運用無人機智能巡檢技術提升運行人員運維水平和效率

劉宸豐

（廣東電網有限責任公司梅州供電局）

0 引言

變電站無人機智能巡檢是通過航測無人機基于傾斜攝影技術采集圖像數據，由圖像數據解算得到的高精度實景模型，再由激光雷達掃描獲取符合自動巡檢精度要求的點云數據，兩者合并得到變電站模型，在變電站模型的基礎上規劃航線，并經由無人機和簡易機巢實現無人機對戶外設備的外觀巡視、表計巡視和紅外測溫的技術［1］。

目前變電站無人機自動巡檢相關工作大部分已移交生產指揮中心智能作業班單軌運行，但運行人員仍可借助無人機開展設備運維工作，通過無人機調度監控系統遠程下發飛行任務，實現對設備的遠程監控和巡視，從而減少往返各變電站需要的時間和成本，為運維工作減負增效，達到事半功倍的效果。變電站無人機智能巡檢技術原理圖如圖1所示［2］。

圖1 變電站無人機智能巡檢技術原理圖

1 使用變電站模型進行安全距離勘察

根據《中國南方電網有限責任公司電力安全工作規程》，人員、工具與材料在作業時與帶電設備的安全距離應大于表1的規定，起重機、高空作業車、叉車和鏟車等施工機械在靠近帶電部分工作時正?；顒臃秶c帶電設備的安全距離應大于表2的規定。

表1 人員、工具及材料與設備帶電部分的安全距離

表2 施工機械操作正?；顒臃秶c帶電設備的安全距離

變電站進行大型施工前，運行人員必須要求施工方提交經審批的施工方案，包括組織措施、安全措施、技術措施等。變電站內構架導線安裝、變電站內一次設備吊裝等典型的大型施工作業存在與帶電設備的安全距離難以測量的問題。一旦與帶電設備安全距離計算錯誤，容易在施工中發生人身觸電、設備跳閘、母線失壓等事故事件。難以測量的安全距離給現場勘查、施工方案編寫與現場作業帶來困難，給運行人員在作業現場的管控造成壓力。

無人機智能巡檢技術在實施過程中采集的實景模型和點云模型包含變電站內所有設備的位置信息與圖像信息，可通過變電站模型直接測算變電站內任意一個點到另一個點之間的距離。根據《35-500kV變電站多旋翼無人機自動巡檢航線規劃技術規范》，目前變電站點云和實景數據模型精度均不低于±0.1m，滿足測量要求，且由軟件直接測算，無需人員現場測量。

以某站擴建間隔工程設備吊裝作業為例，該工程施工需吊車進站對新建110kV線路間隔設備進行吊裝作業，吊車吊臂與母線帶電部分的距離決定了施工過程中母線是否需要配合停電，而吊車與右側帶電母線的距離難以目測，施工現場情況如圖2所示。

圖2 設備吊裝施工平面布置圖

在此情況下，可以借助無人機巡視航線規劃軟件進行精確測量，在變電站的實景模型和點云模型數據中選擇母線帶電部分邊緣與預計吊裝的110kV隔離開關支柱位置即可一鍵測算距離。根據平面布置圖，110kV隔離開關支柱距離母線最近的一相為吊車與母線的最近距離，其吊裝高度為4.5m，選取隔離開關支柱所在地面，再選取母線帶電部分，測量結果為9.936m，算得吊臂與母線帶電部分可能的最近距離為9.936－4.5＝5.436m，滿足表2大于4.5m的要求，作業時母線無需配合停電。由此可見，運用無人機智能巡檢技術可以解決一直困擾運行人員的一些難題，提升運維水平。測量吊裝地點與設備帶電部分距離如圖3所示。

圖3 測量吊裝地點與設備帶電部分距離示例

2 “人巡＋機巡”紅外測溫模式

2.1 人巡盲點測溫

電氣設備紅外熱成像檢測，簡稱紅外測溫，是直接為保證電力安全生產服務的一項帶電檢測技術。通過紅外測溫，可以找出設備的缺陷和異常情況，為設備檢修提供依據，為開展設備狀態檢修創造條件，提高設備檢修質量、提高輸變電設施和用戶供電可靠率，以保證電網的安全運行。

傳統的人巡測溫主要從地面向設備測溫，在設備下方測量，存在測溫盲點。而無人機主要從空中拍攝進行測溫，通過“人巡＋機巡”模式可以做到設備測溫360°全覆蓋，大大提升測溫作業的效率和質量。

以春節保供電期間某110kV變電站2號主變變中出口側3020刀閘B相接線板發熱缺陷為例，該站因春節人員返鄉導致負荷激增，運行人員在進行該站春節保供電特巡作業時從地面測溫發現2號主變變中出口側3020刀閘B相接線板發熱57.3℃，因測量角度問題難以測得發熱點中心溫度。3020刀閘B相發熱缺陷人巡測溫結果如圖4所示。

圖4 3020刀閘B相發熱缺陷人巡測溫結果

為確保春節期間電網安全萬無一失，進一步研判缺陷等級，當值運行人員下發無人機測溫任務，測得2號主變變中出口側3020刀閘B相接線板螺絲發熱136.65℃，達到緊急缺陷標準，后續經過專業班組研判，缺陷為接線板螺絲銹蝕導致發熱，暫不影響安全運行但需要加強巡視防止缺陷發展。為保障春節期間電網安全，運行人員緊盯負荷曲線，在大負荷時段利用無人機開展不間斷跟蹤測溫，確保缺陷在可控狀態。3020刀閘B相發熱缺陷無人機測溫結果如圖5所示。

圖5 3020刀閘B相發熱缺陷無人機測溫結果

此次案例證明運行人員通過“人巡＋機巡”測溫模式，可以覆蓋人巡測溫盲點，遠程持續跟蹤，有效提升運維水平。

2.2 根據設備運行情況實時測溫

根據發熱公式Q ＝I2Rt，對于電流致熱型缺陷，設備需在帶負荷后一段時間滿足發熱量等于散熱量時才能驗證發熱情況，且人巡測溫時設備負荷不一定滿足30%額定負荷要求，無法準確測得發熱情況。此外，電容器、電抗器類設備是否處于運行狀態由電網電壓水平決定，人員開展紅外測溫時若設備處于熱備用狀態則無法進行測溫，人員進行現場測溫作業時難以把控其運行狀態，為電容器、電抗器類設備發熱缺陷的發現、跟蹤、驗收帶來不便。

針對上述情況，在調度系統查詢其運行狀態與實時負荷，確認滿足測溫條件后對設備單獨派發測溫任務可以大大提升發熱缺陷發現、跟蹤與驗收的效率。利用無人機對運行狀態的電容器進行紅外測溫如圖6所示。

圖6 利用無人機對運行狀態的電容器進行紅外測溫

綜上所述，利用“人巡＋機巡”模式開展紅外測溫作業，不僅可以更準確地發現發熱缺陷，也能更高效率地進行發熱缺陷的持續跟蹤，提高了運維水平和運維效率。

3 對設備進行不停電專項檢查

根據《35-500kV變電站多旋翼無人機自動巡檢航線規劃技術規范》4.4.6規定，無人機自動巡視過程中的安全距離見表3。

表3 施工機械操作正?；顒臃秶c帶電設備的安全距離

目前廣泛使用的巡檢無人機在上表所示安全距離拍攝的照片除500kV設備外均滿足清晰度要求，可輔助運行人員排查設備隱患和缺陷，節省人員來回的人力物力。其空中拍攝視角、較高的清晰度也能讓我們對設備的判斷更加準確，提升運行人員對設備的運維水平和效率。

以南京電氣防雨罩型將軍帽結構套管不停電專項檢查為例。近期南方電網公司發現該結構套管運行時間較長后可能存在防雨罩生銹、積水問題，使套管儲油柜頂蓋長時間與水接觸，進而惡化銹蝕，形成沙眼，導致套管進水，存在引發套管故障的風險。運行人員需對該型套管開展不停電專項檢查，核實套管的將軍帽結構、載流結構、安裝情況，重點檢查套管防雨罩是否破損、防雨罩與套管油枕的搭接面邊沿是否銹蝕。

某供電局共有15個變電站，77個該結構套管，傳統的現場排查方式，需花費大量人力物力，且套管安裝位置較高，人員從地面觀察難以確定設備狀況。結合上述情況，運行人員針對需排查站點規劃套管隱患排查航線并下發，遠程完成不停電專項檢查，無需抵達現場，省時省力，實現“人員少跑路、數據多跑路”。

圖7為某站南京電氣防雨罩型將軍帽結構套管無人機專項檢查所拍攝照片，根據照片可以清楚地判別出該站套管載流結構屬于穿纜類型，安裝角度小于30°，未發現銹蝕，無需進一步停電檢查，所攝照片滿足工作需求。

圖7 利用無人機排查南京電氣防雨罩型將軍帽結構套管隱患

傳統排查方式人員現場來回每個變電站估算平均需花費40min，排查每個套管估算需花費10min，總計需大約22.8h工作時長。使用無人機巡檢技術，規劃每個變電站航線估算需15min，無人機執行每條航線估算需5min，人員查看照片排查缺陷每個套管估算需3min，總計需大約8.9h工作時長，工作效率提升256%，可見利用無人機智能巡檢技術可以大幅提升運行人員的運維效率。

4 結束語

隨著智能電網建設的推進，變電站智能巡檢系統得到普及，運行人員對設備的運維也變得更加智能化、數字化，作為智能電網建設重要的一環，如何運用新技術提升設備運維水平也顯得更加重要。本文從變電運行人員的角度出發，總結提煉了運用無人機智能巡檢技術提升運行人員運維水平和效率的實例，為運行人員減輕工作負擔，提升工作效率和運維質量提供了可靠參考。