(wú)人機(jī)的精準(zhǔn)定位。(3)WiFi技術(shù)主要是借助無(wú)線電波開展數(shù)據(jù)的傳播。環(huán)保功效和無(wú)人運(yùn)輸數(shù)據(jù)的保密性等得到有效提升。因此,借助無(wú)線通信技術(shù)能夠?yàn)殚_展高精度無(wú)人巡檢等提供重要基礎(chǔ)保障。

2.4 GPS、北斗高精度等組合方式,無(wú)人機(jī)定位能力得到有效提升

變電站日常的巡檢過(guò)程中,借助北斗高精度定位服務(wù),在配合無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)自動(dòng)充電、圖像自主識(shí)別等,實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守型的變電站巡察。當(dāng)高精度定位的無(wú)人機(jī)在進(jìn)入到強(qiáng)干擾飛行區(qū)域內(nèi)后,受到一定的干擾,羅盤很容易出現(xiàn)失靈的情況,導(dǎo)致無(wú)人機(jī)在飛行時(shí)出現(xiàn)正確的判斷。在這種情況下,開展定位時(shí),可以采用雙天線測(cè)向技術(shù),并從原來(lái)1根天線增加到2根天線,借助雙根天線接收更多信號(hào)數(shù)據(jù)和發(fā)送更多信號(hào)數(shù)據(jù)。變電站借助這些天線獲取精準(zhǔn)的定位,在經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理后能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)提供飛行的方向,天線之間距離越遠(yuǎn),其定位精準(zhǔn)度越高。

3 高精度無(wú)人機(jī)變電站巡檢時(shí)的應(yīng)用的對(duì)策

3.1 飛行現(xiàn)場(chǎng)勘查做好提前準(zhǔn)備

巡檢操作人員首先制定好無(wú)人機(jī)巡檢的計(jì)劃,在對(duì)巡檢的作業(yè)任務(wù)等進(jìn)行明確后,對(duì)機(jī)型進(jìn)行優(yōu)選,針對(duì)巡檢線路開展現(xiàn)場(chǎng)的勘察,即變電站的布局、氣象條件和其他危險(xiǎn)點(diǎn)、引線走向、設(shè)備的位置等。閱讀和查閱圖紙,對(duì)變電站設(shè)施和架構(gòu)設(shè)施等高度予以了解,明確好飛行的高度。開展站內(nèi)的布局工作,明確好飛行線路起飛位置和降落的位置等。

3.2 飛行過(guò)程中做好充足準(zhǔn)備

3.2.1 相關(guān)人員應(yīng)該對(duì)無(wú)人機(jī)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢查

高精度無(wú)人機(jī)在使用時(shí),需要對(duì)無(wú)人機(jī)的設(shè)備狀態(tài)、無(wú)人機(jī)的運(yùn)行速度等進(jìn)行認(rèn)真的檢查,如:由2名操作人員對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、航線系統(tǒng)等開展交叉檢查,無(wú)人機(jī)在離地之后應(yīng)該保障低空懸停的狀態(tài),在穩(wěn)定其狀態(tài)后才能執(zhí)行各項(xiàng)巡檢工作。

3.2.2 相關(guān)作業(yè)環(huán)境條件的有效核實(shí)

地面風(fēng)速若小于5 m/s;無(wú)人機(jī)的檢查;遙控器電能儲(chǔ)備情況等,使飛行巡檢航程要求等得到有效滿足。

3.3 保障飛行的安全性

飛行過(guò)程中應(yīng)該設(shè)置專門的安全人員開展安全監(jiān)督等工作。巡檢時(shí),各作業(yè)人員應(yīng)該保持相互溝通和聯(lián)系,在執(zhí)行各項(xiàng)操作時(shí)提前告知相關(guān)的人員,對(duì)于一些擅自和非法操作的人員給予嚴(yán)厲懲戒。同時(shí),在設(shè)置無(wú)人機(jī)的范圍時(shí),對(duì)于超范圍作業(yè)的行為進(jìn)行管理。巡檢的過(guò)程中應(yīng)該對(duì)無(wú)人機(jī)所造成干擾情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理。巡檢作業(yè)中,應(yīng)該對(duì)主變低壓側(cè)等設(shè)備密集區(qū)域上空飛行情況采用上跨方式,必要情況下跨越引線,在與最上層引線凈空距離保持在30 cm,切勿出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間在線路設(shè)備上方的懸停。

4 結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn),高精度無(wú)人機(jī)在應(yīng)用到變電站巡檢后,對(duì)于快速巡察出結(jié)果、精準(zhǔn)和及時(shí)地將巡察成果等傳遞給相關(guān)電力部門、提高工作效率,全方位找出存在的問(wèn)題等具有重要作用。變電站巡察人員應(yīng)該制定相應(yīng)的維護(hù)方案和尋找出新的巡察模式,以避免變電站在巡查過(guò)程中出現(xiàn)一定的風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)而增強(qiáng)變電站管理的效能,促進(jìn)電力系統(tǒng)得到穩(wěn)定運(yùn)行。