小型多旋翼無人機在變電站的應用

潘國清，陳延秋，鐘昀昊，王牧川

（廣東電網有限責任公司廣州供電局，廣東 廣州 510000）

目前變電站的巡視工作主要依靠人工完成，但隨著變電站數量的大幅增加及運維人員的減少，完全依靠人工巡視很難維持正常工作，且人工巡視也存在一定的巡視盲區。近年來，在一些變電站試點應用巡視機器人一定程度上能達到機器代人的效果[1]，但應用經驗表明，巡視機器人響應速度慢，極易受戶外運行環境影響，運行穩定性差。無人機具有響應速度快、飛行靈活等特點，利用它搭載的拍攝設備開展拍攝、巡視等工作，具有其他智能終端無法比擬的優勢，近年來在各行各業都得到了運用，并極大提高了生產效率。雖然變電站運行環境復雜，對安全運行的要求極高，但近年來，隨著無人機技術的發展，體積小、定位精確、續航能力強、抗干擾能力強的小型多旋翼無人機，通過搭載不同類型的拍攝設備，在變電站得到日益廣泛的應用，并發揮了不可取代的作用[2-3]。

為此，本文介紹了變電站廣泛應用的小型多旋翼無人機系統的組成部分及其飛行控制模式，并結合變電站運維策略要求，分析了小型多旋翼無人機在變電站的應用場景。最后，根據實際運維經驗，提出變電站無人機系統的運用注意事項。

1 變電站無人機系統飛行控制模式

由于變電站對安全運行要求較高，且站內設備布置密集，變電站內多部署小型多旋翼無人機系統。小型多旋翼無人機系統由無人機、無人機機庫、微氣象系統、定位系統、網絡及監控后臺組成。無人機通過搭載的可見光和紅外鏡頭，實現可見光和紅外拍攝，并通過網絡通信設備實現無人機與本地監控后臺及遠程集控后臺的信息交互[4]。

無人機的飛行模式分為全自主飛行和手動操作飛行2 種。其中，全自主飛行指無人機系統根據預先設定的巡視航點，在相鄰的航點之間通過直線飛行，形成線路等參數信息，一鍵完成巡視任務，全過程無需人工干預[5]；手動操作飛行指操作人員手動操作無人機，根據巡視目的完成相關任務。2 種飛行控制模式相比，全自主飛行通過提前規劃航線，并驗證航線的安全性和實用性，能充分發揮無人機系統的智能功能，減少對操作人員的依賴，提高無人機飛行的安全性；但自主飛行受制于提前規劃的無人機航線，無法靈活變化。手動操作飛行可以根據實際需要，實時控制飛機的飛行軌跡，并對目標設備進行巡視，具有很強的靈活性；但手動飛行的安全性與操作人員直接相關，依賴于操作人員的技術技能水平?？紤]到變電站內的復雜環境及對安全的要求，一般采取自動飛行的控制模式。

2 變電站小型多旋翼無人機應用場景分析

考慮到無人機高空飛行、響應速度快等特點，利用無人機搭載的可見光和紅外攝像頭可實現對變電站戶外敞開式設備及運行環境的巡視檢查[6]。目前，結合變電站運維策略發現，變電站小型多旋翼無人機巡視應用場景包括以下幾種。

2.1 變電站周邊風險特巡

傳統變電站周邊風險特巡通過人工巡視方式實現，但戶外變電站普遍位置偏遠、周邊環境復雜，采取人巡方式具有工作量大、覆蓋面小、受環境限制多等缺點。

無人機飛行高度高、巡視視野廣，利用無人機沿著變電站周界飛行，開展周邊風險巡視，可以最大化發揮無人機的優勢，實現無死角、全方位巡視。通過設置無人機的飛行航點，以及調整無人機搭載攝像頭的拍攝角度，甚至可以實現變電站周邊300 m 或500 m范圍內巡視，從而發現變電站周邊建筑物隱患和施工作業隱患等（如圖1 所示）。

圖1 無人機巡視時發現變電站周邊的施工隱患

2.2 變電站建筑物、構筑物特巡

利用變電站無人機高空巡視的特點，對變電站建筑物及構筑物開展特巡，具有傳統人工特巡不可比擬的優勢，包括建筑物天面是否積水（如圖2 所示）、下水口是否堵塞、建筑物及構筑物是否傾斜及存在裂縫等。此外，針對臺風雷雨惡劣天氣應急響應前后，利用無人機對全站開展特巡，檢查變電站內門窗、箱體門關閉情況及站內是否存在飄掛物、圍墻是否受損等。

圖2 無人機巡視時發現變電站建筑物樓頂有積水

2.3 變電站設備特巡

無人機巡視雖不能覆蓋戶外設備的所有巡視項目，但利用無人機高空飛行及搭載紅外攝像頭的特點，可以開展各類設備特巡，并具有其他巡視方式無可比擬的優勢。例如，針對某個或某幾個間隔開展保供電特巡，檢查設備外觀、運行環境，并進行紅外測溫；當氣溫驟降啟動防寒特巡時，利用無人機對變電站一次設備油位、氣壓、母線伸縮節位置等開展特巡；當設備重過載或啟動高溫高負荷特巡時，利用無人機對重過載設備進行紅外測溫，并檢查設備油位、油溫等是否正常。無人機巡視時發現設備接頭發熱如圖3所示。

圖3 無人機巡視時發現設備接頭發熱

2.4 事故應急檢查

目前變電站事故跳閘后的一次設備應急檢查普遍采用人工現場檢查或視頻系統檢查的方式。傳統人工現場檢查響應速度慢，而視頻系統檢查由于紅外攝像頭布點不足，一般只能實現對設備外觀的檢查，無法進行設備測溫。而無人機巡視能彌補以上2 種方式的不足。通過提前規劃變電站無人機巡視航線，可對變電站進行快速巡視，從而在設備跳閘后，及時對設備的外觀、紅外成像及周邊環境進行巡視，有效提高設備檢查效率。無人機巡視時發現主變頂部有異物如圖4所示。

圖4 無人機巡視時發現主變頂部有異物

3 變電站無人機巡視注意事項

3.1 無人機巡視安全管控

變電站是電力輸送的樞紐，在電網中具有舉足輕重的作用，變電站無人機巡視應以安全為前提?？紤]到變電站內設備布置密集，在變電站內選用的無人機機型不宜過大，確保無人機在變電站內飛行時與設備保持足夠的安全距離[7]。避免無人機發生異常時摔落到設備上引起設備短路故障，無人機的飛行航線不應跨越變壓器低壓側母線橋及并聯電容器、電抗器等相間距離很小的設備，且無人機的懸停航點不應設置在設備的正上方或下方。所有自動飛行的航線均應經過首飛驗證，方可投入運行，即無人機首次執行自動飛行航線任務時，現場由應急人員手持遙控器密切觀察無人機的飛行情況，一旦出現突發狀況，能夠第一時間進行干預，避免現場設備及無人機發送故障。變電站設備或建筑物發生改變后，應及時開展變電站掃描建模，并重新規劃航線，確保航線首飛驗證安全無誤后，方可將航線投入使用，且原有舊航線不得繼續使用。采取全自主飛行模式時，無人機起飛前，操作人員應通過各種方式確認現場不存在影響無人機飛行的工作，同時飛行過程中應密切關注無人機的飛行狀況，直到無人機完成巡視任務，必要時人工干預進行應急處置。

3.2 無人機巡視策略

無人機高空飛行，能有效實現對高處設備和周邊環境的巡視?？紤]到作業安全，無人機飛行高度原則上不得低于2 m，且必須與帶電設備保持足夠的安全距離，因此，變電站無人機巡視無法實現對設備的全覆蓋，包括低處的一些表計讀數的拍攝及設備箱體內部的檢查[8]。由此可知，無人機無法完全取代人工開展設備巡視?？紤]到無人機巡視的視角與人工巡視有所不同，利用無人機巡視作為人工巡視的補充，能充分彌補人工巡視的不足，實現對設備的全面巡視。此外，充分利用無人機的紅外攝像頭開展紅外測溫，可有效彌補固定攝像頭不具有紅外測溫功能的短板，從而實現遠程紅外測溫。

因此，充分發揮不同巡視終端和人工巡視的優勢，并相互彌補各自的不足，建立人機協同的巡視策略，是未來變電站巡視的方向。明確不同巡視終端及運行人員的巡視職責分工及巡視周期，進而在充分發揮智能終端作用的同時，提升整體巡視效率，是一個重要的研究課題。

4 結束語

搭載各類拍攝設備的小型多旋翼無人機具有體積小、飛行靈活、響應速度快、功能齊全等特點，可有效彌補變電站內現有人工巡視及其他智能終端巡視的不足。通過充分發揮無人機的特點，挖掘各種應用場景，在變電站內采取多種巡視方式協同的巡視策略，可大大提升巡視效能，必將成為未來變電站巡視的發展趨勢。關注無人機巡視作業安全，建立涵蓋無人機巡視全流程的安全管控策略，具有重要意義。