運(yùn)用無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)提升運(yùn)行人員運(yùn)維水平和效率

劉宸豐

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局）

0 引言

變電站無(wú)人機(jī)智能巡檢是通過(guò)航測(cè)無(wú)人機(jī)基于傾斜攝影技術(shù)采集圖像數(shù)據(jù)，由圖像數(shù)據(jù)解算得到的高精度實(shí)景模型，再由激光雷達(dá)掃描獲取符合自動(dòng)巡檢精度要求的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，兩者合并得到變電站模型，在變電站模型的基礎(chǔ)上規(guī)劃航線，并經(jīng)由無(wú)人機(jī)和簡(jiǎn)易機(jī)巢實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)對(duì)戶外設(shè)備的外觀巡視、表計(jì)巡視和紅外測(cè)溫的技術(shù)［1］。

目前變電站無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢相關(guān)工作大部分已移交生產(chǎn)指揮中心智能作業(yè)班單軌運(yùn)行，但運(yùn)行人員仍可借助無(wú)人機(jī)開展設(shè)備運(yùn)維工作，通過(guò)無(wú)人機(jī)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程下發(fā)飛行任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和巡視，從而減少往返各變電站需要的時(shí)間和成本，為運(yùn)維工作減負(fù)增效，達(dá)到事半功倍的效果。變電站無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)原理圖如圖1所示［2］。

圖1 變電站無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)原理圖

1 使用變電站模型進(jìn)行安全距離勘察

根據(jù)《中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力安全工作規(guī)程》，人員、工具與材料在作業(yè)時(shí)與帶電設(shè)備的安全距離應(yīng)大于表1的規(guī)定，起重機(jī)、高空作業(yè)車、叉車和鏟車等施工機(jī)械在靠近帶電部分工作時(shí)正?；顒?dòng)范圍與帶電設(shè)備的安全距離應(yīng)大于表2的規(guī)定。

表1 人員、工具及材料與設(shè)備帶電部分的安全距離

表2 施工機(jī)械操作正?；顒?dòng)范圍與帶電設(shè)備的安全距離

變電站進(jìn)行大型施工前，運(yùn)行人員必須要求施工方提交經(jīng)審批的施工方案，包括組織措施、安全措施、技術(shù)措施等。變電站內(nèi)構(gòu)架導(dǎo)線安裝、變電站內(nèi)一次設(shè)備吊裝等典型的大型施工作業(yè)存在與帶電設(shè)備的安全距離難以測(cè)量的問(wèn)題。一旦與帶電設(shè)備安全距離計(jì)算錯(cuò)誤，容易在施工中發(fā)生人身觸電、設(shè)備跳閘、母線失壓等事故事件。難以測(cè)量的安全距離給現(xiàn)場(chǎng)勘查、施工方案編寫與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)帶來(lái)困難，給運(yùn)行人員在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的管控造成壓力。

無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中采集的實(shí)景模型和點(diǎn)云模型包含變電站內(nèi)所有設(shè)備的位置信息與圖像信息，可通過(guò)變電站模型直接測(cè)算變電站內(nèi)任意一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)之間的距離。根據(jù)《35-500kV變電站多旋翼無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢航線規(guī)劃技術(shù)規(guī)范》，目前變電站點(diǎn)云和實(shí)景數(shù)據(jù)模型精度均不低于±0.1m，滿足測(cè)量要求，且由軟件直接測(cè)算，無(wú)需人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

以某站擴(kuò)建間隔工程設(shè)備吊裝作業(yè)為例，該工程施工需吊車進(jìn)站對(duì)新建110kV線路間隔設(shè)備進(jìn)行吊裝作業(yè)，吊車吊臂與母線帶電部分的距離決定了施工過(guò)程中母線是否需要配合停電，而吊車與右側(cè)帶電母線的距離難以目測(cè)，施工現(xiàn)場(chǎng)情況如圖2所示。

圖2 設(shè)備吊裝施工平面布置圖

在此情況下，可以借助無(wú)人機(jī)巡視航線規(guī)劃軟件進(jìn)行精確測(cè)量，在變電站的實(shí)景模型和點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)中選擇母線帶電部分邊緣與預(yù)計(jì)吊裝的110kV隔離開關(guān)支柱位置即可一鍵測(cè)算距離。根據(jù)平面布置圖，110kV隔離開關(guān)支柱距離母線最近的一相為吊車與母線的最近距離，其吊裝高度為4.5m，選取隔離開關(guān)支柱所在地面，再選取母線帶電部分，測(cè)量結(jié)果為9.936m，算得吊臂與母線帶電部分可能的最近距離為9.936－4.5＝5.436m，滿足表2大于4.5m的要求，作業(yè)時(shí)母線無(wú)需配合停電。由此可見，運(yùn)用無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)可以解決一直困擾運(yùn)行人員的一些難題，提升運(yùn)維水平。測(cè)量吊裝地點(diǎn)與設(shè)備帶電部分距離如圖3所示。

圖3 測(cè)量吊裝地點(diǎn)與設(shè)備帶電部分距離示例

2 “人巡＋機(jī)巡”紅外測(cè)溫模式

2.1 人巡盲點(diǎn)測(cè)溫

電氣設(shè)備紅外熱成像檢測(cè)，簡(jiǎn)稱紅外測(cè)溫，是直接為保證電力安全生產(chǎn)服務(wù)的一項(xiàng)帶電檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)紅外測(cè)溫，可以找出設(shè)備的缺陷和異常情況，為設(shè)備檢修提供依據(jù)，為開展設(shè)備狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件，提高設(shè)備檢修質(zhì)量、提高輸變電設(shè)施和用戶供電可靠率，以保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

傳統(tǒng)的人巡測(cè)溫主要從地面向設(shè)備測(cè)溫，在設(shè)備下方測(cè)量，存在測(cè)溫盲點(diǎn)。而無(wú)人機(jī)主要從空中拍攝進(jìn)行測(cè)溫，通過(guò)“人巡＋機(jī)巡”模式可以做到設(shè)備測(cè)溫360°全覆蓋，大大提升測(cè)溫作業(yè)的效率和質(zhì)量。

以春節(jié)保供電期間某110kV變電站2號(hào)主變變中出口側(cè)3020刀閘B相接線板發(fā)熱缺陷為例，該站因春節(jié)人員返鄉(xiāng)導(dǎo)致負(fù)荷激增，運(yùn)行人員在進(jìn)行該站春節(jié)保供電特巡作業(yè)時(shí)從地面測(cè)溫發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變變中出口側(cè)3020刀閘B相接線板發(fā)熱57.3℃，因測(cè)量角度問(wèn)題難以測(cè)得發(fā)熱點(diǎn)中心溫度。3020刀閘B相發(fā)熱缺陷人巡測(cè)溫結(jié)果如圖4所示。

圖4 3020刀閘B相發(fā)熱缺陷人巡測(cè)溫結(jié)果

為確保春節(jié)期間電網(wǎng)安全萬(wàn)無(wú)一失，進(jìn)一步研判缺陷等級(jí)，當(dāng)值運(yùn)行人員下發(fā)無(wú)人機(jī)測(cè)溫任務(wù)，測(cè)得2號(hào)主變變中出口側(cè)3020刀閘B相接線板螺絲發(fā)熱136.65℃，達(dá)到緊急缺陷標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)經(jīng)過(guò)專業(yè)班組研判，缺陷為接線板螺絲銹蝕導(dǎo)致發(fā)熱，暫不影響安全運(yùn)行但需要加強(qiáng)巡視防止缺陷發(fā)展。為保障春節(jié)期間電網(wǎng)安全，運(yùn)行人員緊盯負(fù)荷曲線，在大負(fù)荷時(shí)段利用無(wú)人機(jī)開展不間斷跟蹤測(cè)溫，確保缺陷在可控狀態(tài)。3020刀閘B相發(fā)熱缺陷無(wú)人機(jī)測(cè)溫結(jié)果如圖5所示。

圖5 3020刀閘B相發(fā)熱缺陷無(wú)人機(jī)測(cè)溫結(jié)果

此次案例證明運(yùn)行人員通過(guò)“人巡＋機(jī)巡”測(cè)溫模式，可以覆蓋人巡測(cè)溫盲點(diǎn)，遠(yuǎn)程持續(xù)跟蹤，有效提升運(yùn)維水平。

2.2 根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況實(shí)時(shí)測(cè)溫

根據(jù)發(fā)熱公式Q ＝I2Rt，對(duì)于電流致熱型缺陷，設(shè)備需在帶負(fù)荷后一段時(shí)間滿足發(fā)熱量等于散熱量時(shí)才能驗(yàn)證發(fā)熱情況，且人巡測(cè)溫時(shí)設(shè)備負(fù)荷不一定滿足30%額定負(fù)荷要求，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)得發(fā)熱情況。此外，電容器、電抗器類設(shè)備是否處于運(yùn)行狀態(tài)由電網(wǎng)電壓水平?jīng)Q定，人員開展紅外測(cè)溫時(shí)若設(shè)備處于熱備用狀態(tài)則無(wú)法進(jìn)行測(cè)溫，人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫作業(yè)時(shí)難以把控其運(yùn)行狀態(tài)，為電容器、電抗器類設(shè)備發(fā)熱缺陷的發(fā)現(xiàn)、跟蹤、驗(yàn)收帶來(lái)不便。

針對(duì)上述情況，在調(diào)度系統(tǒng)查詢其運(yùn)行狀態(tài)與實(shí)時(shí)負(fù)荷，確認(rèn)滿足測(cè)溫條件后對(duì)設(shè)備單獨(dú)派發(fā)測(cè)溫任務(wù)可以大大提升發(fā)熱缺陷發(fā)現(xiàn)、跟蹤與驗(yàn)收的效率。利用無(wú)人機(jī)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的電容器進(jìn)行紅外測(cè)溫如圖6所示。

圖6 利用無(wú)人機(jī)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的電容器進(jìn)行紅外測(cè)溫

綜上所述，利用“人巡＋機(jī)巡”模式開展紅外測(cè)溫作業(yè)，不僅可以更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)發(fā)熱缺陷，也能更高效率地進(jìn)行發(fā)熱缺陷的持續(xù)跟蹤，提高了運(yùn)維水平和運(yùn)維效率。

3 對(duì)設(shè)備進(jìn)行不停電專項(xiàng)檢查

根據(jù)《35-500kV變電站多旋翼無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢航線規(guī)劃技術(shù)規(guī)范》4.4.6規(guī)定，無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡視過(guò)程中的安全距離見表3。

表3 施工機(jī)械操作正?；顒?dòng)范圍與帶電設(shè)備的安全距離

目前廣泛使用的巡檢無(wú)人機(jī)在上表所示安全距離拍攝的照片除500kV設(shè)備外均滿足清晰度要求，可輔助運(yùn)行人員排查設(shè)備隱患和缺陷，節(jié)省人員來(lái)回的人力物力。其空中拍攝視角、較高的清晰度也能讓我們對(duì)設(shè)備的判斷更加準(zhǔn)確，提升運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備的運(yùn)維水平和效率。

以南京電氣防雨罩型將軍帽結(jié)構(gòu)套管不停電專項(xiàng)檢查為例。近期南方電網(wǎng)公司發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)套管運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)后可能存在防雨罩生銹、積水問(wèn)題，使套管儲(chǔ)油柜頂蓋長(zhǎng)時(shí)間與水接觸，進(jìn)而惡化銹蝕，形成沙眼，導(dǎo)致套管進(jìn)水，存在引發(fā)套管故障的風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)行人員需對(duì)該型套管開展不停電專項(xiàng)檢查，核實(shí)套管的將軍帽結(jié)構(gòu)、載流結(jié)構(gòu)、安裝情況，重點(diǎn)檢查套管防雨罩是否破損、防雨罩與套管油枕的搭接面邊沿是否銹蝕。

某供電局共有15個(gè)變電站，77個(gè)該結(jié)構(gòu)套管，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)排查方式，需花費(fèi)大量人力物力，且套管安裝位置較高，人員從地面觀察難以確定設(shè)備狀況。結(jié)合上述情況，運(yùn)行人員針對(duì)需排查站點(diǎn)規(guī)劃套管隱患排查航線并下發(fā)，遠(yuǎn)程完成不停電專項(xiàng)檢查，無(wú)需抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，省時(shí)省力，實(shí)現(xiàn)“人員少跑路、數(shù)據(jù)多跑路”。

圖7為某站南京電氣防雨罩型將軍帽結(jié)構(gòu)套管無(wú)人機(jī)專項(xiàng)檢查所拍攝照片，根據(jù)照片可以清楚地判別出該站套管載流結(jié)構(gòu)屬于穿纜類型，安裝角度小于30°，未發(fā)現(xiàn)銹蝕，無(wú)需進(jìn)一步停電檢查，所攝照片滿足工作需求。

圖7 利用無(wú)人機(jī)排查南京電氣防雨罩型將軍帽結(jié)構(gòu)套管隱患

傳統(tǒng)排查方式人員現(xiàn)場(chǎng)來(lái)回每個(gè)變電站估算平均需花費(fèi)40min，排查每個(gè)套管估算需花費(fèi)10min，總計(jì)需大約22.8h工作時(shí)長(zhǎng)。使用無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)，規(guī)劃每個(gè)變電站航線估算需15min，無(wú)人機(jī)執(zhí)行每條航線估算需5min，人員查看照片排查缺陷每個(gè)套管估算需3min，總計(jì)需大約8.9h工作時(shí)長(zhǎng)，工作效率提升256%，可見利用無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)可以大幅提升運(yùn)行人員的運(yùn)維效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，變電站智能巡檢系統(tǒng)得到普及，運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備的運(yùn)維也變得更加智能化、數(shù)字化，作為智能電網(wǎng)建設(shè)重要的一環(huán)，如何運(yùn)用新技術(shù)提升設(shè)備運(yùn)維水平也顯得更加重要。本文從變電運(yùn)行人員的角度出發(fā)，總結(jié)提煉了運(yùn)用無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)提升運(yùn)行人員運(yùn)維水平和效率的實(shí)例，為運(yùn)行人員減輕工作負(fù)擔(dān)，提升工作效率和運(yùn)維質(zhì)量提供了可靠參考。