微型无人机在220kV变电站高空巡检中的应用

唐丽媛，杨占东，李 强，聂 瑞，尹宏杰，贾 烨

(包头供电局，内蒙古 包头 014030)

在提高供电系统可靠性方面，变电设备的安全稳定运行起着重要作用[1-3]。然而变电站内新设备投运的不稳定以及老旧设备隐患容易造成设备故障和异常，特别是变电设备上方区域存在巡视盲区，需要进行全面的隐患排查[4-5]。常规高空设备巡视是由变电站运维人员在地面远距离巡视，人眼不能精细辨别，借助望远镜效果亦不明显，无法及时消除设备隐患[6-8]。需要引入先进的巡检技术手段，来弥补人眼角度单一、可视精度差、巡检效率低等问题[9-11]。

为了解决以上问题，包头供电局变电运行专业引入微型无人机用于220kV变电站的高空巡检，这也是蒙西电网的首次应用。协助变电站运维人员进行远距离巡视、高空俯瞰巡视和周边100m范围的安保巡视等，取得了较好的效果。笔者针对微型无人机的应用情况，详细介绍了技术实施方案、安全管控措施、无人机巡视作业的缺陷上报和评估等，能够为同行业无人机的应用提供一定的指导意见。

1 技术实施方案

1.1 无人机搭载的装备设置

引入大疆御2型号无人机，体型较小，可控性和稳定性较强，抗干扰能力适合变电站高空巡检。此外，设置搭载高清相机，对变电高空设备进行近距离的巡视和检查，多角度拍摄高清图片；设置存储设备照片的功能，用于缺陷定级、上报，为检修人员准备设备型号和参数提供高清数据资料；搭载无线发射装置，将无人机拍摄的视频实时传输。

1.2 无人机的巡检模式

1.2.1 保险巡视。无人机巡视(以下简称“机巡”)是变电站高空巡检重要的保险方式，按照距离超过高空设备5m的高度，一是沿变电站设备区主环路，对环路包围圈内高空设备、设施进行巡视；二是沿变电站围墙四周飞行巡视。重点针对变电站设备上方的巡视“死角”，如设备连接引线、螺丝防脱销、 避雷针、架构螺栓及焊接部分、设备顶部、设备绝缘部分等进行全覆盖巡视；对人工巡视高处设备的疑似异常进行再一次的甄别、判断，精准定级设备缺陷和隐患。“机巡”实现了变电站高空巡检的无盲区巡视和检查，是人工巡视的重要保险，保证巡视范围的全覆盖，大幅提高巡检效率。

1.2.2 安保巡视。对变电站周围100m的高空范围进行安保巡视，沿外周边进行环路巡检，针对设备、设施、漂浮物及出线电缆头等情况进行详细的检查，发现异常及时处理，大幅减轻人员的劳动强度。

1.2.3 隐患复查巡视。按照“两段式”隐患复查进行无人机再巡视，制定必要的风险管控方案，避免设备事故停电的发生。“一段”隐患复查为变电站运维人员按照“列入计划—跟踪巡视—管控风险”工作流程，应用无人机进行设备缺陷和隐患处理前的跟踪巡视，掌握设备隐患发展的程度，实时调整管控措施，避免由缺陷隐患发展为事故。“二段”隐患复查为变电站运维人员按照“缺陷处理—隐患复查—缺陷消除—效果评估”工作流程，在验收后应用无人机对高空处理部位做重点复查巡视，规定缺陷处理后对消缺设备进行复查并记录，以保证缺陷隐患彻底消除。

1.2.4 特殊巡视。根据变电运行的特殊情况，适当增加无人机的特巡。如可能影响设备运行状况的特殊天气过后；设备经过检修、改造或长期停运后重新投入系统运行后；设备发生过负载或负载剧增、超温、发热、系统冲击、跳闸等异常情况时[12]；存在发生较大电网事故(事件)风险时段。

2 安全管控措施

整合巡视方案、周期和路线，开展“三级”巡视安保机制，实施无人机作业的全过程安全管控。

2.1 一级开展巡视前期安全保障

无人机巡视之前，对工作现场的安全要素进行详细检查。对无人机带电量、各部件安全稳定状态进行检查，确保无人机工况正常后再开展巡视。对无人机作业环境进行评估，提前判定是否有雨、雪、雷电等特殊天气，确定风力、气温合适后再开展巡视。重点检查无人机作业人员是否持证上岗、是否酒后上岗、情绪是否正常等，检查合适后允许上岗。向无人机作业人员进行现场专门安全技术交底，告知巡视路线，控制措施及注意事项等。

2.2 二级开展巡视期间安全管控

设立“安全监护岗”，对变电站内重点设备附近、站外周边环境重点部位巡检过程进行定点安全监护，并对定点位置的安全情况进行评估，遇到可能影响安全的特殊情况时，及时发出安全管控预警。“安全监护岗”负责跟随无人机进行移动监护，实时观测无人机的安全情况和周边可能出现影响安全的不稳定因素，及时发出预警。人防、机防相结合，实时监护，随时控制，进行巡视作业期间的安全管控。

2.3 三级开展巡视后期安全评估

在巡视作业结束后：①开展现场安全措施的撤除和收尾工作，对巡视作业全过程安全情况进行总结和评估，重点分析存在的安全问题和教训，详细总结安全管控经验；②针对作业现场的情况进行专题讨论和培训，在其他运维站进行更为有效地推广，为下一次无人机巡检作业做好现场安全管控的准备措施提供依据。

3 缺陷上报方案

按照“轻量级+精细化”分析机制进行缺陷上报，实行无人机作业的数据采集-数据整理-数据分析-信息提取-结论上报的闭环处理。

3.1 “轻量级”缺陷识别处理

“轻量级”是指采集巡检现场数据，并轻量级整理疑难缺陷数据信息，即全程可视、数据可看，实时上报初级缺陷。利用无线传输技术，将无人机拍摄的视频实时传输，运行人员与无人机同视角巡视，同步判别缺陷、隐患。缺陷表征明显，运行人员留存图片资料，随即上报缺陷。缺陷表征不明显，现场运行无法精确判别时，控制无人机悬停在疑似缺陷位置对设备进行精确巡检，多角度拍摄高清图片，并上传至轻量级分析客户端。分析软件将图片信息按照缺陷类别进行初步的分类存储，以便技术人员再次分析。

3.2 “精细化”缺陷分析处理

“精细化”是指精准细致分析缺陷数据，提取准确的缺陷和隐患信息，准确上报缺陷。现场运行人员将轻量级分类存储的疑似缺陷图片推送至设备隐患分析小组，放大研究疑点部位，有针对性地“精细化”分析处理，指导现场运行人员准确上报缺陷。技术小组无法判别时，通过远程会议系统，联合专业部门进行远程会诊，精准定级设备缺陷。“精细化”缺陷分析处理后，技术人员指导现场运行人员精准填写疑难缺陷部件、部位描述，完成缺陷上报工作。有效开展专业故障分析和缺陷治理，为设备状态检修、科学选型提供依据。

4 评估作业方案

受5S现场管理法的启发[13]，综合考虑无人机作业的情况，结合“两段式”隐患复查和缺陷上报的结果，提出4S工作法，即“整理(Shiri)、整顿(Seiton)、清扫(Seiso)、素养(Shitsuke)”，精准评估无人机作业的高空巡检质量。

4.1 整理

将巡视成果分类，无须复查的直接处理，需要跟踪的缺陷隐患，按照类别建立设备缺陷跟踪台账。

4.2 整顿

标准化整理巡视结果，建立无人机巡视台账，详细记录巡视次数、结果以及缺陷定级，准确评价高空巡检的效率。

4.3 清扫

建立变电设备盲区消除台账，精准评价设备盲区的扫除情况。

4.4 素养

结合以上台账内容，精准评估无人机高空巡检的质量，为制定和改善巡视计划、方案、效益分析等提供有力依据。

5 应用实例

2020年3月，在包头供电局220kV古城变电站和兴胜变电站进行了微型无人机的首次应用(见图1)，严格按照技术人员制定的技术实施方案、安全管控措施和缺陷上报方案等进行变电站高空巡检工作，取得了突破性的巡视成果。

图1 无人机俯视拍摄高清图片

“机巡”扫清了变电站室外高空设备的巡视盲区，共发现缺陷和隐患29处，均得到了及时的处理。其中发现一次设备连接引线螺丝缺少开口销子10处(见图2)，避免了母线脱落引起的母差保护动作，消除其可能导致的220kV出线失电跳闸而引发严重电网事故的风险；发现避雷针、架构螺栓及焊接部分锈蚀17处(见图3)，避免了避雷针掉落在变电设备而引发的重大设备故障；发现主变顶部锈蚀及金属异物(铁丝)2处，避免了主变套管故障，消除其可能引起主变相间故障的隐患。

图2 设备连接引线螺丝缺少开口销子

图3 避雷针、架构螺栓及焊接部分锈蚀

微型无人机的应用提升了变电站室外高空设备和周边100m范围的巡检效率，传统的“手持望远镜”式全站巡视一次的时间约4h，而使用无人机巡视时间约1h；提升了人员攀爬特高设备的效率，如避雷针、门型架构等，传统的人力平均攀爬检查1根避雷针约1h，而无人机巡视和检查只需10min，极大减轻人力劳动强度。

6 结束语

微型无人机用于变电站高空巡检是蒙西电网变电运行专业的首次突破，解决了困扰变电运维人员检查高空设备的“盲区”问题，使得变电站室外高空设备和周边100m范围内的巡视和检查能够高效率、全覆盖、无遗漏，减少设备停电时间，消除设备重大安全隐患，全面提升设备健康水平，电网运行更好地契合地区的工业智能化发展趋势。

由于变电站磁场环境复杂，本次微型无人机的应用也仅限于两座220kV变电站的初步使用，巡视路线相对简单，未深入变电站磁场密集处进行更为细致的巡检。但是本次积累的飞行经验、建立的巡视台账、巡检质量的评估以及取得的巡视成果为下一次无人机巡检作业提供了宝贵的依据。无人机大范围应用于变电站巡检是未来发展的方向，也是助力智能化无人变电运维发展趋势的重要帮手，能够推进企业高质量。