无人机技术在变电站巡检中的应用

无人机技术在变电站巡检中的应用

江智聪

广东电网有限责任公司清远供电局  广东清远 511500

摘要：在无人值班或是少人值守的变电站中，无人机变电站智能巡检技术已经获得广泛应用，该技术能够及时发现并消除设备存在的故障问题，有效避免各类事故的发生，在保障设备安全运行等方面起到至关重要的作用。然而，在实际运行过程中，无人机变电站智能巡检系统仍然存在着各种各样的问题，比如表计读数不准确、巡视效率较低以及点位偏差等等。基于此，本文主要对无人机在变电站智能巡检技术进行探究，旨在提出无人机在变电站智能巡检中的创新想法。

关键词：无人机；变电站；智能巡检

由于受到安装、天气及设计等诸多因素的影响，导致变电站架构、避雷针等设备容易出现螺栓锈蚀现象，严重情况下将会直接松动脱落。再加上变电站的架构、避雷针等本身处于较高位置，在进行地面巡视时，难以直接观察到其实际情况，与此同时，人员登高检查作业还会存在较大的危险性，且无法做到全面检查，一旦发生遗漏，就会导致架构、避雷针等处于隐患使用状态，因此，采用无人机对变电站架构、避雷针进行专项巡检，能够有效避免上述问题。

一、抗电磁干扰高精度定位避障技术

（一）无人机抗电磁干扰关键技术

在变电站区域内，通常会受到较强的电磁干扰，这将会直接关系到无人机的常规运行。因此，要想有效避免变电站电磁对无人机作业产生的影响，就需要针对无人机本身与作业航线等方面进行研究。传统无人机主要是利用GPS技术实现定位，这种方法往往会出现较大的定位误差，再加上受到变电站电磁的影响，导致定位精度不断降低。因此，通过将无人机与地面基站、双天线实时动态（RTK）进行有效结合，就能在接收GPS卫星定位的同时，也能接收到RTK多基站精确位置坐标，并在此基础上进行差分处理，使双指南针模块始终保持正确方向，同时还能有效避免无人机受到外部电磁的影响[1]。在测定站内，电磁将会对周围环境和设备空间位置产生一定干扰，对此，还需对无人机作业航线进行合理规划，尽量避免占内重大电磁干扰源，或是出现狭窄带电区域作业，在保障巡检质量的基础上，尽可能地降低无人机所受到的电磁干扰。

（二）无人机高精度定位关键技术

变电站内的设备种类相对较多，再加上价格高昂、布局紧密，通过利用无人机巡检变电站，通常会对定位精度有着相对较高的要求。RTK载波相位差分技术是一种常见的差分方法，能够同时对两个测量站载波相位观测量进行处理，并直接把基准站所收集到的载波相位上传至用户接收机，以此来完成求差解算坐标，作为一种新型的卫星定位测量方法，同时也是一种地理精准测绘方法，能够实现厘米级的定位精度，主要是利用载波相位动态实时差分方法，代表着GPS应用的进一步提升与发展，有效提升了作业质量和效率，确保作业安全。

（三）无人机避障关键技术

将激光测距雷达避障模块安装在无人机上，直接装置于无人机云台上，能够在短时间出探测出无人机与障碍物间的距离，将所测得的距离作为参考，协助巡检人员对无人机的飞行参数做出适当调整，与此同时，还能设置一定范围内的安全阙值，以进行躲避障碍物，该技术具有精度较高、动态性强以及自主性高等特点。通过航线对电子围栏进行重新规划设置，确保无人机与使用设备能够始终控制在合理距离范围内，从而有利于保障巡检作业时的设备安全与飞行安全，有效提高无人机变电站智能巡检的安全性和可靠性。

二、激光三维模型及点云航线规划技术

（一）变电设备关键部件自动自动识别技术

三维航线规划，主要是进行变电站一次设备巡检，通常需要找出设备点云中所需进行巡检拍照的主要部件。笔者所采用的是一种较为典型的零部件识别方法，主要是基于点云边缘特征，先借助非线性滤波优化算法，对点云模型进行处理，以获得经过优化后的目标点云Kinect，并在此基础上提出八邻域深度差算法，提取点云边缘，紧接着，再采用随机抽样一致性算法，对分割后的点云边缘进行检测，找出被定义的边缘特征，以识别零部件。这种方法能够有效识别典型零部件，并且无需进行人工干预，有利于提升航线规划效率。

（二）基于激光点云的三维航线规划技术

通过参考变电站三维航线激光点云数据，并根据多种机型的飞行安全、飞行能力以及部件大小等诸多因素，在此基础上实现自主航线规划，获得地理坐标精度较高的航线规划，为无人机自主巡检作业的顺利开展打下坚实基础[2]。

（三）航点生成与航线规划技术

利用基于导入的高精度激光点云数据，能够自动获取母线、隔离开关以及构架等相关部件的特征量，通过新建的飞行架次，以实现较高精度的智慧航线规划，比如云台角度、拍摄数量以及拍照点地理坐标等相关参数。等到完成航线规划后，将会针对整个航线实施模式飞行安全的审核检查，对于那些存在安全隐患或是其他问题的航线与航点，要立即采取相关措施进行解决处理。

三、无人机自主巡检智能控制技术

（一）基于多传感器融合的无人机控制算法

利用不同种类的传感器，能够对周边环境进行全方位感知，不仅能在短时间内获得无人机的位置信息，还能准确获得设备的环境信息等。当变电站无人机进行智能巡检时，一方面需要根据无人机对设备的安全距离，另一方面还要结合相机焦距、分辨率以及画幅等相关因素，判断其是否会对图像拍摄质量产生干扰，与此同时，还需考虑到无人机云台角度和机头朝向等一系列问题。将激光雷达、可见光等传感器信息技术，与无人机控制等关键技术进行有效结合，能够准确控制无人机的姿态及云台等。

（二）无人机自主巡检智能控制系统

对于变电站巡检作业的基本特征，可利用无人机低空遥感、多传感器融合以及机器学习算法等相关技术，制定专门的无人机智能巡检控制系统。当变电区域受到电磁干扰时，或是在复杂工况下，需要对无人机的定位飞行航线进行合理规划，通过自主或是遥控等多种方式，以此来根据预设航线、焦距以及角度进行飞行巡检，达到无人机自主巡视与智能控制的目的，既能节省人工操作，还能提高巡检效率，减少设备安全风险的发生[3]。

四、变电站无人机智能机巢技术

（一）机巢高速充电技术

利用机巢高速充电技术，能够设计出快速且可靠的接触式充电系统，当无人机被机巢成功回收后，可以不关机在线充电，或是利用机械臂自动更换电池。

（二）机巢降落引导技术

在机巢设计过程中，一方面是利用AR-tag的多旋翼无人机飞行降落引导系统，另一方面还借助了RTK精准定位的降落系统，在双重系统保障下，即便是在缺少GPS网络覆盖的条件下，无人机也能实现精准着陆。

（三）机巢气象监测技术

通过该技术能够实时监测到风速、风向以及降雨量等相关数据，一旦超出预设指标后，将会自动停止执行任务。利用机巢内置的服务器，能够随时从互联网中获取作业范围内的各项气象数据，并对飞行计划进行动态化调整。当遇到恶劣天气时，还能立即暂停起飞，或是自动召回无人机[4]。

结束语

综上所述，无人机行业作为一种新型的高科技行业，集多种学科、多种领域为一体。现阶段，无人机技术在变电站巡检中的应用仍然处于初步发展阶段，所以，还需要进一步积累巡检经验，深入开展相关应用研究，在变电站用于尝试，积极推广并采用变电站无人机巡检技术，始终朝着智能化巡检的方向发展，进而实现变电站设备近距离、无盲区巡检的目标。

参考文献

[1]吴俊杰.无人机智能巡视系统在变电站巡检中的应用[J].农村电气化,2023,(10):21-23+88.

[2]曹明,陈欣,张凯,张红梅.基于铁塔新基站与蜂巢无人机的智能巡检系统[J].广东通信技术,2022,42(08):48-52.

[3]张海华,陈昊,李中烜,刘怀宇,孙小磊,许驰.变电站油位表计设备的无人机巡检系统研究[J].湖南电力,2022,42(01):48-52.

[4]田小壮,石辉,刘家辛,曹飞,常雪婷.复杂环境下无人机智能巡检轨迹规划方法研究[J].电子设计工程,2021,29(20):77-81.