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摘要：随着我国社会经济的迅猛发展，我国的科研水平也有了显著的提高，通过开展研究变电站巡检无人机技术，可以使我国的变电站更好的开展巡检工作，使变电站的巡检工作由传统的人工巡检，转换为无人机自动巡检，有效的避免出现人为失误问题的出现，还可以 24 小时自动化巡检，提高巡检工作的效率，保证变电站设备的可靠性的安全性，切实的维护变电站的功能性，使变电站可以更好的发挥作用。
关键词：变电站；无人机；巡检技术；具体应用
引言
无人机技术在电力巡检中的应用研究为电力线路巡检作业提供了新的解决方案，从电力巡检作业信息化管理、信息实时采集与传输、巡检结果的智能化管理、工作考核等方面提供了有效的技术支持。随着无人机巡检系统在电力巡检作业中的不断实践以及北斗导航系统在无人机巡检系统中的应用，无人机巡线将成为更加安全高效的巡检作业方法，有利于实现电力巡检自动化、信息化管理，加快电网智能化巡检作业的步伐。
1无人机技术简介
无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操控的无人驾驶航空器的简称（UAV），无人机、控制站、通信系统和设备保障系统共同构成了无人机系统。（1）无人机。为满足工业控制的要求，无人机需要具备以下特点：首先，为保证无人机在空中飞行稳定，可以适应不同的工况，其外形设计需要合理；其次，具备足够的载荷能力，以保证能够搭载信息采集系统和不同的任务设备；第三，可以完成特定的工作任务，如电力线路巡检、清障作业、架线作业、自主巡检等；最后，具备远程无线图传和定位功能等。（2）控制站（GCS）。控制站是无人机系统的重要组成部分，为无人机操控人员提供人机接口和工作环境等。主要负责无人机的航线规划、起飞与降落、任务执行与管理、信息采集、控制计算和紧急情况处理等。（3）通信系统。通信系统起到连接无人机和控制站的桥梁作用，实现两者之间控制信息、任务载荷信息、无人机状态信息、图像视频等数据信息的传输。（4）设备保障系统。主要为无人机正常作业提供必要的技术支持和安全保障，满足无人机野外作业时需要的电力、油类等需求，实现转场作业的要求。
2无人机辅助巡视飞控系统
无人机辅助巡视飞控系统主要包括了云台设计、姿态采集、数据分析及系统控制 4 个部分，涉及“飞行控制”和“巡视作业”两个阶段。无人机从地面飞行到巡视目标、实行巡视作业以及完成巡视任务后返回地面的控制过程，属于“飞行控制”；无人机在实施巡视作业时，对巡视目标进行拍照、摄像的过程，称为“巡视作业”。云台设计主要是为了给姿态控制子系统和图像采集子系统提供必要的支撑平台，以便实现减震与稳定，增加其他子系统的工作寿命，并提高可见光、红外光拍摄的图像质量。姿态采集主要是指为了实现无人机自主飞行和遇险避让，无人机所具备的飞行姿态、飞行速度、飞行航向等参数信息的采集；由于采集到的数据夹杂着大量的噪声和无用信息，无法直接用于姿态的调整，需要进一步的处理，这一过程就是数据分析。而系统控制则是为了完成以上功能，整个系统对各个子系统的时钟、数据等信息进行控制，以实现整体的稳定。无人机飞控系统的控制信号通过无线 4G 网络与地面无人机操控端进行通讯，而巡视人员在地面通过无人机操控端查看无人机飞行的实时数据。
3无人机在变电站的应用
随着无人机技术的不断完善，越来越多的行业开始依照自身特点量身打造适合自己的无人机，利用无人机，可以近距离全方位监视变电站运行设备的状态，弥补常规巡视监控的不足，使巡视再无“死角”。
3.1 无人机应用实例
案例1：在某换流站2016年度检修中，首次采用“无人机”对站内48座直流区域避雷线塔进行避雷线防脱销检查，只用半天时间就完成全部检查工作，而且有实时影像信息。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆较过去人员攀爬检查时间上节省了4天，而且有实时影像更具说服力，没有人员攀爬中的跌落风险。换流站检修中均采用此方法对避雷线塔进行隐患排查。
案例2：在某换流站维护人员日常巡视中，发现直流场某零磁通互感器外壳有“黑点”，使用望远镜观察后由于“黑点”靠近互感器上方“死角”无法明确。通过无人机安全区域升空后，飞至互感器正上方对“黑点”区域摄像头拉近观察后，确定互感器上方绝缘开裂，上报相关单位并附带照片说明，得到了及时处理。
3.2 巡检机器人偏离预定设定路径
机器人开始任务前的位置状态存在偏差，在机器人运行过一段时间后，初始位置状态的偏差会被放大，出现偏离预定设定路径的问题。因偏离预定设定路径，机器人有可能会：（1）驶入道路边缘，发生侧翻，损坏机器人。（2）卡在高压场地某个角落来回移动，调整路径失败，直到电池电量耗尽，需要值班员人工推动机器人回到充电室中进行充电。（3）无法正确定位，未能正确拍摄到设备或仪表，不能完成预定的巡检任务。机器人运动空间只能是二维平面模式，而应用无人机将是三维立体模式。无人机地面基站系统可建立变电站电子地图，采用三维坐标系OXYZ，先选取一个零坐标点（0，0，0），对变电站的所有设备巡视点位及飞行空间建立一个数据库，无人机在运行过程中，与数据库实时通信，采用高精度导航定位技术、视觉导航定位功能进行导航。目前的无人机技术，动态定位精度最高可达厘米级，理论上可精确地得到变电站内任意位置的坐标。应用无人机地面基站控制，可设定无人机的巡视策略，具体包括巡视周期和一天之中具体的巡视时间，以及设定无人机自主航行的路线。
3.3 巡检机器人表计读数不准确
巡检机器人的表计读数一般有主变油位、油温、绕组温度；断路器SF 6 压力值、开关动作次数；避雷器泄漏电流、动作次数；套管、电压互感器等充油类设备油位指示等。巡检机器人在实际运行中，由于机器人镜头精度、对焦、距离和角度等因素，无法对所拍摄照片中表计的读数进行准确识别，经常误告警，使得值班运维人员花费了大量时间确认告警信息。应用无人机，携带高分辨率可见光摄像头，除变电站存在设备本身的表计刻度模糊、镜面脏污等问题外，对于安装位置较高的表计，无人机可以上下调节摄像头高度，还可以远近调节与表计距离，使摄像头垂直正对表计，从而避免因对焦、距离和角度等因素造成的误差。
3.4 巡检机器人红外测温准确性问题
巡检机器人的测温准确性受多方面影响，镜头精度、对焦、距离和角度等都会影响所测设备温度。《变电站智能机器人巡检系统运维规范》中规定：对于主变等大型设备要求360°全覆盖，如主变本体，要求从正面、背面、左面和右面进行巡检，以确认主变无渗漏油、破损、锈蚀，测温正常；对于隔离开关等柱型设备，要求进行不少于两个方向的外观拍摄和红外测温，以确认无歪斜、破损、裂纹、渗漏油，测温正常。但巡检机器人是在场地二维平面行驶的，对于处于高处的设备，红外测温仪角度上仰，与设备成一定夹角，其测温往往低于设备实际温度，并不准确。相比之下，应用无人机可以完美避免这些问题。无人机红外测温具有三维立体，突破二维空间的限制全方位无死角测温，测温速度快、范围广等优点。搭载红外成像仪的无人机，热像仪的热分布可视化、测温等特性能够有效地发现设备发热点，及时发现设备缺陷，保障设备安全稳定运行。应用无人机代替巡检机器人，可以按照《变电站智能机器人巡检系统运维规范》中的相关规定完成测温任务。
结束语
科学技术的发展带来的不只是生活方式的改变，更多的是传统观念的提升与转变，只有敢去大胆的设想未来，那未来才会更加值得期待，更加朝着美好的方向发展。
参考文献：
[1]国家电网公司运维检修部.电网设备带电检测技术[M].北京：中国电力出版社，2014.
[2]段连飞，章炜，黄瑞祥.无人机任务载荷[M].西安：西北工业大学出版社，2017.
[3]张祥全，苏建军.架空输电线路无人机巡检技术[M].北京：中国电力出版社，2016.
论文作者:赵帅,余虹洁
论文发表刊物:《河南电力》2019年6期
论文发表时间:2019/12/11
标签：无人机论文; 测温论文; 变电站论文; 作业论文; 机器人论文; 设备论文; 系统论文; 《河南电力》2019年6期论文;