微型無人機在220kV變電站高空巡檢中的應用

唐麗媛，楊占東，李 強，聶 瑞，尹宏杰，賈 燁

(包頭供電局，內蒙古 包頭 014030)

在提高供電系統可靠性方面，變電設備的安全穩定運行起著重要作用[1-3]。然而變電站內新設備投運的不穩定以及老舊設備隱患容易造成設備故障和異常，特別是變電設備上方區域存在巡視盲區，需要進行全面的隱患排查[4-5]。常規高空設備巡視是由變電站運維人員在地面遠距離巡視，人眼不能精細辨別，借助望遠鏡效果亦不明顯，無法及時消除設備隱患[6-8]。需要引入先進的巡檢技術手段，來彌補人眼角度單一、可視精度差、巡檢效率低等問題[9-11]。

為了解決以上問題，包頭供電局變電運行專業引入微型無人機用于220kV變電站的高空巡檢，這也是蒙西電網的首次應用。協助變電站運維人員進行遠距離巡視、高空俯瞰巡視和周邊100m范圍的安保巡視等，取得了較好的效果。筆者針對微型無人機的應用情況，詳細介紹了技術實施方案、安全管控措施、無人機巡視作業的缺陷上報和評估等，能夠為同行業無人機的應用提供一定的指導意見。

1 技術實施方案

1.1 無人機搭載的裝備設置

引入大疆御2型號無人機，體型較小，可控性和穩定性較強，抗干擾能力適合變電站高空巡檢。此外，設置搭載高清相機，對變電高空設備進行近距離的巡視和檢查，多角度拍攝高清圖片；設置存儲設備照片的功能，用于缺陷定級、上報，為檢修人員準備設備型號和參數提供高清數據資料；搭載無線發射裝置，將無人機拍攝的視頻實時傳輸。

1.2 無人機的巡檢模式

1.2.1 保險巡視。無人機巡視(以下簡稱“機巡”)是變電站高空巡檢重要的保險方式，按照距離超過高空設備5m的高度，一是沿變電站設備區主環路，對環路包圍圈內高空設備、設施進行巡視；二是沿變電站圍墻四周飛行巡視。重點針對變電站設備上方的巡視“死角”，如設備連接引線、螺絲防脫銷、 避雷針、架構螺栓及焊接部分、設備頂部、設備絕緣部分等進行全覆蓋巡視；對人工巡視高處設備的疑似異常進行再一次的甄別、判斷，精準定級設備缺陷和隱患。“機巡”實現了變電站高空巡檢的無盲區巡視和檢查，是人工巡視的重要保險，保證巡視范圍的全覆蓋，大幅提高巡檢效率。

1.2.2 安保巡視。對變電站周圍100m的高空范圍進行安保巡視，沿外周邊進行環路巡檢，針對設備、設施、漂浮物及出線電纜頭等情況進行詳細的檢查，發現異常及時處理，大幅減輕人員的勞動強度。

1.2.3 隱患復查巡視。按照“兩段式”隱患復查進行無人機再巡視，制定必要的風險管控方案，避免設備事故停電的發生。“一段”隱患復查為變電站運維人員按照“列入計劃—跟蹤巡視—管控風險”工作流程，應用無人機進行設備缺陷和隱患處理前的跟蹤巡視，掌握設備隱患發展的程度，實時調整管控措施，避免由缺陷隱患發展為事故。“二段”隱患復查為變電站運維人員按照“缺陷處理—隱患復查—缺陷消除—效果評估”工作流程，在驗收后應用無人機對高空處理部位做重點復查巡視，規定缺陷處理后對消缺設備進行復查并記錄，以保證缺陷隱患徹底消除。

1.2.4 特殊巡視。根據變電運行的特殊情況，適當增加無人機的特巡。如可能影響設備運行狀況的特殊天氣過后；設備經過檢修、改造或長期停運后重新投入系統運行后；設備發生過負載或負載劇增、超溫、發熱、系統沖擊、跳閘等異常情況時[12]；存在發生較大電網事故(事件)風險時段。

2 安全管控措施

整合巡視方案、周期和路線，開展“三級”巡視安保機制，實施無人機作業的全過程安全管控。

2.1 一級開展巡視前期安全保障

無人機巡視之前，對工作現場的安全要素進行詳細檢查。對無人機帶電量、各部件安全穩定狀態進行檢查，確保無人機工況正常后再開展巡視。對無人機作業環境進行評估，提前判定是否有雨、雪、雷電等特殊天氣，確定風力、氣溫合適后再開展巡視。重點檢查無人機作業人員是否持證上崗、是否酒后上崗、情緒是否正常等，檢查合適后允許上崗。向無人機作業人員進行現場專門安全技術交底，告知巡視路線，控制措施及注意事項等。

2.2 二級開展巡視期間安全管控

設立“安全監護崗”，對變電站內重點設備附近、站外周邊環境重點部位巡檢過程進行定點安全監護，并對定點位置的安全情況進行評估，遇到可能影響安全的特殊情況時，及時發出安全管控預警。“安全監護崗”負責跟隨無人機進行移動監護，實時觀測無人機的安全情況和周邊可能出現影響安全的不穩定因素，及時發出預警。人防、機防相結合，實時監護，隨時控制，進行巡視作業期間的安全管控。

2.3 三級開展巡視后期安全評估

在巡視作業結束后：①開展現場安全措施的撤除和收尾工作，對巡視作業全過程安全情況進行總結和評估，重點分析存在的安全問題和教訓，詳細總結安全管控經驗；②針對作業現場的情況進行專題討論和培訓，在其他運維站進行更為有效地推廣，為下一次無人機巡檢作業做好現場安全管控的準備措施提供依據。

3 缺陷上報方案

按照“輕量級+精細化”分析機制進行缺陷上報，實行無人機作業的數據采集-數據整理-數據分析-信息提取-結論上報的閉環處理。

3.1 “輕量級”缺陷識別處理

“輕量級”是指采集巡檢現場數據，并輕量級整理疑難缺陷數據信息，即全程可視、數據可看，實時上報初級缺陷。利用無線傳輸技術，將無人機拍攝的視頻實時傳輸，運行人員與無人機同視角巡視，同步判別缺陷、隱患。缺陷表征明顯，運行人員留存圖片資料，隨即上報缺陷。缺陷表征不明顯，現場運行無法精確判別時，控制無人機懸停在疑似缺陷位置對設備進行精確巡檢，多角度拍攝高清圖片，并上傳至輕量級分析客戶端。分析軟件將圖片信息按照缺陷類別進行初步的分類存儲，以便技術人員再次分析。

3.2 “精細化”缺陷分析處理

“精細化”是指精準細致分析缺陷數據，提取準確的缺陷和隱患信息，準確上報缺陷。現場運行人員將輕量級分類存儲的疑似缺陷圖片推送至設備隱患分析小組，放大研究疑點部位，有針對性地“精細化”分析處理，指導現場運行人員準確上報缺陷。技術小組無法判別時，通過遠程會議系統，聯合專業部門進行遠程會診，精準定級設備缺陷。“精細化”缺陷分析處理后，技術人員指導現場運行人員精準填寫疑難缺陷部件、部位描述，完成缺陷上報工作。有效開展專業故障分析和缺陷治理，為設備狀態檢修、科學選型提供依據。

4 評估作業方案

受5S現場管理法的啟發[13]，綜合考慮無人機作業的情況，結合“兩段式”隱患復查和缺陷上報的結果，提出4S工作法，即“整理(Shiri)、整頓(Seiton)、清掃(Seiso)、素養(Shitsuke)”，精準評估無人機作業的高空巡檢質量。

4.1 整理

將巡視成果分類，無須復查的直接處理，需要跟蹤的缺陷隱患，按照類別建立設備缺陷跟蹤臺賬。

4.2 整頓

標準化整理巡視結果，建立無人機巡視臺賬，詳細記錄巡視次數、結果以及缺陷定級，準確評價高空巡檢的效率。

4.3 清掃

建立變電設備盲區消除臺賬，精準評價設備盲區的掃除情況。

4.4 素養

結合以上臺賬內容，精準評估無人機高空巡檢的質量，為制定和改善巡視計劃、方案、效益分析等提供有力依據。

5 應用實例

2020年3月，在包頭供電局220kV古城變電站和興勝變電站進行了微型無人機的首次應用(見圖1)，嚴格按照技術人員制定的技術實施方案、安全管控措施和缺陷上報方案等進行變電站高空巡檢工作，取得了突破性的巡視成果。

圖1 無人機俯視拍攝高清圖片

“機巡”掃清了變電站室外高空設備的巡視盲區，共發現缺陷和隱患29處，均得到了及時的處理。其中發現一次設備連接引線螺絲缺少開口銷子10處(見圖2)，避免了母線脫落引起的母差保護動作，消除其可能導致的220kV出線失電跳閘而引發嚴重電網事故的風險；發現避雷針、架構螺栓及焊接部分銹蝕17處(見圖3)，避免了避雷針掉落在變電設備而引發的重大設備故障；發現主變頂部銹蝕及金屬異物(鐵絲)2處，避免了主變套管故障，消除其可能引起主變相間故障的隱患。

圖2 設備連接引線螺絲缺少開口銷子

圖3 避雷針、架構螺栓及焊接部分銹蝕

微型無人機的應用提升了變電站室外高空設備和周邊100m范圍的巡檢效率，傳統的“手持望遠鏡”式全站巡視一次的時間約4h，而使用無人機巡視時間約1h；提升了人員攀爬特高設備的效率，如避雷針、門型架構等，傳統的人力平均攀爬檢查1根避雷針約1h，而無人機巡視和檢查只需10min，極大減輕人力勞動強度。

6 結束語

微型無人機用于變電站高空巡檢是蒙西電網變電運行專業的首次突破，解決了困擾變電運維人員檢查高空設備的“盲區”問題，使得變電站室外高空設備和周邊100m范圍內的巡視和檢查能夠高效率、全覆蓋、無遺漏，減少設備停電時間，消除設備重大安全隱患，全面提升設備健康水平，電網運行更好地契合地區的工業智能化發展趨勢。

由于變電站磁場環境復雜，本次微型無人機的應用也僅限于兩座220kV變電站的初步使用，巡視路線相對簡單，未深入變電站磁場密集處進行更為細致的巡檢。但是本次積累的飛行經驗、建立的巡視臺賬、巡檢質量的評估以及取得的巡視成果為下一次無人機巡檢作業提供了寶貴的依據。無人機大范圍應用于變電站巡檢是未來發展的方向，也是助力智能化無人變電運維發展趨勢的重要幫手，能夠推進企業高質量。