基于变电站中无人机的应用分析吴晓松

基于变电站中无人机的应用分析吴晓松

吴晓松

（四川电力设计咨询有限责任公司四川成都610000）

摘要：随着社会经济的快速发展，人民生活水平和认识问题能力的提升，大家对于如何过高质量的幸福生活的要求也越来越高，在这种情况之下对于电力的依赖就会越来越多。利用无人机进行配电网络巡检有助于提高检查的效率，获得更好的经济效益。无人飞行机巡检作为一种高效、安全的检查方式，必然会成为现代电网企业电力巡检的主流方法。目前国内外纷纷对配电网络中无人机巡视展开了大量的研究，且随着无人机性能的不断提升，其在配电网巡检中的优势将更加明显。因此本文主要针对变电站中无人机巡视的应用展开探讨。

关键词：配电网络；变电站；线路故障；无人机巡视

引言

电能是人们生活中必不可少的能源，在电能运输的过程中，主要是依靠变电站进行相应的工作的。因此如果变电站在运行的过程中出现了问题，就会导致电能无法正常进行运输，会对人们生活和学习的开展造成严重的阻碍。因此，加强变电站运行巡检，确保电能安全稳定运行，已经成为了变电站在工作过程中至关重要的环节。

目前配电网中多采取人工巡视的方式，但是由于工作量大且部分地区地形复杂，导致巡视工作难以开展，容易出现意外事故。人工巡视的方式无法提高巡视效率，且容易造成人力资源的浪费。直升机巡视费用较高，增加了配电企业的费用支出，且审批过程较为繁琐。随着无人机技术的不断发展，在配电网络线路巡视工作中应用无人机技术，有助于进一步提高巡视效率，能够提高管理的自动化水平。

1无人机概述

无人机是指无驾驶人员，同时带有驱动系统能够实现飞行器的自动驾驶。无人机最大的特点就是无需驾驶人员，及时出现意外事故也不会造成人员伤亡，可执行高强度、高风险的巡视任务，适合用于野外巡视工作。无人机设计过程中由于并不要考虑驾驶员的空间和人身安全，机身体积小，这就提高了其灵活性，单人即可携带微型无人机，中型无人机可以采用家庭轿车进行运输，无需特殊的平台。此外，无人机除了电池消耗快之外，一般可以使用较长的时间，且维护费用低，相比于载人直升机来说，无人机的准备时间较短且可控性好，不容易受天气的影响，且无需复杂的审批流程。

本文，针对当前变电站内的环境监测与报警问题，本项目提出一种基于无人机的变电站环境质量监测及设备保护系统，该系统可监测变电站及设备内的温湿度、噪音、烟雾等环境质量参数信息,并通过显示装置将数据显示出来，也可通过操作无人机在事故多发点和不易监测的位置进行巡视，再通过ZigBee无线技术将所得数据传输到监控室的PC机上进行实时监测、存储与分析，并通过数据上传网络云端，进行远程监控。

2基于无人机的变电站运行环境监测系统

本文提出并设计了一种基于无人机的变电站运行环境监测系统，通过传感器技术实现环境数据采集，通过无人机技术实现实时视频回传，通过无线网络传输技术将采集到的数据传输给数据收集主节点，实现数据的整合、显示以及预防报警，从而为变电站的正常运行提供保障。

基于无人机的变电站环境监测系统整体包括三大部分：数据采集从节点部分、数据收集主节点部分、无人机部分。

（1）为了提高检测的可靠性和装置的可靠性，数据采集从节点部分的传感器拟采用温湿度传感器、烟雾传感器、噪声传感器以及TN901红外测温传感器。

（2）数据收集主节点部分主要用于对各个从节点以及无人机部分的数据收集，进而进行数据整合、显示以及云端上传和预防报警。

（3）无人机部分主要用于对一些危险的、不易监测到的地区进行监测，以及在一些恶劣天气情况下使用。可以起到一个降低人工巡查危险性、监测不易监测位置的作用。

3系统硬件设计

本系统的硬件设计包括数据采集从节点、数据收集主节点以及无人机三部分：数据采集从节点通过自身携带的传感器对变电站内的环境数据进行采集，然后通过ZigBee无线网络发送出去；无人机则通过摄像头将采集到的实时视频画面进行回传。数据收集主节点用于将所有数据进行整合、显示，以及利用声光和语音实现报警。

3.1控制模块

本系统的数据采集从节点和数据收集主节点的核心控制模块均采用ARM处理器STM32F103C8T6，该处理器内设多个I/O端口、多种通信方式，具有高性能、低成本、低功耗的特点。

3.2环境检测模块

环境监测模块主要包括温湿度传感器、烟雾传感器、噪声传感器以及TN901红外测温传感器。

（1）DHT11传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，是含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有体积小、功耗低、精度高、抗干扰性强、品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

（2）烟感传感器的通过对空气中烟雾对离子的吸附能力来采集信号的。在信号产生后，要对其进行滤波处理后才能进行采集，采用二阶滤波电路对信号进行优化，最后输入至处理器中进行模数转换得到可以利用的数字信号。

（3）噪音传感器可以检测周围环境的声音强度，灵敏度可调，比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。工作电压3.3V-5V，设有固定螺栓孔，方便安装，对声音感应强，测量准确。

（4）TN901红外温度计模块采用温度补偿技术可以准确的测量出环境温度。可以承受10℃的热冲击。擅长在宽范围温度变化环境中保持精度。校准的数据和产品的序列号保存在模块上EEPROM内。

3.3ZigBee无线通信模块

为了实现采集到的数据的远距离通信传输，系统采用ZigBee无线模块构成无线通信网络，用于环境数据的传输与接收。系统部署多个无线通信模块，实现了远距离的通信，具有通信稳定、成本低、功耗低等优势。

4系统软件设计

系统的软件设计主要实现整个系统的信息采集、传输、显示和报警功能，通过各个从节点对环境信息的采集，再采用ZigBee无线通信网络实现信息的传输，以及无人机的视频采集回传。最后由主节点实现信息整合、显示及报警功能。

4.1PC机

系统的PC机采用Labview编写，生成exe文件以供使用。PC机可以实现数据的收集、显示、储存、读取以及数据下发等功能。

（1）数据的收集主要是对发送到主机上的各段数据进行判断，判断是否为正确数据以及数据的来源，进而进行数据的处理、分类。

（2）数据的显示主要是对接收到的数据在分类后通过显示控件进行显示。会显示不同节点的温度、湿度、烟雾值以及噪声值。

（3）数据的存储是将已接收到的数据进行存储、记录，方便以后查看。存储后，数据会被保存到指定的EXCELL表格中。

（4）数据的读取是读取接收过的存储在电脑上的数据。读取相应的EXCELL表格，数据会通过表格以及图表的形式显示出来，以供查看。

（5）数据的下发是指通过PC机向从节点发出数据指令，排风扇的开关、灯光的开关都可以通过PC机上的按钮进行控制。

4.2云端

云端的使用同样是对接收到的数据进行显示、储存、读取和指令的下发。不过云端可以使监管人员随时随地对数据进行的实时查看，对变电站进行远距离监控和操作，同时也方便了数据的存储和存储空间的节约。

4.3无人机监控以及获取3D地形测绘

无人机采集到的图像经回传后可以通过手机和电脑进行查看，方便监管人员对无人机的操控以及对危险环境的数据采集和监控。通过无人机高分辨率影像的特点，提出一种通过自动匹配生成离散点来构建TIN及优化的方法，利用高重叠度的影像建立立体像对，匹配大量特征点。根据不规则三角网生成TIN及等高线，辅以少量人机交互修改，在精度不降低的情况下减少人工工作量，最终生成具有高度真实感的三维地形。通过处理获得比较精确的外方位元素，再结合外业获得的精确的地面点坐标匹配生成大量离散特征点。提出一种自动生成TIN的方法构建并优化TIN，同时通过少量的人工修改提高TIN的精度，最终生成等高线、DEM以及三维模型。

5结束语

随着无人机技术的不断发展，目前配电网架空线巡视中广泛采用无人机进行巡视，不但能够有效提高巡视效率，同时能够保障工作人员的安全，与传统人工巡检相比具有许多优点。下一步，应全面推广无人机作业核心技术，加快复合型运检人员培育，推动人工智能技术在无人机领域的融合应用，促进无人机在电力行业的进一步应用。

参考文献

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[2]张涛.变电站中无人机的应用[J].农村电气化，2018(02)

[3]李坚李超.无人机电力巡检技术的探讨[J].科技创新导报，2017(11)

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[5]毛天.基于无人机技术的变电站电塔线路火灾应急处理技术研究[J].信息化建设，2016(02)

作者简介

吴晓松（1990-）男，汉族，本科，助理工程师，主要从事变电电气一次设计工作。