袁力

中山供電局

電力電纜溝微型巡視無(wú)人機(jī)的研制與應(yīng)用

袁力

中山供電局

針對(duì)目前傳統(tǒng)電力電纜溝巡視費(fèi)力、狹小空間巡視不徹底、故障工況巡視人身安全風(fēng)險(xiǎn)大的問(wèn)題，開發(fā)了電力電纜溝微型巡視無(wú)人機(jī)。新型無(wú)人機(jī)以無(wú)線操控微型無(wú)人機(jī)為載體，攜帶影像采集設(shè)備進(jìn)行電力電纜巡視，搜索、定位、采集電力電纜缺陷和運(yùn)維的影像數(shù)據(jù)；并可實(shí)時(shí)顯示機(jī)載影像。以實(shí)時(shí)傳回的機(jī)載影像為操作指導(dǎo)，在電力電纜的重點(diǎn)巡視部位定位懸停，定點(diǎn)360度旋轉(zhuǎn)觀察、精細(xì)巡查，飛行航時(shí)長(zhǎng)。該無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)能夠替代運(yùn)維人員進(jìn)入電纜溝進(jìn)行高效巡視。

電力電纜溝；無(wú)人機(jī)；人身安全風(fēng)險(xiǎn)；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(hù)對(duì)于電網(wǎng)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(fèi)大量的人力、財(cái)力和物力，而且會(huì)帶來(lái)負(fù)荷損失以及對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)造成負(fù)面影響。近年來(lái)，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(shí)有發(fā)生。因此，有必要迅速準(zhǔn)確查找故障點(diǎn)，減小電纜溝巡視人身安全風(fēng)險(xiǎn)。這是我們電纜運(yùn)行管理維護(hù)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(hù)工作的難點(diǎn)。

部分電纜溝沒有配置易揭蓋板，十分沉重，維護(hù)檢查時(shí)需人力掀開，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，砸傷、扭傷人員的事件時(shí)有發(fā)生；電力電纜絕緣破損會(huì)發(fā)熱、漏電，有導(dǎo)致巡視人員觸電、燙傷、嗆毒氣等風(fēng)險(xiǎn)；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(dòng)物，運(yùn)維人員有缺氧、摔傷、碰撞、咬傷中毒等人身安全風(fēng)險(xiǎn)。

2　電力電纜溝微型巡視無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)

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

2.1巡視功能設(shè)計(jì)

選用重量不超過(guò)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(wú)人機(jī)。

無(wú)人機(jī)攜帶照明和廣角攝像頭，并可實(shí)時(shí)進(jìn)行視頻傳輸。

2.2保護(hù)罩設(shè)計(jì)

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

圖1　保護(hù)罩結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　電纜溝微型巡視無(wú)人機(jī)實(shí)物圖

保護(hù)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(hù)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(hù)罩與飛行器連接部分可橫向轉(zhuǎn)動(dòng)，并能使飛行器處于保護(hù)罩中心以保持平衡。如此，保護(hù)罩的結(jié)構(gòu)和材料使它具有很好的緩沖力使無(wú)人機(jī)更好地抗撞擊和越過(guò)障礙物，運(yùn)用于復(fù)雜的工作空間。

2.3適用性設(shè)計(jì)

對(duì)無(wú)人機(jī)攜帶電池進(jìn)行擴(kuò)容改造，續(xù)航能力超越市場(chǎng)上同類無(wú)人機(jī)2～3倍，達(dá)到20min，滿足電纜溝正常巡視和照明的要求。

選擇成熟的懸?？刂撇呗裕篃o(wú)人機(jī)可定位懸停，定點(diǎn)360度旋轉(zhuǎn)，可對(duì)隱患部位重點(diǎn)多角度精細(xì)巡視。

設(shè)計(jì)了方案二，采用全碳纖維保護(hù)設(shè)計(jì)，將無(wú)人機(jī)機(jī)翼完全包裹保護(hù)起來(lái)，尺寸更小，可根據(jù)實(shí)際使用情況選擇。

圖3　保護(hù)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(wú)人機(jī)出入。

該無(wú)人機(jī)預(yù)留有測(cè)溫接口和夾鉗接口，可擴(kuò)展測(cè)溫功能或輕型物品攜帶功能。

3　電力電纜溝微型巡視無(wú)人機(jī)使用效果

本無(wú)人機(jī)從根本上解決了電纜溝巡視效率低、人身安全風(fēng)險(xiǎn)高問(wèn)題。為了比較本方法（F1）和傳統(tǒng)方法（F0）的使用效果，將一個(gè)敞開式常規(guī)220kV變電站需要巡視的電纜溝進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表1。

表1　本方法和傳統(tǒng)方法使用效果對(duì)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(gè)人；電力電纜溝微型巡視無(wú)人機(jī)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(dòng)，巡視時(shí)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(wú)人機(jī)都可以巡視，沒有死角，到位率達(dá)100%，巡視質(zhì)量顯著提高；由于使用無(wú)人機(jī)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(xiǎn)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(xiǎn)的使用范圍，能夠用于電纜故障等工況。

4　結(jié)束語(yǔ)

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

［1］焦彥維，侯德亭，周東方等.無(wú)人機(jī)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的效能評(píng)估［J］.強(qiáng)激光與粒子束，2014，26（7）

［2］曾麗蘭，王道波等.無(wú)人駕駛直升機(jī)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(wú)人駕駛直升機(jī)飛行控制技術(shù)綜述［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2015，27（8）