关键词：变电站；无人机；变电站巡检；探讨
1.背景
当前，电力系统朝着科技化、智能化、检测综合一体化的方向发展，随着“建设坚强的智能电网”提升到国家战略层面上，国家电网和南方电网对于电网的智能化要求越来越高，变电站智能化巡检就显得尤为重要。如今一部分变电站引进智能巡检机器人辅助运行人员日常巡检工作，主要采用轨道机器人和智能导航机器人两种，前者是对室内屏柜信号灯及位置指示进行判断，后者则是对户外一次设备进行红外测温和仪表数据识别。一定程度上减轻了运行人员工作量，但仍然存在表计读数不准确、测温角度单一、行动不灵活等问题。目前，无人机在各个领域的应用非常广泛，在军事上，无人机技术非常成熟，被运用于情报侦察、军事打击、信息对抗、通信中继、后勤保障等各类战略任务，且其军事运用领域仍在不断扩大和拓展。在电力行业输电线路运维中，无人机已经能开展大量巡视测温工作，显著提升了工作效率。因此，为了提高巡检的效率和质量，实现变电设备巡检智能化，本文提出新的想法和思路，将无人机应用于变电站巡检，并探讨无人机应用于变电站日常巡检工作中所具备的优势和需改进的方面。
2.传统巡检中存在的不足
2.1异常巡检存在人身、设备风险
目前运行人员的巡检工作都是直接与运行设备打交道。设备运行过程中会发生短路、接地、放电等异常。运行人员对这些异常设备进行检查时存在跨步电压、触电、设备爆炸等风险，轻者伤残，重者人身伤亡造成无法挽回的损失。此外，对于部分巡维班组管辖的变电站分布各地，较远的变电站距离驻地车程可达3至4小时，发生异常时无法及时赶到现场进行事故汇报处理，可能会引起事故范围的扩大。
2.2巡检存在盲区、角度单一
运行人员在对设备巡视测温时，对于设备顶部则是盲区，一些设备顶部锈蚀、螺栓松动、部件脱落等缺陷则很难发现。另外，在地面进行油枕、TA、TV等油位观测时，由于是仰角观察，观测到的数据是有误差的，不能准确反应设备实际油位刻度。
2.3测温存在误差，无法远方测温
变电站测温主要依靠运行人员使用手持式红外测温仪进行测量，测量过程中人为因素较大，测量的技术技能水平存在差异性，导致测温结果误差较大。现阶段，变电站远方巡视主要通过站内视屏监控系统对一次设备外观进行观察，但摄像头无法测温、清晰度不够、通道容易中断等问题致使通过视频监控进行远方巡视意义不大。
2.4人力物力投资较大
运行人员日常巡检中，需要手持测温仪对全站设备、导线以及各连接部位进行扫描并记录，在占地面积较广的变电站，比如220kV某变电站占地22920㎡，对开关场所有设备测温一遍需要行走约三公里，再加上日常巡检中还要记录断路器SF6气体压力值、断路器动作次数、避雷器泄露电流等，需要行走的路程就更多，以两人巡检计算，巡检时长可达7至8小时。
2.5机器人巡检不够灵活
目前，部分变电站引进轨道机器人和智能巡检机器人辅助运行人员巡检，一定程度上节省了工作人员的巡检时间，但机器还是会存在数据读取错误或无法识别的情况，还需要运行人员重新校核记录。同时，机器人行动不够灵活，只能按照即定的路线进行巡检，无法对设备做到各个角度全覆盖，对一些安装位置特殊的表计识别率不好。
3.无人机巡检的优势
3.1有效管控人身、设备风险
无人机巡检通过遥控飞机对站内设备进行巡视，运行人员远离带电设备，在对设备进行检查时可有效杜绝电伤、烧伤、炸伤等人身安全事故。此外，巡维班组管辖较远的变电站可以放置一台无人机，除了日常巡检工作外，当发生异常时，可以远程操控对事故进行简单的判断，及时隔离异常设备，防止事故扩大，造成更大的损失。
3.2全方位视角判断设备工况
利用无人机进行巡检时可有效解决传统巡检存在盲区和角度单一的问题，利用无人机的机动性不仅可以通过俯视、侧视、平视等多个视角全方位观察，还可以调节摄像头焦距近距离仔细观察设备情况。对于一些油位刻度、SF6压力值测量仪表安装位置较高的，利用无人机直接近距离准确读取。在广视野范模式下可以对多处设备的温度进行比对分析，准确判断设备实际工况（如下图中白色方框内为选择分析部分，对应左上角温度显示值）。
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3.3远方巡检测温
利用无人机巡视测温远距离巡检传输到多媒体，不仅可以对偏远变电站实时远方巡视测温，弥补传统远方巡视的不足，还可供多人实时查看巡检测温情况，消除了不同测温人员造成的测量误差，从而准确判断设备发热情况，以便及时发现设备隐患，快速安排消缺。
3.4自动巡航节省人力物力
通过无人机可以按照校验好的航线巡航，运行人员无需进行实时监控，只需在巡航完成后观看巡航结果即可，大大减少人力付出。此外，对于巡维中心管辖较偏远的变电站经常会遇到线路故障跳闸、误发信号、主变过负荷等需要运行人员现场检查设备和测温，若利用无人机进行变电站巡检和异常检查测温，通过网络传输到驻地进行判断，不仅能降低行车风险，还大大减少了所出动的人力和物力。
通过以上分析，针对常规220kV变电站传统巡检、智能机器人辅助巡检和无人机巡检三种巡检方式的优缺点制定了一个简要的分析表格，不难看出无人机巡检是具有一定优势的。
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表1. 三种巡检方式优劣对比表
4.无人机巡检需改进之处及解决思路
通过上面的实践讨论，利用无人机巡检不仅方便了运行人员的日常巡检工作，还能提高巡检质量，但由于变电站内电场磁场强度较大，设备分布密集，对绝缘、防坠措施要求较高等问题，下面分析需要改进的方面并提出解决思路以供探讨：
4.1优化绝缘、防坠措施
变电站内运行设备电压等级比较高，飞行过程中如果无人机失控坠落，加之无人机飞行没有可靠的绝缘防护措施，就会与运行设备接触发生放电，不仅烧毁无人机，还会对电网稳定运行产生影响。为此提出几点解决思路供探讨：一是，从工程设计方面采用理想的绝缘材料制造无人机部件，或者在无人机机身加装保护笼，防止无人机坠毁或坠落时悬挂在带电设备上；二是，从技术层面考虑，利用自主避障功能设计一种防止坠落于站内设备或导线的系统，当无人机失控时会自动启动防坠系统，自主降落在无设备地面上。
4.2加强密集设备中的可操控性
变电站内设备分布密集，导线与导线之间距离较近，无人机在操控过程中容易撞毁或导致设备相间短路。为此，本文提出几个优化思路：一是，购置体积更小的无人机，在密集型设备中能够安全穿梭；二是，根据变电站飞行要求改进无人机防碰撞规避技术，在现有的基于航迹规划、基于制导律设计、基于约束优化建模等技术的基础上，加入变电站各电压等级安全作业距离参数，实现无人机在站内密集设备之间的防碰撞规避。也可以模拟人类大脑的认知发育机制，研究无人机的认知防碰撞控制方法；三是，加强飞行员培训，逐步掌握飞行于密集设备间的方法和技巧。
4.3加强抗干扰能力
在变电站的强电磁场环境中，干扰的强烈程度主要和距离设备的远近以及负荷大小有关，通过表2一组实测带电线路场强数据不难发现距离带电导线越近电磁场就越强。此外，电力设备承载的负荷越大，电磁场就越强，无人机就容易受到干扰，如低压高负荷的线路间隔，就非常容易受到干扰，多条出线之间的电磁耦合还会形成串扰。这些干扰都会导致无人机信号失真、测控受扰、导航受限。要解决这些问题，本文提出两个思路：一是，在工程设计上主要考虑抗电磁干扰设计，无人机的重要元器件加装屏蔽装置，或是直接采用抗电磁干扰的元器件来制作无人机；二是，在技术层面上合理采用抗干扰技术，如扩频抗干扰技术、自适应干扰抑制技术以及信源与信道编码技术等，提高无人机抗干扰能力。
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5.结束语
无人机应用在变电站日常设备巡检以及设备异常前期观察判断方面相比较传统巡检具有一定的优势。它不仅弥补运行人员无法全视角检测电力设备工况，还大大减少巡检人员户外工作强度，提高了巡检人员的安全，从而提高运行人员的工作效率，减少设备隐患导致的电力事故。对于推进智能电网自动化建设也有积极作用。
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[3]魏瑞轩,许卓凡,张启瑞.无人机自主防碰撞控制技术新进展.科技导报,2017.
论文作者:缪通、刘宇
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 第18期
论文发表时间:2020/4/9
标签：无人机论文; 测温论文; 变电站论文; 设备论文; 人员论文; 站内论文; 技术论文; 《当代电力文化》2019年 第18期论文;