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摘要：变电站作为电网枢纽它的运行质量与整个电网的安全、稳定运行息息相关，因此必须进行定期巡视以确保其设备安全稳定运行。随着科技进步和电力体制改革的不断深入和发展，电力系统自动化程度已有了很大提高，无人机技术的运用，能够很好的完成电力巡检和建设规划任务。为此文章就变电站无人机智能巡检在变电站主要发挥的作用和基本原理进行了探讨，不足之处敬请各位同仁批评指正。
关键词：无人飞行器；变电站；巡检；工作模式；分析
1 引言
如今变电站无人值班模式在电力系统的广泛推行，出现机构精简、工作量加大的现实问题。加之传统的巡检任务范围广、工作量大、及其重复性，很容易导致一部分巡检人员产生厌烦心理，巡检工作不到位。变电站无人值班模式的进展，在一定程度上还存在因无人在现场及时监视、巡视而带来的一系列问题，甚至留下安全运行隐患。随着国家电网公司无人机巡检技术的逐步深化应用，无人机应用到变电站巡检中可大大提高电力维护和检修的速度，代替人工攀爬巡检，使许多工作能在完全带电的环境下迅速完成，确保了用电安全。而且可将运维人员从繁重的巡视工作中解放出来，投入到运维一体及设备诊断分析工作中去，从而提高运维工作效率，本文针对变电站设备巡检无人机的实际应用经验进行了探析。
2 无人机巡检系统介绍
2.1基本原理及其优势
无人机行业是集多种学科，多种领域于一身的新型高科技行业。对于跨度极大的输电走廊及多山地带的电力线路的检修和巡线，四轴飞行器有着得天独厚的优势，尤其是在恶劣天气下，无人四轴可以对灾害高发地带进行重点监测，并时时传回现场数据。同时小型的无人四轴飞行器还可以应用于核电站等高危场所的安检排查工作，而在复杂地形下有足够升力的无人机可以为电力线路的架设提供极大方便。另外在无线输电技术成熟之后，四轴飞行器与无线输电技术的结合将彻底解决无人机的动力供应问题。
2.2智能巡检无人机的视觉导航结构
①要具备图像采集分析功能。由于搭载了多项检测设备，例如它的可见光CCD就能采集可见光图像，进而实现设备外观检查，发现设备的异物悬挂、锈蚀等异常现象。而红外热像仪也能记录设备开关闸刀与断路器的现场实际位置，包括油位计位置、表计读数等。另外，红外热像仪对人工检测时设备的热缺陷捕捉非常灵敏，能够通过红外测温来明确设备温度是否异常。
②要具备无线传输功能。智能巡检无人机在采集视频信号与音频信号时必须首先进行智能预处理行为，并将采集信号传输给变电站监控管理中心。另外，无人机也会接收到来自于监控管理中心的各项控制命令，所以巡检机器本体与后台监控中心是时刻保持无线通讯及传输功能状态的。
③要具备视觉导航定位功能。视觉导航定位也是本文探讨的重点。巡检机器可以按照视觉导航预先规划好的轨迹行进，这也包括直行、停止、拐弯等动作。当机器到达指定位置需要进行车身调节时，它就会实施可见光CCD旋转、红外线角度调节、电气仰俯角度调整等等动作，保持最佳设备拍摄位置。
3 变电站巡视无人机方案设计
3.1无人机整体系统组成
智能巡检无人机通过定期巡检变电站设备来实现变电站正常运维，它的巡检目标主要是通过机器自身视觉、无线通讯与人工智能功能来实现自主规律性巡检，达到提高变电站巡检工作自动化程度与工作效率的目的。
无人机与巡视机器人在本质上都是为各种电力检测设备提供一个移动式平台，因此对于无人机在变电站中的应用也可以借鉴巡视机器人的思路，并在此基础上进行一定的扩展。考虑到无人机在空中飞行，与地面机器人相比更适合于搭载驱鸟设备进行驱鸟工作。因此可以将驱鸟器、可见光摄像头和红外摄像头运用于无人机上。整体系统包括五大部分。
①无人机。用于搭载运动摄像机、红外成像仪及驱鸟器，部件包括电机、电调、飞控模块、惯性测量单元、CPS模块、动力电池、电源管理模块、遥控图传一体化模块、云台等。飞行器部分可采用四轴飞行器，450mm碳纤维机架。
②地面站。用于与无人机进行通讯，实现无人机按照设定的航迹及时间进行自主定时飞行。通过地面站中的程序即可设定无人机的巡视策略，具体包括巡视周期和一天之中具体的巡视时间，并与无人机上的飞控模块、惯性测量单元、CPS模块配合，设定无人机自主航行的路线。
③运动摄像机。用于对变电站内断路器、隔离开关等设备的分合闸位置及各类设备外观进行检查，以判断设备的运行工况。运动摄像机像素可采用1200万，数据传输速率为30M/s，数据传输接口采用AV接口。
④红外成像仪。用于对电力设备进行红外成像，通过设备温度间接判断其导电性和绝缘性等运行工况。红外成像仪应采用致冷型红外成像仪，测量范围为-40～550℃，支持变焦，放大率为2-4X，最大分辨率为2℃，数据传输接口为USB接口。
⑤驱鸟器。用于驱逐变电站中的鸟类，防止电力设备因鸟类或鸟巢造成短路事故。具体可采用多模式驱鸟器，包括声光及超声波2种驱鸟模式。驱鸟器光线部分采用532nm的棒状绿色激光，声音部分可自定义加载音频，超声波部分采用的频段为16～25kHz。驱鸟器可通过切换开关对具体驱鸟模式进行切换，驱鸟器为独立供电，即通过1.5V干电池进行供电，并通过支架固定于無人机机架上。
3.2 变电站无人机巡检需要注重的几个方面
由于变电站巡视与输电巡线在具体工作环境上特点不同，因此在飞行器未来的研究方向上也会有不同的侧重点。对于变电站巡视无人机，需要着重注意以下几点
①安全性研究。变电站中各种高压带电设备布局复杂，且随着生产用地日趋紧张，未来变电站建设都将朝着紧凑化的方向发展。这种情况下，如何保证飞行器在空间狭小的高压带电场所安全飞行就是一个急需解决的问题。目前的基本思路是在飞行器的巡航路线上规避此类风险，比如在带电场区外围限高飞行等。
②精准定位与控制技术研究。精准控制技术对于飞行器具有至关重要的意义。同时，精准控制技术还将对飞行器其它顶层功能的实现产生重大影响，如避障功能、自动充电功能等都有赖于精准控制的实现。目前消费级无人机多采用CPS技术和超声波技术进行定位，而这2种技术均存在较大的测量误差，制约控制精度的进一步提高。由于飞行器与机器人在定位技术上具有一定的共通之处，因此未来对飞行器定位技术的研究可以借鉴机器人的相关技术，而飞行器定位技术的发展反过来也将促进机器人技术的发展。
③电源技术研究。目前电池仍是制约飞行器性能提高的瓶颈，主要问题在于缺少充电时间短、体积小、重量轻、容量较大、使用寿命较长的电池。电池的充电时间和容量直接影响飞行器使用的便捷性，而体积及重量则限制了飞行器对其它检测设备的搭载能力。
4 结语
电力系统是一个结构非常复杂、对可靠性要求特别高的自动化系统，它运行的安全性与稳定性将会关系到社会民生的安全，所以需要新材料以及新技术的支撑。变电站为电力系统的主要环节之一，无人机在电力变电巡检中的应用具有十分重要的意义，将大大提高电力系统自动化程度，同时减少运行人员劳动强度，提高设备巡检质量。随着变电站维护需求的不断提升，我们还需要结合无人机的特点，借鉴并吸收其它行业的先进技术和做法，从而促进电力行业的技术发展。
参考文献：
[1]王振华，黄宵宁，梁焜等.基于四旋翼无人机的输电线路巡检系统研究[J].中国电力，2012，45（10）：59-62.
[2]汤明文，戴礼豪，林朝辉等.无人机在电力线路巡视中的应用[J].中国电力，2013，46（3）：35-38.
关键词：无人飞行器；变电站；巡检；工作模式；分析
1 引言
如今变电站无人值班模式在电力系统的广泛推行，出现机构精简、工作量加大的现实问题。加之传统的巡检任务范围广、工作量大、及其重复性，很容易导致一部分巡检人员产生厌烦心理，巡检工作不到位。变电站无人值班模式的进展，在一定程度上还存在因无人在现场及时监视、巡视而带来的一系列问题，甚至留下安全运行隐患。随着国家电网公司无人机巡检技术的逐步深化应用，无人机应用到变电站巡检中可大大提高电力维护和检修的速度，代替人工攀爬巡检，使许多工作能在完全带电的环境下迅速完成，确保了用电安全。而且可将运维人员从繁重的巡视工作中解放出来，投入到运维一体及设备诊断分析工作中去，从而提高运维工作效率，本文针对变电站设备巡检无人机的实际应用经验进行了探析。
2 无人机巡检系统介绍
2.1基本原理及其优势
无人机行业是集多种学科，多种领域于一身的新型高科技行业。对于跨度极大的输电走廊及多山地带的电力线路的检修和巡线，四轴飞行器有着得天独厚的优势，尤其是在恶劣天气下，无人四轴可以对灾害高发地带进行重点监测，并时时传回现场数据。同时小型的无人四轴飞行器还可以应用于核电站等高危场所的安检排查工作，而在复杂地形下有足够升力的无人机可以为电力线路的架设提供极大方便。另外在无线输电技术成熟之后，四轴飞行器与无线输电技术的结合将彻底解决无人机的动力供应问题。
2.2智能巡检无人机的视觉导航结构
①要具备图像采集分析功能。由于搭载了多项检测设备，例如它的可见光CCD就能采集可见光图像，进而实现设备外观检查，发现设备的异物悬挂、锈蚀等异常现象。而红外热像仪也能记录设备开关闸刀与断路器的现场实际位置，包括油位计位置、表计读数等。另外，红外热像仪对人工检测时设备的热缺陷捕捉非常灵敏，能够通过红外测温来明确设备温度是否异常。
②要具备无线传输功能。智能巡检无人机在采集视频信号与音频信号时必须首先进行智能预处理行为，并将采集信号传输给变电站监控管理中心。另外，无人机也会接收到来自于监控管理中心的各项控制命令，所以巡检机器本体与后台监控中心是时刻保持无线通讯及传输功能状态的。
③要具备视觉导航定位功能。视觉导航定位也是本文探讨的重点。巡检机器可以按照视觉导航预先规划好的轨迹行进，这也包括直行、停止、拐弯等动作。当机器到达指定位置需要进行车身调节时，它就会实施可见光CCD旋转、红外线角度调节、电气仰俯角度调整等等动作，保持最佳设备拍摄位置。
3 变电站巡视无人机方案设计
3.1无人机整体系统组成
智能巡检无人机通过定期巡检变电站设备来实现变电站正常运维，它的巡检目标主要是通过机器自身视觉、无线通讯与人工智能功能来实现自主规律性巡检，达到提高变电站巡检工作自动化程度与工作效率的目的。
无人机与巡视机器人在本质上都是为各种电力检测设备提供一个移动式平台，因此对于无人机在变电站中的应用也可以借鉴巡视机器人的思路，并在此基础上进行一定的扩展。考虑到无人机在空中飞行，与地面机器人相比更适合于搭载驱鸟设备进行驱鸟工作。因此可以将驱鸟器、可见光摄像头和红外摄像头运用于无人机上。整体系统包括五大部分。
①无人机。用于搭载运动摄像机、红外成像仪及驱鸟器，部件包括电机、电调、飞控模块、惯性测量单元、CPS模块、动力电池、电源管理模块、遥控图传一体化模块、云台等。飞行器部分可采用四轴飞行器，450mm碳纤维机架。
②地面站。用于与无人机进行通讯，实现无人机按照设定的航迹及时间进行自主定时飞行。通过地面站中的程序即可设定无人机的巡视策略，具体包括巡视周期和一天之中具体的巡视时间，并与无人机上的飞控模块、惯性测量单元、CPS模块配合，设定无人机自主航行的路线。
③运动摄像机。用于对变电站内断路器、隔离开关等设备的分合闸位置及各类设备外观进行检查，以判断设备的运行工况。运动摄像机像素可采用1200万，数据传输速率为30M/s，数据传输接口采用AV接口。
④红外成像仪。用于对电力设备进行红外成像，通过设备温度间接判断其导电性和绝缘性等运行工况。红外成像仪应采用致冷型红外成像仪，测量范围为-40～550℃，支持变焦，放大率为2-4X，最大分辨率为2℃，数据传输接口为USB接口。
⑤驱鸟器。用于驱逐变电站中的鸟类，防止电力设备因鸟类或鸟巢造成短路事故。具体可采用多模式驱鸟器，包括声光及超声波2种驱鸟模式。驱鸟器光线部分采用532nm的棒状绿色激光，声音部分可自定义加载音频，超声波部分采用的频段为16～25kHz。驱鸟器可通过切换开关对具体驱鸟模式进行切换，驱鸟器为独立供电，即通过1.5V干电池进行供电，并通过支架固定于無人机机架上。
3.2 变电站无人机巡检需要注重的几个方面
由于变电站巡视与输电巡线在具体工作环境上特点不同，因此在飞行器未来的研究方向上也会有不同的侧重点。对于变电站巡视无人机，需要着重注意以下几点
①安全性研究。变电站中各种高压带电设备布局复杂，且随着生产用地日趋紧张，未来变电站建设都将朝着紧凑化的方向发展。这种情况下，如何保证飞行器在空间狭小的高压带电场所安全飞行就是一个急需解决的问题。目前的基本思路是在飞行器的巡航路线上规避此类风险，比如在带电场区外围限高飞行等。
②精准定位与控制技术研究。精准控制技术对于飞行器具有至关重要的意义。同时，精准控制技术还将对飞行器其它顶层功能的实现产生重大影响，如避障功能、自动充电功能等都有赖于精准控制的实现。目前消费级无人机多采用CPS技术和超声波技术进行定位，而这2种技术均存在较大的测量误差，制约控制精度的进一步提高。由于飞行器与机器人在定位技术上具有一定的共通之处，因此未来对飞行器定位技术的研究可以借鉴机器人的相关技术，而飞行器定位技术的发展反过来也将促进机器人技术的发展。
③电源技术研究。目前电池仍是制约飞行器性能提高的瓶颈，主要问题在于缺少充电时间短、体积小、重量轻、容量较大、使用寿命较长的电池。电池的充电时间和容量直接影响飞行器使用的便捷性，而体积及重量则限制了飞行器对其它检测设备的搭载能力。
4 结语
电力系统是一个结构非常复杂、对可靠性要求特别高的自动化系统，它运行的安全性与稳定性将会关系到社会民生的安全，所以需要新材料以及新技术的支撑。变电站为电力系统的主要环节之一，无人机在电力变电巡检中的应用具有十分重要的意义，将大大提高电力系统自动化程度，同时减少运行人员劳动强度，提高设备巡检质量。随着变电站维护需求的不断提升，我们还需要结合无人机的特点，借鉴并吸收其它行业的先进技术和做法，从而促进电力行业的技术发展。
参考文献：
[1]王振华，黄宵宁，梁焜等.基于四旋翼无人机的输电线路巡检系统研究[J].中国电力，2012，45（10）：59-62.
[2]汤明文，戴礼豪，林朝辉等.无人机在电力线路巡视中的应用[J].中国电力，2013，46（3）：35-38.