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摘要：随着经济和科技水平的快速发展，用电负荷不断提升，电网规模日益扩大，系统的安全稳定运行尤为重要。但目前输电线路仍然以人工巡检为主，效率低、局限性大、人员安全存在隐患，难以满足输电线路持续快速增长的需求，因此，智能巡检是未来电网检修工作的发展方向和趋势。无人机是智能巡检的重要方式之一，电力行业各单位正在大力推广和应用。
关键词：变电站；运行环境；监测；无人机
引言
人们对能源的需求也在增长，这使得输电线路的规模不断扩大，对输电线路的运行和维护的要求也在不断提高。在电力行业中，传统的巡检方法已无法满足行业发展的要求，也无法满足信息管理方面的要求。作为一种可以在空中灵活移动的平台，无人机（UAV）可以承载多种负载设备，具有操作简单、快速高效、网络协调检查容易、维护成本低的优点。无人机电源检查还具有效率高、精度高和速度快的优点，特别适合在山区、丘陵和其他复杂地形环境中进行电源线检查。无人机技术的应用有助于提高输电线路检查的效率和电力检查中的信息管理水平。
1传统变电站运行环境人力巡检问题
据了解，在传统的变电站运行环境监测过程中常常使用人力巡检的方式保证变电站的运行安全，但是，在巡检过程中，人力巡检只能是通过定期监测或不定期监测的方式，没办法做到每天监测，导致变电站环境数据的变化无法得到及时、准确的监测，影响变电站运行环境监测结果的准确性，还有可能出现漏检的情况，严重影响变电站的正常运行，导致供电事故的发生。随着科技技术的不断发展与进步，智能化的监测系统逐渐被研究、使用，如摄像机监测。尽管有效提高了变电站运行环境监测结果的准确性，保证了全天24h监测时间，但是，在实际的监测系统运行中存在不少问题。比如，在获取监测结果后，需要由人工进行数据的筛选与对比，继而从大量的数据中筛选出异常数据，由于人工筛选的局限性，导致在筛选过程中很容易出现数据遗漏的现象，无法及时发现异常。另外，变电站运行中发生事故，事故变电站的调控不及时，所有处理只能等到相关人员到达现场后才能解决，大大提高了事故损失，影响了电力企业效益。
2基于无人机的变电站运行环境监测实施方式
2.1无人机—变电站监控数据采集系统总体架构设计
利用无人机构建智能化监控与数据采集系统，实现对变电站设备及外部环境监测，同时将各项监测数据回传到数据控制中心，通过控制中心的相应程序将数据存储到数据库中，并对收集到数据进行分析，形成相应指令，确保变电站智能监控与数据采集功能地实现。该系统基本原理为利用无人机进行勘测，之后将勘测图像数据通过无线网络传播到计算机中，计算机利用相应控制程序对数据进行采集与处理。该无人机—变电站监控数据采集系统由六大模块构成，实现对变电站的实施监控，具体模块为无人机、地面指挥、数据链路、有效载荷、发射与回收、数据处理模块等。不同模块相互配合，共同实现对变电站智能化监控与管理。
2.2多旋翼无人机电力巡检系统
多旋翼无人机电力检查系统是一种基于无人机技术和信息技术的图像采集系统，具有多种功能，可以适应复杂的工作条件，可以监测电力线和电线接地的实际运行情况。快速准确地检查线路状况、防雷和接地装置。它还具有显著的承载能力和耐用性，出色的数据传输能力，因此在功率测试中可以发挥不错的作用。四旋翼无人机的动力系统可分为3个部分：电动机、动力和速度控制系统。电机是无刷电机，电源是锂聚合物电池。
整体表现非常稳定。速度控制系统基于控制信号。调整电动机速度以达到速度调整目标。GPS导航系统，如果动力系统是一块肌肉，那么导航系统将是眼睛，它可以为无人机操作员提供跟踪并促进对无人机的全面控制。GPS可以说是无人机检查系统中最重要的部分，可以提供无人机定位服务，以确保无人机检查的安全性和稳定性。无人机的导航系统可以直接执行GPS全球定位。无人机操作员可以预先计划无人机检查路线和距离，并使用PTZ跟踪系统确定无人机检查位置和情况。还可以直接调整PTZ的角度，从而达到拍摄特殊位置（例如铁塔和电线）的目标。无人机电力检查系统的信息收集主要是薄膜和返回极、电线、接地装置等。因此，该信息收集系统主要装有热红外成像系统和可见光收集设备，可以在短时间内完成从电源线收集信息的任务。为了确保采集的准确性和有效性，通常会选择固定焦点相机和变焦相机的组合，并且两个相机一起工作以完成诸如拍照和录像的任务。热红外成像系统的功能是收集电气设备和电线表面的温度。在夜间检查期间，借助温差查找难以发现的区域和相对隐蔽的故障点，从而从根本上改善无人机的性能，并提高检查系统的有效性。由无人飞行器信息收集系统收集的各种数据和信息，将会通过信息传输系统传输回地面，并在其真正发挥作用之前立即进行分析。当然，也可以根据用户的需求直接传输到电网配电中心，实现面向信息的数据管理系统。无人电力检查系统必须具有实时控制功能，才能可靠、平稳地完成线路巡检过程，而控制系统可以实现这一点。
2.3无人机的自动降落
无人机在完成巡线动作后，需要返航，在本次设计中设计了一键返航，在遥控器上的第七通道，设计了一键返航的通道操作，当遥控器拨到自动降落的挡位是，无人机会获取无人机所处的位置，气压计会获取所处高度的气压状态与初始的气压状态进行比较，若与初始状态不一样时飞控就会进行PID整定以此来控制无人机的高度状态，然后通过GPS获得位置信息，若没有达到期望的水平位置，飞控就会进行PID整定，控制无人机的水平位置，最后在进行PID高度整定，最终实现降落操作。
2.4巡检数据分析
巡检数据分析的目的是利用无人机采集的图像和视频数据，及时发现并消除设备缺陷。（1）线路设备本体缺陷：组成线路本体的构件、附件、零部件，包括基础、杆塔、导地线、绝缘子、金具、接地装置等本身的缺陷。（2）附属设施缺陷：指附加在线路本体上的各类标志牌、警告牌及各种技术监测设备、避雷器等出现的缺陷。（3）外部缺陷（隐患）：指外部环境变化对线路安全运行已构成某种潜在性威胁的情况（如在保护区内新建房屋、植树竹、堆物、取土、线下施工车辆作业等对线路造成的影响）。（4）线路通道内导线对建筑物、树竹等交叉跨越距离不满足。线路保护区内有矿区，修建交通设施、建筑物等有高大施工机具和焚烧现象。（5）固定翼无人机具有航速高、覆盖范围大、续航时间长等特点，适合应用于灾后线路走廊的大范围普查。通过利用固定翼无人机进行灾后勘查，可在短时间内整体掌握线路的整体损失情况，为应急决策提供初步依据。
结语
随着无人机的发展应用，基于无人机的变电站运行环境监测系统大大提高了变电站运行环境监测的监测效果，完成了全天候、无死角的监测，并且所有的监测数据都能够非常及时地反馈到相关人员手中，帮助相关人员完成变电站运行环境安全的保障工作。因此，在未来的无人机监测系统发展中，相关人员还应当不断加大力度，完成无人机监测系统的运行，并将无人机应用到更加广泛的行业中，推动社会的发展与进步。
参考文献：
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