运用无人机智能巡检技术提升运行人员运维水平和效率

刘宸丰

（广东电网有限责任公司梅州供电局）

0 引言

变电站无人机智能巡检是通过航测无人机基于倾斜摄影技术采集图像数据，由图像数据解算得到的高精度实景模型，再由激光雷达扫描获取符合自动巡检精度要求的点云数据，两者合并得到变电站模型，在变电站模型的基础上规划航线，并经由无人机和简易机巢实现无人机对户外设备的外观巡视、表计巡视和红外测温的技术［1］。

目前变电站无人机自动巡检相关工作大部分已移交生产指挥中心智能作业班单轨运行，但运行人员仍可借助无人机开展设备运维工作，通过无人机调度监控系统远程下发飞行任务，实现对设备的远程监控和巡视，从而减少往返各变电站需要的时间和成本，为运维工作减负增效，达到事半功倍的效果。变电站无人机智能巡检技术原理图如图1所示［2］。

图1 变电站无人机智能巡检技术原理图

1 使用变电站模型进行安全距离勘察

根据《中国南方电网有限责任公司电力安全工作规程》，人员、工具与材料在作业时与带电设备的安全距离应大于表1的规定，起重机、高空作业车、叉车和铲车等施工机械在靠近带电部分工作时正常活动范围与带电设备的安全距离应大于表2的规定。

表1 人员、工具及材料与设备带电部分的安全距离

表2 施工机械操作正常活动范围与带电设备的安全距离

变电站进行大型施工前，运行人员必须要求施工方提交经审批的施工方案，包括组织措施、安全措施、技术措施等。变电站内构架导线安装、变电站内一次设备吊装等典型的大型施工作业存在与带电设备的安全距离难以测量的问题。一旦与带电设备安全距离计算错误，容易在施工中发生人身触电、设备跳闸、母线失压等事故事件。难以测量的安全距离给现场勘查、施工方案编写与现场作业带来困难，给运行人员在作业现场的管控造成压力。

无人机智能巡检技术在实施过程中采集的实景模型和点云模型包含变电站内所有设备的位置信息与图像信息，可通过变电站模型直接测算变电站内任意一个点到另一个点之间的距离。根据《35-500kV变电站多旋翼无人机自动巡检航线规划技术规范》，目前变电站点云和实景数据模型精度均不低于±0.1m，满足测量要求，且由软件直接测算，无需人员现场测量。

以某站扩建间隔工程设备吊装作业为例，该工程施工需吊车进站对新建110kV线路间隔设备进行吊装作业，吊车吊臂与母线带电部分的距离决定了施工过程中母线是否需要配合停电，而吊车与右侧带电母线的距离难以目测，施工现场情况如图2所示。

图2 设备吊装施工平面布置图

在此情况下，可以借助无人机巡视航线规划软件进行精确测量，在变电站的实景模型和点云模型数据中选择母线带电部分边缘与预计吊装的110kV隔离开关支柱位置即可一键测算距离。根据平面布置图，110kV隔离开关支柱距离母线最近的一相为吊车与母线的最近距离，其吊装高度为4.5m，选取隔离开关支柱所在地面，再选取母线带电部分，测量结果为9.936m，算得吊臂与母线带电部分可能的最近距离为9.936－4.5＝5.436m，满足表2大于4.5m的要求，作业时母线无需配合停电。由此可见，运用无人机智能巡检技术可以解决一直困扰运行人员的一些难题，提升运维水平。测量吊装地点与设备带电部分距离如图3所示。

图3 测量吊装地点与设备带电部分距离示例

2 “人巡＋机巡”红外测温模式

2.1 人巡盲点测温

电气设备红外热成像检测，简称红外测温，是直接为保证电力安全生产服务的一项带电检测技术。通过红外测温，可以找出设备的缺陷和异常情况，为设备检修提供依据，为开展设备状态检修创造条件，提高设备检修质量、提高输变电设施和用户供电可靠率，以保证电网的安全运行。

传统的人巡测温主要从地面向设备测温，在设备下方测量，存在测温盲点。而无人机主要从空中拍摄进行测温，通过“人巡＋机巡”模式可以做到设备测温360°全覆盖，大大提升测温作业的效率和质量。

以春节保供电期间某110kV变电站2号主变变中出口侧3020刀闸B相接线板发热缺陷为例，该站因春节人员返乡导致负荷激增，运行人员在进行该站春节保供电特巡作业时从地面测温发现2号主变变中出口侧3020刀闸B相接线板发热57.3℃，因测量角度问题难以测得发热点中心温度。3020刀闸B相发热缺陷人巡测温结果如图4所示。

图4 3020刀闸B相发热缺陷人巡测温结果

为确保春节期间电网安全万无一失，进一步研判缺陷等级，当值运行人员下发无人机测温任务，测得2号主变变中出口侧3020刀闸B相接线板螺丝发热136.65℃，达到紧急缺陷标准，后续经过专业班组研判，缺陷为接线板螺丝锈蚀导致发热，暂不影响安全运行但需要加强巡视防止缺陷发展。为保障春节期间电网安全，运行人员紧盯负荷曲线，在大负荷时段利用无人机开展不间断跟踪测温，确保缺陷在可控状态。3020刀闸B相发热缺陷无人机测温结果如图5所示。

图5 3020刀闸B相发热缺陷无人机测温结果

此次案例证明运行人员通过“人巡＋机巡”测温模式，可以覆盖人巡测温盲点，远程持续跟踪，有效提升运维水平。

2.2 根据设备运行情况实时测温

根据发热公式Q ＝I2Rt，对于电流致热型缺陷，设备需在带负荷后一段时间满足发热量等于散热量时才能验证发热情况，且人巡测温时设备负荷不一定满足30%额定负荷要求，无法准确测得发热情况。此外，电容器、电抗器类设备是否处于运行状态由电网电压水平决定，人员开展红外测温时若设备处于热备用状态则无法进行测温，人员进行现场测温作业时难以把控其运行状态，为电容器、电抗器类设备发热缺陷的发现、跟踪、验收带来不便。

针对上述情况，在调度系统查询其运行状态与实时负荷，确认满足测温条件后对设备单独派发测温任务可以大大提升发热缺陷发现、跟踪与验收的效率。利用无人机对运行状态的电容器进行红外测温如图6所示。

图6 利用无人机对运行状态的电容器进行红外测温

综上所述，利用“人巡＋机巡”模式开展红外测温作业，不仅可以更准确地发现发热缺陷，也能更高效率地进行发热缺陷的持续跟踪，提高了运维水平和运维效率。

3 对设备进行不停电专项检查

根据《35-500kV变电站多旋翼无人机自动巡检航线规划技术规范》4.4.6规定，无人机自动巡视过程中的安全距离见表3。

表3 施工机械操作正常活动范围与带电设备的安全距离

目前广泛使用的巡检无人机在上表所示安全距离拍摄的照片除500kV设备外均满足清晰度要求，可辅助运行人员排查设备隐患和缺陷，节省人员来回的人力物力。其空中拍摄视角、较高的清晰度也能让我们对设备的判断更加准确，提升运行人员对设备的运维水平和效率。

以南京电气防雨罩型将军帽结构套管不停电专项检查为例。近期南方电网公司发现该结构套管运行时间较长后可能存在防雨罩生锈、积水问题，使套管储油柜顶盖长时间与水接触，进而恶化锈蚀，形成沙眼，导致套管进水，存在引发套管故障的风险。运行人员需对该型套管开展不停电专项检查，核实套管的将军帽结构、载流结构、安装情况，重点检查套管防雨罩是否破损、防雨罩与套管油枕的搭接面边沿是否锈蚀。

某供电局共有15个变电站，77个该结构套管，传统的现场排查方式，需花费大量人力物力，且套管安装位置较高，人员从地面观察难以确定设备状况。结合上述情况，运行人员针对需排查站点规划套管隐患排查航线并下发，远程完成不停电专项检查，无需抵达现场，省时省力，实现“人员少跑路、数据多跑路”。

图7为某站南京电气防雨罩型将军帽结构套管无人机专项检查所拍摄照片，根据照片可以清楚地判别出该站套管载流结构属于穿缆类型，安装角度小于30°，未发现锈蚀，无需进一步停电检查，所摄照片满足工作需求。

图7 利用无人机排查南京电气防雨罩型将军帽结构套管隐患

传统排查方式人员现场来回每个变电站估算平均需花费40min，排查每个套管估算需花费10min，总计需大约22.8h工作时长。使用无人机巡检技术，规划每个变电站航线估算需15min，无人机执行每条航线估算需5min，人员查看照片排查缺陷每个套管估算需3min，总计需大约8.9h工作时长，工作效率提升256%，可见利用无人机智能巡检技术可以大幅提升运行人员的运维效率。

4 结束语

随着智能电网建设的推进，变电站智能巡检系统得到普及，运行人员对设备的运维也变得更加智能化、数字化，作为智能电网建设重要的一环，如何运用新技术提升设备运维水平也显得更加重要。本文从变电运行人员的角度出发，总结提炼了运用无人机智能巡检技术提升运行人员运维水平和效率的实例，为运行人员减轻工作负担，提升工作效率和运维质量提供了可靠参考。