小型多旋翼无人机在变电站的应用

潘国清，陈延秋，钟昀昊，王牧川

（广东电网有限责任公司广州供电局，广东 广州 510000）

目前变电站的巡视工作主要依靠人工完成，但随着变电站数量的大幅增加及运维人员的减少，完全依靠人工巡视很难维持正常工作，且人工巡视也存在一定的巡视盲区。近年来，在一些变电站试点应用巡视机器人一定程度上能达到机器代人的效果[1]，但应用经验表明，巡视机器人响应速度慢，极易受户外运行环境影响，运行稳定性差。无人机具有响应速度快、飞行灵活等特点，利用它搭载的拍摄设备开展拍摄、巡视等工作，具有其他智能终端无法比拟的优势，近年来在各行各业都得到了运用，并极大提高了生产效率。虽然变电站运行环境复杂，对安全运行的要求极高，但近年来，随着无人机技术的发展，体积小、定位精确、续航能力强、抗干扰能力强的小型多旋翼无人机，通过搭载不同类型的拍摄设备，在变电站得到日益广泛的应用，并发挥了不可取代的作用[2-3]。

为此，本文介绍了变电站广泛应用的小型多旋翼无人机系统的组成部分及其飞行控制模式，并结合变电站运维策略要求，分析了小型多旋翼无人机在变电站的应用场景。最后，根据实际运维经验，提出变电站无人机系统的运用注意事项。

1 变电站无人机系统飞行控制模式

由于变电站对安全运行要求较高，且站内设备布置密集，变电站内多部署小型多旋翼无人机系统。小型多旋翼无人机系统由无人机、无人机机库、微气象系统、定位系统、网络及监控后台组成。无人机通过搭载的可见光和红外镜头，实现可见光和红外拍摄，并通过网络通信设备实现无人机与本地监控后台及远程集控后台的信息交互[4]。

无人机的飞行模式分为全自主飞行和手动操作飞行2 种。其中，全自主飞行指无人机系统根据预先设定的巡视航点，在相邻的航点之间通过直线飞行，形成线路等参数信息，一键完成巡视任务，全过程无需人工干预[5]；手动操作飞行指操作人员手动操作无人机，根据巡视目的完成相关任务。2 种飞行控制模式相比，全自主飞行通过提前规划航线，并验证航线的安全性和实用性，能充分发挥无人机系统的智能功能，减少对操作人员的依赖，提高无人机飞行的安全性；但自主飞行受制于提前规划的无人机航线，无法灵活变化。手动操作飞行可以根据实际需要，实时控制飞机的飞行轨迹，并对目标设备进行巡视，具有很强的灵活性；但手动飞行的安全性与操作人员直接相关，依赖于操作人员的技术技能水平。考虑到变电站内的复杂环境及对安全的要求，一般采取自动飞行的控制模式。

2 变电站小型多旋翼无人机应用场景分析

考虑到无人机高空飞行、响应速度快等特点，利用无人机搭载的可见光和红外摄像头可实现对变电站户外敞开式设备及运行环境的巡视检查[6]。目前，结合变电站运维策略发现，变电站小型多旋翼无人机巡视应用场景包括以下几种。

2.1 变电站周边风险特巡

传统变电站周边风险特巡通过人工巡视方式实现，但户外变电站普遍位置偏远、周边环境复杂，采取人巡方式具有工作量大、覆盖面小、受环境限制多等缺点。

无人机飞行高度高、巡视视野广，利用无人机沿着变电站周界飞行，开展周边风险巡视，可以最大化发挥无人机的优势，实现无死角、全方位巡视。通过设置无人机的飞行航点，以及调整无人机搭载摄像头的拍摄角度，甚至可以实现变电站周边300 m 或500 m范围内巡视，从而发现变电站周边建筑物隐患和施工作业隐患等（如图1 所示）。

图1 无人机巡视时发现变电站周边的施工隐患

2.2 变电站建筑物、构筑物特巡

利用变电站无人机高空巡视的特点，对变电站建筑物及构筑物开展特巡，具有传统人工特巡不可比拟的优势，包括建筑物天面是否积水（如图2 所示）、下水口是否堵塞、建筑物及构筑物是否倾斜及存在裂缝等。此外，针对台风雷雨恶劣天气应急响应前后，利用无人机对全站开展特巡，检查变电站内门窗、箱体门关闭情况及站内是否存在飘挂物、围墙是否受损等。

图2 无人机巡视时发现变电站建筑物楼顶有积水

2.3 变电站设备特巡

无人机巡视虽不能覆盖户外设备的所有巡视项目，但利用无人机高空飞行及搭载红外摄像头的特点，可以开展各类设备特巡，并具有其他巡视方式无可比拟的优势。例如，针对某个或某几个间隔开展保供电特巡，检查设备外观、运行环境，并进行红外测温；当气温骤降启动防寒特巡时，利用无人机对变电站一次设备油位、气压、母线伸缩节位置等开展特巡；当设备重过载或启动高温高负荷特巡时，利用无人机对重过载设备进行红外测温，并检查设备油位、油温等是否正常。无人机巡视时发现设备接头发热如图3所示。

图3 无人机巡视时发现设备接头发热

2.4 事故应急检查

目前变电站事故跳闸后的一次设备应急检查普遍采用人工现场检查或视频系统检查的方式。传统人工现场检查响应速度慢，而视频系统检查由于红外摄像头布点不足，一般只能实现对设备外观的检查，无法进行设备测温。而无人机巡视能弥补以上2 种方式的不足。通过提前规划变电站无人机巡视航线，可对变电站进行快速巡视，从而在设备跳闸后，及时对设备的外观、红外成像及周边环境进行巡视，有效提高设备检查效率。无人机巡视时发现主变顶部有异物如图4所示。

图4 无人机巡视时发现主变顶部有异物

3 变电站无人机巡视注意事项

3.1 无人机巡视安全管控

变电站是电力输送的枢纽，在电网中具有举足轻重的作用，变电站无人机巡视应以安全为前提。考虑到变电站内设备布置密集，在变电站内选用的无人机机型不宜过大，确保无人机在变电站内飞行时与设备保持足够的安全距离[7]。避免无人机发生异常时摔落到设备上引起设备短路故障，无人机的飞行航线不应跨越变压器低压侧母线桥及并联电容器、电抗器等相间距离很小的设备，且无人机的悬停航点不应设置在设备的正上方或下方。所有自动飞行的航线均应经过首飞验证，方可投入运行，即无人机首次执行自动飞行航线任务时，现场由应急人员手持遥控器密切观察无人机的飞行情况，一旦出现突发状况，能够第一时间进行干预，避免现场设备及无人机发送故障。变电站设备或建筑物发生改变后，应及时开展变电站扫描建模，并重新规划航线，确保航线首飞验证安全无误后，方可将航线投入使用，且原有旧航线不得继续使用。采取全自主飞行模式时，无人机起飞前，操作人员应通过各种方式确认现场不存在影响无人机飞行的工作，同时飞行过程中应密切关注无人机的飞行状况，直到无人机完成巡视任务，必要时人工干预进行应急处置。

3.2 无人机巡视策略

无人机高空飞行，能有效实现对高处设备和周边环境的巡视。考虑到作业安全，无人机飞行高度原则上不得低于2 m，且必须与带电设备保持足够的安全距离，因此，变电站无人机巡视无法实现对设备的全覆盖，包括低处的一些表计读数的拍摄及设备箱体内部的检查[8]。由此可知，无人机无法完全取代人工开展设备巡视。考虑到无人机巡视的视角与人工巡视有所不同，利用无人机巡视作为人工巡视的补充，能充分弥补人工巡视的不足，实现对设备的全面巡视。此外，充分利用无人机的红外摄像头开展红外测温，可有效弥补固定摄像头不具有红外测温功能的短板，从而实现远程红外测温。

因此，充分发挥不同巡视终端和人工巡视的优势，并相互弥补各自的不足，建立人机协同的巡视策略，是未来变电站巡视的方向。明确不同巡视终端及运行人员的巡视职责分工及巡视周期，进而在充分发挥智能终端作用的同时，提升整体巡视效率，是一个重要的研究课题。

4 结束语

搭载各类拍摄设备的小型多旋翼无人机具有体积小、飞行灵活、响应速度快、功能齐全等特点，可有效弥补变电站内现有人工巡视及其他智能终端巡视的不足。通过充分发挥无人机的特点，挖掘各种应用场景，在变电站内采取多种巡视方式协同的巡视策略，可大大提升巡视效能，必将成为未来变电站巡视的发展趋势。关注无人机巡视作业安全，建立涵盖无人机巡视全流程的安全管控策略，具有重要意义。