變電站特殊巡視無人機探究

張金祥 魏曉偉 王建偉 陳方東 陳明

摘 要：隨著科學技術的發展，無人機技術已經被應用到各個行業中，并且取得了良好的效果。在電力企業發展過程中，無人機的主要作用是對輸電線路的巡視，進而保證電力系統的安全，無人機操作簡單，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的應用進行研究分析，明確了相關事宜，以望提高無人機技術在變電站巡視工作中的應用。

關鍵詞：變電站 特殊巡視 無人機

由于我國經濟的快速發展，對于電力能源的需求也在逐漸增加，推動力電力企業的發展。在電網運行中，變電站在整個電網系統中占據重要地位，只有做好線路巡視工作，才能保證電力系統的正常運行。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，無人機技術的在線路巡視中的應用，能夠提高工作效率，保證電力系統的正常運行。

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：（1）大風前的線路巡視，在巡視中工作人員要及時對變電站內外的物體進行檢查，如果發現物體被掛到或者出現故障，應該及時做好記錄，并采取相應的措施，防止出現短路或者接地故障，保證電力系統正常運行。（2）在雷雨天氣過后，工作人員應該及時對相應電氣設備進行檢查，如果發現損壞的設備，應該及時進行更換，以確保設備性能完整。（3）在高溫、冰雪等天氣，工作人員也應該做好巡視工作，如果發現線路故障，應該及時報備，并且申請停電處理。（5）在新設備更換完成以后，工作人員還應該及時進行跟進，保證設備可以穩定運行。

2.特殊巡視內容分析

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

二、無人機在變電系統中的應用

總的來說，無人機的應用提高了工作效率，并且操作簡單，無人機在變電系統中的應用主要包含以下幾點：

1.無人機在下線路規劃中的應用

在傳統的電網線路規劃中，基本都是人工測繪，工作難度大，工作效率低，需要耗費大量的人力、物力，并且工程周期較長。無人機技術的應用，能夠提高工作效率，并且還能保證測繪數據準確性。

2.輸電線路中的應用

在我國電網發展過程中，輸電線路基本上都是在高山、峽谷等環境中傳輸，一定程度上增加了輸電線路巡視的難度，并且傳統的線路巡視工作基本上都是由人工完成，不僅耗費了大量的人力物力，而且工作效率較低，還容易出現漏洞，不能及時發現其中存在的問題。另一方面，工作人員在工作中還容易發生危險。無人機的應用，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，各種變電設備數量較多，并且磁場強度較大，無人機在工作中，容易手段電磁的干擾，如果無人機發生墜機事件，就會砸傷設備，對電網安全運行造成較大影響，因此，無人機目前還沒有在變電站中進行大規模應用。

4.電力系統線路日常維護

在電力系統運行過程中，工作人員應該依據實際情況制定完善的維護措施，保證電力系統運行的穩定性，才能提高供電質量。無人機的應用能夠提高電力系統日常維護質量，無人機在日常維護工作中，能夠直觀的看到電力系統各個設備的運行狀況，工作人員通過對數據以及圖像的分析，能夠及時對絕緣子等部件的整體情況進行了解，如果發現問題，能夠及時采取有效的措施。

三、變電站巡視無人機系統概述

1.無人機系統分析

在對無人機系統分析過程中可以從以下兩方面入手，（1）無人機系統的工作原理以及優點，無人機融合多種科技，屬于新型高科技產業，具有廣泛的發展前景。在電力系統應用過程中，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雜的電力線路進行檢修和巡線；四軸飛行器是無人機的核心設備，在應用中有著巨大優勢，尤其是在惡劣的環境下，無人機能夠及時對輸電線路災害高發段進行重點監測，同時還能及時反饋數據。小型無人四軸飛行器還可以對核電站等一些高危環境進行監測，不僅解放了勞動力而且還能避免出現較大問題，特別是在一些地形十分復雜的環境中，無人機的應用能夠為輸電線路的架設提提供較大便利，保證工程可以按時完工。另一方面，無線輸電技術已經逐漸成熟，四軸飛行器和無線輸電技術的融合發展，能夠有效解決無人機動力問題，促進無人機行業發展。（2）無人機智能巡檢視覺導航系統主要包含了以下三點，第一，具備強大的圖像采集功能，主要是由于該設備搭載了多種檢測設備，能夠及時對各項數據檢測，例如：可見光CCD能夠實現對可見光的采集，并且還能及時對設備外部進行檢查，如果發現設備外部存在懸掛物、銹蝕等，便于工作人員及時進行處理。紅外熱像儀能夠及時對設備開關閘以及斷路器的具體位置進行記錄，例如：油位計位置、表計讀數等。紅外熱像儀還能及時捕捉到人工檢測設備存在的熱缺陷，工作人員通過對紅外測溫設備溫度進行判斷設備是否正常。第二，還要具備強大的無線傳輸功能。無人機在各項數據信息采集完成以后，應該及時進行預先處理，然后才能將信息傳輸給變電站監控管理中心。除此之外，無人機還可以接收來自地面的控制指令。第三，需要具備強大的視覺導航定位功能。無人機在工作過程中能夠按照工作人員設備好的路徑進行飛行，還可以進行直行、停止、拐彎等動作。無人機在到達設定位置以后，應該及時對自身的位置進行調節，此時就可以實現可見光CCD旋轉、紅外線角度調節等，及時尋找最佳采集位置。

2.變電站巡視無人機方案設計

（1）無人機系統的構成

就目前來說，變電站無人機巡視功能主要包括：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上搭載可見光鏡頭和紅外鏡頭，通過一些無線設備及時將所采集的信息傳輸給工作站進行分析。

總的來說，無人機系統設計包括：無人機、地面工作站、運動攝像設備、紅外成像設備、驅鳥器。第一，無人機的主要作用是搭載運動攝像設備、紅外成像設備、驅鳥器等相關部件。在設計過程中，飛行器可以設計為四軸飛行器，無人機機架采用碳纖維機架，電機型號為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，其主要作用是實現無人機和地面的溝通，并且接收所采集的信息。另外，工作人員應該及時對無人機的飛行路徑以及巡視周期進行設置，保證巡視工作的合理性。第三，運動攝像設備的主要作用是對斷路器、隔離開關等一些設備進行檢查，幫助工作人員對設備的運行狀況進行確定，保證各個變電設備的正常運行。第四，紅外成像設備主要作用是對電力設備進成像，通過對設備溫度的判定，可以知道絕緣設備的運行狀況。第五，驅鳥器主要作用是為了防止鳥類在變電設備搭建鳥巢，保證設備的正常運行。

3.無人機各模塊之間的連接

無人機系統之間的連接如下圖所示：

在上圖中，無人機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域進行連接，并且上圖中，X1端口主要作用是對電壓進行檢測，保證電壓的穩定。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到地面工作站中，便于工作人員及時進行處理，發現其中存在的問題。變電站無人機巡視平臺能夠實現無人機和地面的連接，及時進行信息反饋。另外，無人機還可以按照工作人員所設定的路徑進行飛行工作，一定程度上了工作質量以及工作效率。

4.變電站無人機巡檢注意事項分析

無人機應用于變電站巡檢，需要注意的事項包括：第一，工作人員應該積極對無人機的安全性進行研究，保證各項工作開展的有效性。變電站高壓帶電設備分布較為復雜，所預留的空間較小，只有不斷加強研究，才能保證無人機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行。就目前來說，主要研究思路為在無人機巡檢路線上規避上述分風險，保證無人機的安全運行。第二，保證無人機具備精準定位系統以及控制技系統，精準控制系統對于無人機來說十分重要，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，精準控制技術還將對飛行器其它頂層功能的實現產生重大影響，如避障功能、自動充電功能等都有賴于精準控制的實現。目前來說，無人機基本采用GPS技術以及超聲波技術進行定位，此2種技所獲取的數據存在測量誤差，對于數據的精度的具有較大影響。由于無人機以及機器人在定位系統中有共同之處，所以，在對無人機定位技術的研究可以以此技術為基礎，無人機定位技術的發展也能促進機器人技術發展。第三，加強對電源技術的研究。現階段，續航功能是制約無人機發展的瓶頸，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備的搭載能力。

四、總結

綜上所述，無人機在變電站特殊巡視工作中應用能夠有效提高工作質量，保證電力設備的安全運行。但是，在實際應用中，依舊存在一些問題，嚴重影響了無人機的應用，只有對無人機動力問題、定位、控制等方面進行研究，不斷完善，才能促進無人機的應用。

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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：國網冀北電力檢修公司，學歷：本科，研究方向：電力設備運維技術，