變電站設(shè)備巡檢中無人機的應(yīng)用與探析

1、變電站設(shè)備巡檢中無人機的應(yīng)用與探析摘要：如今變電站無人值班模式在電力系統(tǒng)的廣泛推行，出現(xiàn)機構(gòu)精簡、工作 量加大的現(xiàn)實問題。加之傳統(tǒng)的巡檢任務(wù)范圍廣、工作量大、及其重復(fù)性，很容 易導(dǎo)致一部分巡檢人員產(chǎn)生厭煩心理，巡檢工作不到位。變電站無人值班模式的 進展，在一定程度上還存在因無人在現(xiàn)場及時監(jiān)視、巡視而帶來的一系列問題， 甚至留下安全運行隱患。隨著國家電網(wǎng)公司無人機巡檢技術(shù)的逐步深化應(yīng)用，無 人機應(yīng)用到變電站巡檢中可大大提高電力維護和檢修的速度，代替人工攀爬巡檢， 使許多工作能在完全帶電的環(huán)境下迅速完成，確保了用電安全。而且可將運維人 員從繁重的巡視工作中解放出來，投入到運維一體及設(shè)備診斷分析工作

2、中去，從 而提高運維工作效率，本文針對變電站設(shè)備巡檢無人機的實際應(yīng)用經(jīng)驗進行了探 析。關(guān)鍵詞：無人飛行器；變電站；巡檢；工作模式；分析引言隨著消費級無人機相關(guān)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，又有些電網(wǎng)企業(yè)將其應(yīng)用于電力線 路巡視并取得一定成效。但目前電力系統(tǒng)對無人機的應(yīng)用研究均集中在電力巡線 方面，尚無將無人機應(yīng)用于變電站巡視中的研究。因此，本文無人機在變電站巡 視中的應(yīng)用進行研究分析。1無人機介紹無人機就是利用無線遙控或程序控制來執(zhí)行特定航空任務(wù)的不載人飛行器， 指不搭載操作人員的一種動力空中飛行器。其采用空氣動力為飛行器提供所需的 升力，能夠自動飛行或遠程引導(dǎo)；既能一次性使用也能進行回收；能夠攜帶較小 型

3、負載。無人機飛行控制系統(tǒng)集成了高精度的感應(yīng)器元件，主要由陀螺儀（飛行姿態(tài) 感知），加速計，角速度計，氣壓計，GPS及指南針模塊，以及控制電路等部件 組成。通過高效的控制算法內(nèi)核，能夠精準(zhǔn)地感應(yīng)并計算出飛行器的飛行姿態(tài)等 數(shù)據(jù)，再通過主控制單元實現(xiàn)精準(zhǔn)定位懸停和自主平穩(wěn)飛行。根據(jù)機型的不同， 可以有不同類型的飛行輔助控制系統(tǒng)，有支持固定翼、多旋翼及直升機的飛行控 制系統(tǒng)。其主要功能如下：1.1實現(xiàn)精準(zhǔn)定位懸停利用GPS指南針模塊，可以實現(xiàn)鎖定經(jīng)緯度和高度的精準(zhǔn)定位。即使碰到有 風(fēng)或者其它外力的作用下，飛行控制系統(tǒng)也能通過主控制單元發(fā)出的定位指令來 自主控制飛行器以實現(xiàn)精準(zhǔn)定位懸停。1.2實現(xiàn)自動

4、巡航和自動返航飛行員能預(yù)先設(shè)置無人機飛行路線，實現(xiàn)自動巡航。飛行過程中，飛行控制 系統(tǒng)將對飛機按指定路線引航，根據(jù)既定路線進行拍攝跟蹤。飛行途中，飛行員 也可根據(jù)需要調(diào)整攝像頭觀察目標(biāo)情況。計劃任務(wù)完成后，飛機將自動返航至預(yù) 定地點，實現(xiàn)自動返航和降落，使飛行或航拍更加安全可靠。利用避碰傳感器， 飛機能在自動巡航中，安全避開障礙物，保證巡航安全。1.3實現(xiàn)穩(wěn)定拍攝飛行過程中，受風(fēng)力和操作等影響，飛機無法避免顛簸。無人機內(nèi)置的云臺 系統(tǒng)起到了穩(wěn)定拍攝的作用，能有效避免鏡頭的晃動，提高拍攝效果。1.4實現(xiàn)定點環(huán)繞在GPS信號良好的情況下，將飛行器當(dāng)前所在的坐標(biāo)點記錄為熱點。飛行器就會實現(xiàn)360度的

5、定點環(huán)繞飛行，機頭方向始終指向定點的方向。2變電站巡視無人機方案設(shè)計2.1無人機整體系統(tǒng)組成智能巡檢無人機通過定期巡檢變電站設(shè)備來實現(xiàn)變電站正常運維，它的巡檢 目標(biāo)主要是通過機器自身視覺、無線通訊與人工智能功能來實現(xiàn)自主規(guī)律性巡檢， 達到提高變電站巡檢工作自動化程度與工作效率的目的。無人機與巡視機器人在本質(zhì)上都是為各種電力檢測設(shè)備提供一個移動式平臺， 因此對于無人機在變電站中的應(yīng)用也可以借鑒巡視機器人的思路，并在此基礎(chǔ)上 進行一定的擴展。考慮到無人機在空中飛行，與地面機器人相比更適合于搭載驅(qū) 鳥設(shè)備進行驅(qū)鳥工作。因此可以將驅(qū)鳥器、可見光攝像頭和紅外攝像頭運用于無 人機上。整體系統(tǒng)包括五大部分。

6、無人機。用于搭載運動攝像機、紅外成像儀及驅(qū)鳥器，部件包括電機、電 調(diào)、飛控模塊、慣性測量單元、CPS模塊、動力電池、電源管理模塊、遙控圖傳 一體化模塊、云臺等。飛行器部分可采用四軸飛行器，450mm碳纖維機架。地面站。用于與無人機進行通訊，實現(xiàn)無人機按照設(shè)定的航跡及時間進行 自主定時飛行。通過地面站中的程序即可設(shè)定無人機的巡視策略，具體包括巡視 周期和一天之中具體的巡視時間，并與無人機上的飛控模塊、慣性測量單元、 CPS模塊配合，設(shè)定無人機自主航行的路線。運動攝像機。用于對變電站內(nèi)斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的分合閘位置及各 類設(shè)備外觀進行檢查，以判斷設(shè)備的運行工況。運動攝像機像素可采用1200萬，

7、 數(shù)據(jù)傳輸速率為30M/S，數(shù)據(jù)傳輸接口采用AV接口。紅外成像儀。用于對電力設(shè)備進行紅外成像，通過設(shè)備溫度間接判斷其導(dǎo) 電性和絕緣性等運行工況。紅外成像儀應(yīng)采用致冷型紅外成像儀，測量范圍為- 40550C，支持變焦，放大率為2-4X，最大分辨率為2C，數(shù)據(jù)傳輸接口為USB 接口。驅(qū)鳥器。用于驅(qū)逐變電站中的鳥類，防止電力設(shè)備因鳥類或鳥巢造成短路 事故。具體可采用多模式驅(qū)鳥器，包括聲光及超聲波2種驅(qū)鳥模式。驅(qū)鳥器光線 部分采用532nm的棒狀綠色激光，聲音部分可自定義加載音頻，超聲波部分采用 的頻段為1625kHz。驅(qū)鳥器可通過切換開關(guān)對具體驅(qū)鳥模式進行切換，驅(qū)鳥器 為獨立供電，即通過1.5V干電

8、池進行供電，并通過支架固定于無人機機架上。2.2變電站無人機巡檢需要注重的幾個方面由于變電站巡視與輸電巡線在具體工作環(huán)境上特點不同，因此在飛行器未來 的研究方向上也會有不同的側(cè)重點。對于變電站巡視無人機，需要著重注意以下 幾點：安全性研究。變電站中各種高壓帶電設(shè)備布局復(fù)雜，且隨著生產(chǎn)用地日趨 緊張，未來變電站建設(shè)都將朝著緊湊化的方向發(fā)展。這種情況下，如何保證飛行 器在空間狹小的高壓帶電場所安全飛行就是一個急需解決的問題。目前的基本思 路是在飛行器的巡航路線上規(guī)避此類風(fēng)險，比如在帶電場區(qū)外圍限高飛行等。精準(zhǔn)定位與控制技術(shù)研究。精準(zhǔn)控制技術(shù)對于飛行器具有至關(guān)重要的意義。 同時，精準(zhǔn)控制技術(shù)還將對飛

9、行器其它頂層功能的實現(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)控制的實現(xiàn)。目前消費級無人機多采用CPS技 術(shù)和超聲波技術(shù)進行定位，而這2種技術(shù)均存在較大的測量誤差，制約控制精度 的進一步提高。由于飛行器與機器人在定位技術(shù)上具有一定的共通之處，因此未 來對飛行器定位技術(shù)的研究可以借鑒機器人的相關(guān)技術(shù)，而飛行器定位技術(shù)的發(fā)展反過來也將促進機器人技術(shù)的發(fā)展。電源技術(shù)研究。目前電池仍是制約飛行器性能提高的瓶頸，主要問題在于 缺少充電時間短、體積小、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。3結(jié)語電力系統(tǒng)是一個結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、對可靠性要求特別高的自動化系統(tǒng)，它運行 的安全性與穩(wěn)定性將會關(guān)系到社會民生的安全，所以需要新材料以及新技術(shù)的支 撐。變電站為電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)之一，無人機在電力變電巡檢中的應(yīng)用具有十 分重要的意義，將大大提高電力系統(tǒng)自動化程度，同時減少運行人員勞動強度， 提高設(shè)備巡檢質(zhì)量。隨著變電站維護需求的不斷提升，我們還需要結(jié)合無人