高精度无人机在变电站巡检中的应用优势探究

娄鹏彦,陈凤翔,刘陵轶,陈海华,周小红

(贵州电网有限责任公司输电运行检修分公司,贵州 贵阳 550002)

0 引言

精细化巡检对变电站巡检工作提出了更高要求,北斗高精度、自主巡检、无线通信技术、影像采集技术等应用到变电站巡检工作中,为实现变电站精细化巡检等提供了更多可能。文章针对高精度无人机在变电站巡检中的应用进行了分析,以更好地弥补传统变电站巡检的不足,全面提升巡检的效率,为变电站的稳定运行提供更多安全保障[1]。

1 高精度无人机开展变电站巡检的重要优势

1.1 有助于开展近距离拍摄,及时发现异常情况

高精度的无人机能够从高空开展近距离的拍摄和观察,通过近距离的观察,帮助相关人员掌握更多架构和避雷针等相关设备的图像数据。经测试得出:变电站巡检过程中采用北斗精度定位服务能够获取1 cm的定位精度,实现了无人机自主巡检的目的。另外,无人机还能够开展红外测温,随时捕捉更加精准的热图像。相关人员在开展变电站巡检时,不仅能够获取更多图像数据,还能够通过对比分析这些数据,及时发现设备的异常现象,进而帮助管理人员第一时间制定预防的方案和对策,加强变电站的有效管理[2]。

1.2 全方位开展巡检,有助于消除死角

变电站运行与站内设备的运行有直接关联,一旦相关设备出现故障,不仅会造成区域性停电,还会给相关人员生命财产带来重大的损失。尤其是高精度无人机在开展高空巡检时,能够对一些之前无法检查和巡视到的位置开展全过程、全方位的巡视。例如:红外拍摄装置实现了无人机与摄影机的相互结合,促进变电站设备巡检工作的全方位、无死角设备巡检,即对避雷装置或者线路连接螺丝的全过程检测、避雷器高塔塔顶的安全检测等,进一步增强了设备应用的安全性。

2 高精度无人机在变电站巡检中的应用

2.1 无人机自主巡检

无人机自主巡检主要依托无人机端、控制端或充电端等进行有效巡检。为了进一步提升无人机自主巡检的效率和安全性,高精度无人机极端装置需要具备多种事务处理的能力,即接收事务的能力、准备事务的能力、执行事务的能力、监督事务的能力以及收尾事务的能力[3]。其中接收事务能力主要是在完成无人机通信模块后,实现数据传输、控制端TCP协议握手,帮助无人机自主巡检过程中精准获取路径点信息或者无人机姿态的各种信息。准备事务的能力主要是通过协议库对无人机自主巡检的一些数据开展校验,通过过滤重复点和无效点,增强认证作业高效性和有效性。执行事务时,借助无人机电量、自主避障系统等开展对工作状态的监控。收尾事务中对无人机返航和上传巡检成果等都进行了明确,变电站人员在检查巡检的成果后,及时做好数据的分析和及时采取有效应对措施(见图1)。

图1 无人机端事务处理效果

2.2 UWB和图像识别的变电站无人机巡检系统

UWB精确定位无人机飞行位置,能够对无人机自由飞行的情况、姿态矫正、规划功能等进行明确[4]。

其一,飞控模块。借助微型计算机,编写入飞主程序或者气压计、加速度计等飞控传感器对常规飞行器进行操纵和控制。航线飞行和定点悬停等借助激光雷达、光流和灰度,配合UWB位置信息,实现对任务地点的判断和寻找、探索,待到无人机到达指定点后执行拍摄任务,从而及时对任务地点中存在的问题进行及时解决。

其二,开展图像的采集和传输装置。借助摄像机将无人机拍摄的变电站表计的图像信息开展有效处理。为了进一步提高表计识别的准备率,需保障所采集到的图像具有较强的分辨率。本文主要选用的摄像头为索尼700线CCD摄像头,该摄像头具有清晰图像,并且能够减少视频数据发射与在线飞行数据发射时产生的干扰。

其三,无人机获取的图像数据在经过算法的有效处理后,运用预先训练好的网络模型开展图像的识别和分析,进而开展对变电站表计的检测和实时监控。图像识别算法在运行之后,如果发现状态发生异常的情况后,可以将异常的情况发送给地面操作人员,从而及时发出报警信息,要求相关操作人员到现场开展核实和做好检查。

2.3 运用无线通信技术开展对变电站的有效巡察

高精度无人机在巡检过程中借助其作业的模式为后台提供更多信息,实现无人机与后台信息的交互发展和协作发展。高精度无人机的正常运行,应该为其搭建相对稳定的信号传输通道,以便无人机能够为后台提供和传输信息。其优势主要表现在:(1)传输Wi-Fi技术能够对变电站的各个位置等进行大面积覆盖,这一技术的传播速度较快,能够实现各项数据的高效传输[5]。(2)UWB传输技术对提升通信的安全性等提供有效保障,由于传输数据的范围相对较短,其频带宽的特性能能够有效增强无人机的精准定位。(3)WiFi技术主要是借助无线电波开展数据的传播。环保功效和无人运输数据的保密性等得到有效提升。因此,借助无线通信技术能够为开展高精度无人巡检等提供重要基础保障。

2.4 GPS、北斗高精度等组合方式,无人机定位能力得到有效提升

变电站日常的巡检过程中,借助北斗高精度定位服务,在配合无人机机场自动充电、图像自主识别等,实现了无人值守型的变电站巡察。当高精度定位的无人机在进入到强干扰飞行区域内后,受到一定的干扰,罗盘很容易出现失灵的情况,导致无人机在飞行时出现正确的判断。在这种情况下,开展定位时,可以采用双天线测向技术,并从原来1根天线增加到2根天线,借助双根天线接收更多信号数据和发送更多信号数据。变电站借助这些天线获取精准的定位,在经过相应的处理后能够为无人机提供飞行的方向,天线之间距离越远,其定位精准度越高。

3 高精度无人机变电站巡检时的应用的对策

3.1 飞行现场勘查做好提前准备

巡检操作人员首先制定好无人机巡检的计划,在对巡检的作业任务等进行明确后,对机型进行优选,针对巡检线路开展现场的勘察,即变电站的布局、气象条件和其他危险点、引线走向、设备的位置等。阅读和查阅图纸,对变电站设施和架构设施等高度予以了解,明确好飞行的高度。开展站内的布局工作,明确好飞行线路起飞位置和降落的位置等。

3.2 飞行过程中做好充足准备

3.2.1 相关人员应该对无人机设备的状态进行检查

高精度无人机在使用时,需要对无人机的设备状态、无人机的运行速度等进行认真的检查,如:由2名操作人员对无人机系统、电气系统、航线系统等开展交叉检查,无人机在离地之后应该保障低空悬停的状态,在稳定其状态后才能执行各项巡检工作。

3.2.2 相关作业环境条件的有效核实

地面风速若小于5 m/s;无人机的检查;遥控器电能储备情况等,使飞行巡检航程要求等得到有效满足。

3.3 保障飞行的安全性

飞行过程中应该设置专门的安全人员开展安全监督等工作。巡检时,各作业人员应该保持相互沟通和联系,在执行各项操作时提前告知相关的人员,对于一些擅自和非法操作的人员给予严厉惩戒。同时,在设置无人机的范围时,对于超范围作业的行为进行管理。巡检的过程中应该对无人机所造成干扰情况进行现场管理。巡检作业中,应该对主变低压侧等设备密集区域上空飞行情况采用上跨方式,必要情况下跨越引线,在与最上层引线净空距离保持在30 cm,切勿出现长时间在线路设备上方的悬停。

4 结语

由此可见,高精度无人机在应用到变电站巡检后,对于快速巡察出结果、精准和及时地将巡察成果等传递给相关电力部门、提高工作效率,全方位找出存在的问题等具有重要作用。变电站巡察人员应该制定相应的维护方案和寻找出新的巡察模式,以避免变电站在巡查过程中出现一定的风险,进而增强变电站管理的效能,促进电力系统得到稳定运行。