袁力

中山供電局

電力電纜溝微型巡視無人機的研制與應(yīng)用

袁力

中山供電局

針對目前傳統(tǒng)電力電纜溝巡視費力、狹小空間巡視不徹底、故障工況巡視人身安全風(fēng)險大的問題，開發(fā)了電力電纜溝微型巡視無人機。新型無人機以無線操控微型無人機為載體，攜帶影像采集設(shè)備進行電力電纜巡視，搜索、定位、采集電力電纜缺陷和運維的影像數(shù)據(jù)；并可實時顯示機載影像。以實時傳回的機載影像為操作指導(dǎo)，在電力電纜的重點巡視部位定位懸停，定點360度旋轉(zhuǎn)觀察、精細巡查，飛行航時長。該無人機具備防碰撞功能，可用于狹小空間。該電力電纜溝微型巡視無人機能夠替代運維人員進入電纜溝進行高效巡視。

電力電纜溝；無人機；人身安全風(fēng)險；巡視效率；狹小空間

引言

電力電纜溝廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電網(wǎng)中，其巡視維護對于電網(wǎng)的可靠、經(jīng)濟運行具有重要意義。

然而一旦在電力電纜溝中發(fā)生事故，查找故障十分困難，需要耗費大量的人力、財力和物力，而且會帶來負荷損失以及對社會、經(jīng)濟造成負面影響。近年來，很多地區(qū)發(fā)生了電力電纜溝巡視不到位導(dǎo)致的事故，電力電纜巡視人員碰傷、中毒事件時有發(fā)生。因此，有必要迅速準確查找故障點，減小電纜溝巡視人身安全風(fēng)險。這是我們電纜運行管理維護部門的迫切需求，也是提高電網(wǎng)可靠性的重要措施。

1　電力電纜溝巡視現(xiàn)狀

電力電纜溝的巡視一直都是電力電纜管理維護工作的難點。

部分電纜溝沒有配置易揭蓋板，十分沉重，維護檢查時需人力掀開，費時費力，砸傷、扭傷人員的事件時有發(fā)生；電力電纜絕緣破損會發(fā)熱、漏電，有導(dǎo)致巡視人員觸電、燙傷、嗆毒氣等風(fēng)險；電纜溝內(nèi)含氧量低、光線差、電纜布置復(fù)雜、空間狹小，帶積水、封堵不良的電纜溝還可能有蛇蟲鼠蟻等小動物，運維人員有缺氧、摔傷、碰撞、咬傷中毒等人身安全風(fēng)險。

2　電力電纜溝微型巡視無人機設(shè)計

為了提高電力電纜溝巡視效率、保護人身安全，本文研制了電力電纜溝微型巡視無人機。

2.1巡視功能設(shè)計

選用重量不超過600g，直徑尺寸在40cm左右，可在狹小的電纜溝內(nèi)順利通行，完成巡視任務(wù)的四軸微型無人機。

無人機攜帶照明和廣角攝像頭，并可實時進行視頻傳輸。

2.2保護罩設(shè)計

由彈性的網(wǎng)狀支架（保護罩）為電力電纜溝微型巡視無人機提供360度全方位保護。

圖1　保護罩結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　電纜溝微型巡視無人機實物圖

保護罩（如圖1所示）結(jié)構(gòu)如同蜘蛛網(wǎng)型分布，結(jié)構(gòu)更為緊固。保護罩由兩種材料拼接而成，主體結(jié)構(gòu)部分材料為ABS工程塑料，具有足夠的緩沖力及更輕的重量；軸線桿狀連接部分材料為碳纖維，足夠抗衡縱向壓力和橫向撞擊力；保護罩與飛行器連接部分可橫向轉(zhuǎn)動，并能使飛行器處于保護罩中心以保持平衡。如此，保護罩的結(jié)構(gòu)和材料使它具有很好的緩沖力使無人機更好地抗撞擊和越過障礙物，運用于復(fù)雜的工作空間。

2.3適用性設(shè)計

對無人機攜帶電池進行擴容改造，續(xù)航能力超越市場上同類無人機2～3倍，達到20min，滿足電纜溝正常巡視和照明的要求。

選擇成熟的懸停控制策略，使無人機可定位懸停，定點360度旋轉(zhuǎn)，可對隱患部位重點多角度精細巡視。

設(shè)計了方案二，采用全碳纖維保護設(shè)計，將無人機機翼完全包裹保護起來，尺寸更小，可根據(jù)實際使用情況選擇。

圖3　保護罩結(jié)構(gòu)示意圖

在電纜溝入口處設(shè)置60*60（cm）的小型易揭蓋板，供無人機出入。

該無人機預(yù)留有測溫接口和夾鉗接口，可擴展測溫功能或輕型物品攜帶功能。

3　電力電纜溝微型巡視無人機使用效果

本無人機從根本上解決了電纜溝巡視效率低、人身安全風(fēng)險高問題。為了比較本方法（F1）和傳統(tǒng)方法（F0）的使用效果，將一個敞開式常規(guī)220kV變電站需要巡視的電纜溝進行對比，結(jié)果見表1。

表1　本方法和傳統(tǒng)方法使用效果對比

傳統(tǒng)方法巡視電力電纜溝一般需要兩名工作人員，本方法只需要一個人；電力電纜溝微型巡視無人機能夠出入小型易揭蓋板，能夠在電纜溝內(nèi)的狹小空間自由活動，巡視時間只需傳統(tǒng)方法的1/ 3，人力節(jié)省效果明顯；一次電纜溝內(nèi)電纜彎曲部位等復(fù)雜空間、狹小的二次電纜溝和垂直的電纜豎井該無人機都可以巡視，沒有死角，到位率達100%，巡視質(zhì)量顯著提高；由于使用無人機代替人工巡視，消除了巡視人員觸電、燙傷、嗆毒氣和缺氧、摔傷、碰撞、咬傷中毒風(fēng)險的根源，保證了電纜溝巡視人員的人身安全；有效拓寬了電纜溝巡視人身安全風(fēng)險的使用范圍，能夠用于電纜故障等工況。

4　結(jié)束語

在中山中部、南部的53個變電站應(yīng)用表明，電力電纜溝微型巡視無人機顯著的提高了巡視效率和到位率，消除了人身安全風(fēng)險，能夠使用于電力電纜溝的各種復(fù)雜工況。在實際應(yīng)用中產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟社會效益，具有推廣應(yīng)用價值。

［1］焦彥維，侯德亭，周東方等.無人機在復(fù)雜電磁環(huán)境下的效能評估［J］.強激光與粒子束，2014，26（7）

［2］曾麗蘭，王道波等.無人駕駛直升機飛行控制技術(shù)綜述［J］.控制與決策，2006，21（4）

［3］張卿，冉劍，侯育軍.無人駕駛直升機飛行控制技術(shù)綜述［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2015，27（8）