無人機(jī)搭載的高壓噴水清洗絕緣子裝置研制

黃海鵬 王成皓 周海峰

摘 要：本文研究了一種基于無人機(jī)平臺的高壓沖洗絕緣子裝置，該裝置能在地面操控?zé)o人機(jī)對高空電塔的絕緣子進(jìn)行帶電噴水沖洗，主要由高壓氣瓶、儲水罐、距離探測器、無人機(jī)、控制電路等部分組成。相較于傳統(tǒng)水泵驅(qū)動(dòng)方式，該裝置采用壓縮空氣作為動(dòng)力能產(chǎn)生比等體積水泵更大的壓力，從而推動(dòng)水柱由噴頭高速噴出達(dá)到清洗絕緣子的目的，并且具有良好的安全性，值得應(yīng)用推廣。

關(guān)鍵詞：絕緣子沖洗 壓縮空氣 無人機(jī)

中圖分類號：TM216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（a）-0-02

在供電系統(tǒng)中，高壓絕緣子作為重要的電工器械，其維護(hù)狀況的好壞對線路的安全運(yùn)行十分重要。由于長期暴露在外受環(huán)境的影響會在其表面形成一層導(dǎo)電性污垢，會導(dǎo)致污閃等事故給電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來極大的威脅。因此供電部門每年都要定期對供電線路上的高壓絕緣子進(jìn)行清洗以保證絕緣子表面的潔凈，對提高輸電線路運(yùn)行的可靠性具有重要意義。

1 傳統(tǒng)的清洗方法

傳統(tǒng)的清洗方法往往是通過工作人員登上桿塔，使用濕布擦拭絕緣子，對于頑固污漬需配合洗滌劑擦洗，如果還擦洗不凈，則應(yīng)更換絕緣子。這種方法效率非常低，且為了保證工作人員的安全，施工線路還要停電，對周邊地區(qū)的生活生產(chǎn)造成影響。下面將進(jìn)一步介紹基于無人機(jī)的高壓噴水清洗絕緣子裝置。

2 基于無人機(jī)的高壓噴水清洗絕緣子裝置的研究

隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)在電網(wǎng)中的應(yīng)用也日益廣泛，電力系統(tǒng)使用無人機(jī)巡檢已經(jīng)很普遍，可在此基礎(chǔ)上，以無人機(jī)為平臺實(shí)現(xiàn)給絕緣子高壓噴水清洗的目的。相比于普通的無人機(jī)噴水清洗裝置，文章研究的噴水裝置并非采用傳統(tǒng)的水泵驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槭苤朴跓o人機(jī)的載重量，水泵的體積與重量都很小，因此就限制了最大噴射壓力，因此文章研究的裝置采用高壓空氣作為噴射水柱的動(dòng)力可得到非常大的噴射壓力[1]。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，基于無人機(jī)的高壓噴水清洗絕緣子裝置系統(tǒng)由1無人機(jī)、2激光測距模塊、3可見光云臺相機(jī)、4高壓噴水裝置、5控制電路等組成。

如圖2所示，基于無人機(jī)的高壓噴水清洗絕緣子裝置系統(tǒng)通過激光測距模塊采集距離信息，通過數(shù)傳模塊回傳地面。遙控信號通過數(shù)傳模塊上傳至飛控，并由飛控轉(zhuǎn)發(fā)至控制器，從而對電磁閥進(jìn)行控制。

2.2 高壓噴水裝置

在提出該解決方案前曾使用柱塞泵作為動(dòng)力，但受制于無人機(jī)的載重量，水泵的體積與重量都很小，導(dǎo)致此種情況下的最大噴射壓力只有1MPa，并不能滿足把絕緣子沖洗干凈的要求，因?yàn)椴糠治蹪n日積月累非常頑固，所以需要有更大的噴射壓力才能對絕緣子進(jìn)行有效的沖洗[2]。使用高壓空氣為動(dòng)力使水柱高壓噴出，因?yàn)樘峁嚎s起源的部分在地面，所以體積和重量并不會對無人機(jī)造成影響，因此可得到30MPa甚至更高的壓力。最后將其充進(jìn)噴水裝置的高壓容器中即可，該容器的尺寸與水泵相當(dāng)，但其最大壓力可以達(dá)到水泵的30倍，效果較為可觀。使用時(shí)通過電磁閥控制高壓容器的壓力通入水罐中，即可使水流高速噴出。該噴水裝置主要由儲水罐、高壓氣瓶、軟管、支撐桿、噴嘴等組成。噴嘴固定在一根1.5m長的碳纖維桿末端，以達(dá)到無人機(jī)遠(yuǎn)離高壓線的目的，從而保證安全。

2.3 激光測距模塊

由于高壓線有強(qiáng)烈的電磁干擾，這套裝置在導(dǎo)線帶電作業(yè)時(shí)具有一定的危險(xiǎn)性。整套裝置要和電網(wǎng)中的高壓線保持安全距離，距離過近，無人機(jī)有“觸電”的危險(xiǎn)，甚至引發(fā)嚴(yán)重的事故。但裝置也不能離絕緣子太遠(yuǎn)，否則沖洗效果不佳，失去清洗的意義。因此需要準(zhǔn)確地控制飛機(jī)與絕緣子之間的距離，在無人機(jī)配備RTK的前提下，能抗磁場干擾且定位精度達(dá)到±1cm，因此只需要一個(gè)能顯示飛機(jī)與絕緣子的距離的裝置即可，出于穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性的考慮，選用激光測距模塊來測量距離，無人機(jī)安裝該測距儀后，可以把前方物體的距離數(shù)據(jù)由實(shí)時(shí)圖傳系統(tǒng)傳送給地面操控者，使操控者可以根據(jù)返回的距離數(shù)值精準(zhǔn)地操控?zé)o人機(jī)對絕緣子進(jìn)行清洗。

2.4 可見光云臺相機(jī)

可見光相機(jī)采用相機(jī)與云臺一體化設(shè)計(jì)，具有重量輕、穩(wěn)定性高的特性，可與無人機(jī)平臺快速對接。由于進(jìn)行作業(yè)時(shí)只需要用于判斷飛機(jī)與絕緣子的位置，因此不需要變焦功能，只需要小型的定焦可見光云臺相機(jī)即可滿足要求，因此像素方面選用1200W像素。此外云臺相機(jī)還能輸出高清視頻至圖像傳輸系統(tǒng)，傳回地面用于判斷飛機(jī)實(shí)時(shí)位置。

2.5 無人機(jī)

由于噴水裝置對無人機(jī)的穩(wěn)定性、抗電磁干擾性能有著較高的要求，經(jīng)過市場上中型負(fù)載無人機(jī)的橫向?qū)Ρ?，決定采用M600pro機(jī)型作為載機(jī)，因?yàn)樵撓盗挟a(chǎn)品在電網(wǎng)得到廣泛的應(yīng)用，使用該機(jī)型無需用戶改變使用習(xí)慣、無需重新學(xué)習(xí)駕駛一款新機(jī)型，且該機(jī)型可配備RTK模塊，使其可以抗電磁干擾，且懸停精度達(dá)到1cm，有效負(fù)載能力達(dá)到6kg，能滿足該裝置的要求[3]。

3 安全性分析

使用無人機(jī)去代替人工爬塔做絕緣子噴水清洗最大的優(yōu)點(diǎn)在于可代替人工爬塔，從而極大地保障了作業(yè)人員的人身安全，這就是其在安全性上最大的優(yōu)點(diǎn)。至于無人機(jī)本身就是一款可靠的高性能飛行平臺，該機(jī)型已廣泛使用且配備三余度飛控系統(tǒng)、RTK高精度定位系統(tǒng)，使該機(jī)的穩(wěn)定性、安全性得到進(jìn)一步的提高，因此用于絕緣子清洗系統(tǒng)中的載機(jī)可使整套系統(tǒng)的安全性得到最大的保障。

4 結(jié)語

綜上所述，此基于無人機(jī)的高壓噴水清洗絕緣子裝置的操作人員經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)后，作業(yè)效率較傳統(tǒng)檢測方式有了顯著的提高，且極大地保障了作業(yè)人員的人身安全，模塊化的設(shè)計(jì)使使用及維護(hù)方便。該裝置的推出可提高絕緣子清洗的效率，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義，有巨大的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 張祥全，蘇建軍.架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2016.

[2] 熊典.輸電線路無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃研究及應(yīng)用[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2014.

[3] 韓博.淺析高壓絕緣子和高壓電力設(shè)備帶電化學(xué)清洗技術(shù)[J].信息通信，2012（1）：290，253.