無人機(jī)非接觸式驗(yàn)電裝置系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

熊猛

摘 要：在電力作業(yè)中，以往的驗(yàn)電方式需要工作人員手持絕緣棒靠近甚至直接接觸電線，然后通過驗(yàn)電設(shè)備的反應(yīng)來對線路是否帶電進(jìn)行判定。這種驗(yàn)電方式會(huì)受到多種因素的影響，同時(shí)危險(xiǎn)系數(shù)較高，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)維工作的需求。本文提出了一種立體式驗(yàn)電技術(shù)，旨在開發(fā)無人機(jī)非接觸式驗(yàn)電裝置系統(tǒng)，提升驗(yàn)電工作的有效性和安全性。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);非接觸式;驗(yàn)電裝置;應(yīng)用分析

中圖分類號：TM75文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2019）29-0072-03

Development and Application of Non-contact Electric

Inspection Device System for Drone

XIONG Meng

（Xishuangbanna Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co.， Ltd.，Jinghong Yunnan 666100）

Abstract： in the electric power operation， the former way of electricity test requires the staff to hold the insulating rod close to or even directly contact with the electric wire， and then judge whether the line is electrified through the reaction of the electricity test equipment. This way of electricity test will not only be affected by a variety of factors， but also has a high risk coefficient at the same time， which can not meet the needs of the current power system operation and maintenance work. In this paper， a three-dimensional electrical testing technology was proposed to develop a non-contact electrical testing device system for UAV， so as to improve the effectiveness and safety of electrical testing.

Keywords： UAV;non-contact type;power test device;application analysis

傳統(tǒng)的驗(yàn)電方式是工作人員通過手持絕緣棒連接高壓驗(yàn)電器靠近甚至接觸電線，根據(jù)驗(yàn)電器的響應(yīng)來判斷線路是否帶電。因此，該驗(yàn)電方式受人為因素、驗(yàn)電設(shè)備、線路環(huán)境等因素的影響。如果工作人員操作不當(dāng)或者設(shè)備性能不良，甚至?xí)ぷ魅藛T的生命產(chǎn)生威脅?，F(xiàn)行的配電線路驗(yàn)電方式具有勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作條件差、勞動(dòng)效率低等劣勢，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展需求，智能電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)管理中需要更加先進(jìn)、科學(xué)以及高效的驗(yàn)電方式。

1 傳統(tǒng)驗(yàn)電裝置存在的問題

電網(wǎng)進(jìn)行配電線路檢修作業(yè)時(shí)，工作人員在停電后就要使用驗(yàn)電工具來對配電線路進(jìn)行驗(yàn)電操作，以便確保線路上無電壓，避免對工作人員安全造成威脅。采用傳統(tǒng)的驗(yàn)電方式，工作人員需要借助爬梯或者其他工具登高，然后使用電工刀將線路的絕緣層劃開，最后用驗(yàn)電工具來對配電線路進(jìn)行驗(yàn)電。

這一過程具有很多危險(xiǎn)點(diǎn)：工作人員在進(jìn)行驗(yàn)電作業(yè)時(shí)，需要借助爬梯或者其他工具來近距離接觸配電線路，在登高過程中可能存在人員高空跌落的危險(xiǎn);用電工刀切開導(dǎo)線絕緣層，具有碰觸裸露導(dǎo)線的危險(xiǎn);配電線路絕緣層被破壞，可能會(huì)對導(dǎo)線造成破壞，即便之后用絕緣膠布重新包扎，也可能導(dǎo)致導(dǎo)線絕緣性降低;傳統(tǒng)的驗(yàn)電方式整個(gè)過程中最起碼需要15min，這也必然導(dǎo)致停送電時(shí)間的延長，降低了供電可靠性。

2 無人機(jī)非接觸式驗(yàn)電裝置系統(tǒng)的開發(fā)

本項(xiàng)目擬研究一種立體式驗(yàn)電技術(shù)，即用傳統(tǒng)驗(yàn)電方式與無人機(jī)驗(yàn)電方式結(jié)合，用多旋翼無人機(jī)搭載非接觸式驗(yàn)電器對10kV架空線路進(jìn)行驗(yàn)電。項(xiàng)目研究目的是減少安全事故的發(fā)生，同時(shí)也可降低線路檢修、維護(hù)的成本，提高工作效率。

2.1 研究內(nèi)容

研究內(nèi)容主要有：10kV的配電線路感應(yīng)式驗(yàn)電器的研制;10kV的配電線路感應(yīng)式驗(yàn)電器的感應(yīng)距離研究;驗(yàn)電探頭搭載的多旋翼無人機(jī)平臺及其穩(wěn)定性研究;多旋翼無人機(jī)信號傳輸抗干擾能力研究。

2.2 技術(shù)路線

2.2.1 研發(fā)無線驗(yàn)電裝置。本文研究開發(fā)一種多旋翼無人機(jī)上使用的無線驗(yàn)電裝置，如圖1所示。具體技術(shù)路線為：在無線核相儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，加裝金屬探測桿，擴(kuò)大探測范圍;在探測器上加裝指示燈，當(dāng)探測到線路電磁場后，亮綠燈，否則不亮燈;設(shè)計(jì)開發(fā)一款手持終端，當(dāng)探測器感應(yīng)到電壓后，它能夠顯示信息;設(shè)計(jì)將探測器安裝到多旋翼無人機(jī)底部云臺掛板上。

2.2.2 研發(fā)無人機(jī)云臺。本文研究開發(fā)掛載無線驗(yàn)電裝置的無人機(jī)云臺，同時(shí)測試驗(yàn)電距離，如圖2所示。具體技術(shù)路線為：設(shè)計(jì)一種能夠掛載無線驗(yàn)電裝置的無人機(jī)云臺，控制云臺可以將無線驗(yàn)電器進(jìn)行多個(gè)角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，擴(kuò)大感應(yīng)范圍;無人機(jī)掛載驗(yàn)電裝置現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際測試，針對10kV配電線路，測試感應(yīng)距離;根據(jù)測試結(jié)果，設(shè)定感應(yīng)電壓閾值，避免發(fā)生停電線路影響周圍帶電線路的情況。

2.2.3 多旋翼無人機(jī)平臺穩(wěn)定性研究。如圖3所示，多旋翼無人機(jī)采用普通GPS，定位精度不高，水平和垂直偏差在2.5m左右。為了提高驗(yàn)電時(shí)無人機(jī)的定位精度，通過研究加裝RTK定位裝置，可以將無人機(jī)定位懸停精度提高到10cm。

2.2.4 多旋翼無人機(jī)信號傳輸抗干擾能力研究。在不同電壓等級線路的電磁場環(huán)境下，測試無人機(jī)的安全飛行距離，給操作人員提供飛行參考;在無人機(jī)飛控中加裝至少2套IMU模塊，提高無人機(jī)的抗電磁干擾能力。

2.3 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 研究六軸無人機(jī)結(jié)構(gòu)。目前，市面上最多的多軸無人機(jī)結(jié)構(gòu)為4、6、8軸，這類無人機(jī)技術(shù)比較成熟，本項(xiàng)目易采用六軸多旋翼，四軸無人機(jī)雖然重量較輕，但是其穩(wěn)定性無法滿足驗(yàn)電工作需求，八軸無人機(jī)雖然穩(wěn)定性較強(qiáng)但是重量過大。因此，該設(shè)計(jì)方案選擇使用六軸無人機(jī)，其重量和穩(wěn)定性都可以滿足驗(yàn)電工作需求。

2.3.2 合理設(shè)計(jì)無人機(jī)非接觸式驗(yàn)電方案。根據(jù)架空配電線路的實(shí)際情況，本研究開發(fā)無人機(jī)搭載驗(yàn)電筆，設(shè)計(jì)最適合的無人機(jī)結(jié)構(gòu)方案，然后結(jié)合配電線路運(yùn)行維護(hù)方法，制定無人機(jī)非接觸式驗(yàn)電方案。具體方案如下：01為低壓380V配電架空線路，02是10kV配電線路，系統(tǒng)中無人機(jī)驗(yàn)電筆的作業(yè)路徑為a地面→b下端進(jìn)行三相低壓驗(yàn)電→c飛至上端高壓配電線路上空→d上端進(jìn)行三相高壓驗(yàn)電→e返回地面;工作人員在地面上能夠通過手持操控設(shè)備來對無人機(jī)的飛行路徑進(jìn)行操控，當(dāng)無人機(jī)飛行至作業(yè)點(diǎn)時(shí)，使其處于懸浮狀態(tài)，使380V接觸式驗(yàn)電器慢慢接近被驗(yàn)01低壓380V配電架空線路，在b路徑平行飛行完成另外兩相導(dǎo)線的驗(yàn)電，保持安全距離的情況下由路徑c上升至02高壓10kV配電架空線路上方，同時(shí)確保無人機(jī)驗(yàn)電設(shè)備處于懸浮狀態(tài)，這時(shí)使10kV接觸式驗(yàn)電器慢慢接近被驗(yàn)02高壓10kV配電架空線路，在d路徑平行飛行完成另外兩相導(dǎo)線的驗(yàn)電，最后沿e路徑返回地面。

2.3.3 根據(jù)需求進(jìn)行無人機(jī)硬件設(shè)計(jì)、安裝。該無人機(jī)驗(yàn)電筆由三個(gè)部件構(gòu)成。第一構(gòu)件是驗(yàn)電部分，由380V接觸式驗(yàn)電器、絕緣桿、球狀活動(dòng)關(guān)節(jié)、平衡球和10kV高壓驗(yàn)電器組成;第二構(gòu)件是無人機(jī)部分，由無人機(jī)機(jī)架、螺旋槳、電機(jī)、電調(diào)、護(hù)罩安裝孔、飛控集成模塊和電池驗(yàn)電集成模塊組成;第三構(gòu)件是保護(hù)及電顯部分，由球形保護(hù)罩、LED燈顯、護(hù)罩固定扣和連接桿件組成。在驗(yàn)電的過程中，4LED燈有三種不同的顯示狀態(tài)，其狀態(tài)由驗(yàn)電集成模塊控制，如果LED燈為紅色，表示驗(yàn)電設(shè)備已經(jīng)與配電線路接觸且線路處于帶電狀態(tài)，如果LED燈為綠色，表示驗(yàn)電裝置與配電線路接觸，但此時(shí)配電線路處于停電狀態(tài);如果LED燈沒有亮度，表示驗(yàn)電裝置還未與配電線路接觸。

3 應(yīng)用取得的成效

根據(jù)設(shè)計(jì)出的無人機(jī)非接觸式驗(yàn)電裝置系統(tǒng)，委托具有資質(zhì)的廠家進(jìn)行生產(chǎn)，然后進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用。在半年的應(yīng)用過程中，無人機(jī)非接觸式驗(yàn)電裝置系統(tǒng)并沒有出現(xiàn)任何故障，也沒有發(fā)生誤報(bào)信號的問題，其各項(xiàng)功能可靠性與準(zhǔn)確性都比較高，實(shí)踐結(jié)果證明，該裝置達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。

傳統(tǒng)驗(yàn)電方式進(jìn)行驗(yàn)電作業(yè)按照平均耗時(shí)0.33h，影響100戶居民的正常用電，以當(dāng)前的電價(jià)0.67元/（kW·h）來進(jìn)行計(jì)算，每次停電驗(yàn)電作業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)損失為230元。另外，傳統(tǒng)驗(yàn)電方式對工作人員安全具有較大的威脅，一旦發(fā)生問題，那么造成的經(jīng)濟(jì)、人員損傷將是無法計(jì)算的。因此，從停電損失、人工、誤操作等方面進(jìn)行綜合分析，采用無人機(jī)非接觸式驗(yàn)電裝置進(jìn)行驗(yàn)電，每年可為企業(yè)節(jié)省成本98萬元。

無人機(jī)非接觸式驗(yàn)電裝置系統(tǒng)的開發(fā)，使得工作人員在驗(yàn)電工作中不用進(jìn)行登高作業(yè)，同時(shí)工作人員也沒有碰觸裸露導(dǎo)線的危險(xiǎn)，縮短了驗(yàn)電過程中的停電時(shí)間，大大提升了配電線路驗(yàn)電工作效率，同時(shí)也提高了供電可靠性和用戶對供電部門的滿意度。

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