鄭曉軍 劉鵬

摘要：在電氣設(shè)備上工作，驗電也是電力安全工作規(guī)程中的保證安全的技術(shù)措施之一，利用無人機的特點開發(fā)一種安全可靠的驗電裝置實現(xiàn)架空配電線路的地面驗電，從而降低作業(yè)人員發(fā)生觸電事故。

Abstract： Power inspection is one of the technical measures to ensure safety in the work safety regulations. Using the characteristics of the drone， a safe and reliable power inspection device is developed to realize the ground inspection of overhead distribution lines， thereby reducing the electric shock accident of the operator.

關(guān)鍵詞：配電架空線路；多旋翼無人機；高壓驗電筆

Key words： distribution overhead line；multi-rotor UAV；high voltage electroscope

中圖分類號：TM933.23 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0158-03

0 引言

高壓驗電筆是電力系統(tǒng)作業(yè)必備的安全工器具，而驗電是保證安全的技術(shù)措施之一，是架空配電線路檢修工作的第一步，很多線路人身安全事故都是當事人沒有判斷清楚線路帶電情況而導(dǎo)致自身觸電，目前系統(tǒng)內(nèi)線路檢修工作都是在登桿后才進行驗電，這就導(dǎo)致登桿人員只能通過肉眼判斷自己與線路之間的安全距離，而科學(xué)分析得出人眼對距離的判斷是最不可靠的，極易因為安全距離判斷不準而造成觸電。

1 國內(nèi)外研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

①目前國內(nèi)外線路使用最多的是發(fā)光型、聲光型、高壓電磁感應(yīng)旋轉(zhuǎn)這三種驗電筆，而現(xiàn)場應(yīng)用最廣的的聲光型，無論哪種類型的高壓驗電筆均通過絕緣材料讓人體和驗電部位進行隔離，隨著設(shè)備的進步和技術(shù)的發(fā)展，各種間接驗電形式也被使用，這種驗電形式最大的優(yōu)點就是不用人體和驗電部位產(chǎn)生接觸，但不會替代傳統(tǒng)的驗電筆，驗電筆趨向于隔空驗電（人體與驗電部位以空氣作為絕緣介質(zhì)）方向發(fā)展則更可靠安全。

②無人機在電力系統(tǒng)目前主要運用于線路放線和巡視，隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，在在電力系統(tǒng)中將會有更加廣闊的運用空間。

2 無人機驗電筆研發(fā)的技術(shù)關(guān)鍵與難點

①驗電筆接觸部位結(jié)構(gòu)改造，設(shè)計滿足研究需求的新接觸結(jié)構(gòu)；

②設(shè)計驗電筆絕緣桿在無人機上的安裝方式，滿足可靠及安全的要求；

③無人機機架結(jié)構(gòu)的改進滿足絕緣桿的安裝及動作需要；

④飛行控制程序編寫、調(diào)試滿足飛行穩(wěn)定性的要求，為架空配電線路的安全可靠驗電提供技術(shù)保證。

3 無人機驗電筆研發(fā)的主要內(nèi)容

3.1 架空配電線路驗電工作流程分析

主要研究內(nèi)容：

①研究架空配電線路的特點，特別是同桿架設(shè)的高低壓架空線路的分布。

②研究架空配電線路檢修的工作流程，特別是同桿架設(shè)的高低壓架空線路的標準化作業(yè)流程。

③研究架空配電線路驗電筆的使用及驗電方法。

3.2 高壓驗電筆驗電接觸部位改進

主要研究內(nèi)容：

①研究高壓驗電筆驗電接觸部位的結(jié)構(gòu)、材料、特點。如圖目前及傳統(tǒng)的高壓伸縮式驗電筆接觸部位由鋁材料加工成型，圓錐型結(jié)構(gòu)，通過螺紋與驗電回路連接，驗電時將該部位與驗電部位接觸即可。

②研究高壓驗電筆驗電接觸部位適應(yīng)項目改造的關(guān)鍵技術(shù)。

③研究、設(shè)計、加工項目高壓驗電筆驗電接觸部位。

一種無人機驗電用接觸式導(dǎo)體，包括安裝柱1.1、位于安裝柱上方的接觸帽1.2、支持彈簧1.4、若干連接安裝柱與接觸帽的連接臂組件1.3、設(shè)置在安裝柱上端面上的限位孔1.5、滑動設(shè)置在限位孔內(nèi)的滑動壓塊1.6、設(shè)置在限位孔內(nèi)的滑動壓塊擋塊1.7及設(shè)置在滑動壓塊與限位孔底面之間的壓力傳感器1.8。（圖2）

連接臂組件繞支持彈簧周向均布。本實施例中，連接臂組件為4個。連接臂組件包括鉸接相連的上導(dǎo)電臂1.31與下導(dǎo)電臂1.32。上導(dǎo)電臂的上端與接觸帽鉸接相連，下導(dǎo)電臂的下端與安裝柱鉸接相連。

上導(dǎo)電臂自上而下往支持彈簧的外側(cè)延伸。下導(dǎo)電臂自下而上往支持彈簧的外側(cè)延伸。上導(dǎo)電臂的長度大于下導(dǎo)電臂的長度，上導(dǎo)電臂的長度大于下導(dǎo)電臂的長度的兩倍。接觸帽為往上凸起的鋁半球體。

3.3 高壓驗電筆絕緣桿在無人機上的裝配方式開發(fā)

主要研究內(nèi)容：

①研究高壓驗電筆絕緣桿在配電線路中安全距離。

②研究高壓驗電筆絕緣桿在無人機的可靠安裝策略。

③研究高壓驗電筆在工作過程中的重心移動特點。

④研發(fā)滿足實際需求的鏈接裝置。

在多軸無人機機架（1、2、3）中間設(shè)置一個7半圓球托孔，4高壓驗電筆絕緣桿穿過7半圓球托孔放置，配備對稱的兩個半球型夾具5子槽半球型夾具和6母槽半球型夾具，夾具中開鑿圓柱槽，能將4高壓驗電筆的絕緣桿卡鉗在中間，字母半球型夾具通過8卡扣和9卡槽互相吻合形成一個完整的球形，將該吻合的球放置在機架的7半球裝孔中，即完成了高壓驗電筆在多軸無人機的連接，這類鏈接裝置能完美解決重心偏移導(dǎo)致無人機失控問題，而且適用于各種機型機架。

3.4 無人機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

主要研究內(nèi)容：

①研究六軸無人機結(jié)構(gòu)。

目前市面上最多的是多軸無人機結(jié)構(gòu)為4、6、8軸，這類無人機技術(shù)比較成熟，本項目易采用六軸多旋翼，四軸無人機輕便但穩(wěn)定性不能滿足要求，而八軸無人機穩(wěn)定但過于沉重，而六軸滿足穩(wěn)定及載重的要求。

②根據(jù)架空配電線路的實際情況開發(fā)的無人機搭載驗電筆、設(shè)計最適合的無人機的結(jié)構(gòu)方案。

根據(jù)架空配電線路的實際情況分析無人機驗電方案（如圖4）： 01為低壓三百八十伏配電架空線路，02為高壓十千伏配電架空線路，無人機驗電筆的作業(yè)路徑為a地面-b下端進行三相低壓驗電-c飛至上端高壓配電線路上空 -d上端進行三相高壓驗電-e返回地面；作業(yè)人員通過手機控制無人機驗電器的飛行由a地面起飛，上升并飛至01低壓三百八十伏配電架空線路下方，讓無人機驗電器處于懸浮狀態(tài)，使1三百八十伏接觸式驗電器慢慢接近被驗01低壓三百八十伏配電架空線路，在b路徑平行飛行完成另外兩相導(dǎo)線的驗電，保持安全距離的情況下由路徑c上升至02高壓十千伏配電架空線路上方，并讓無人機驗電器處于懸浮狀態(tài)，使1十千伏接觸式驗電器慢慢接近被驗02高壓十千伏配電架空線路，在d路徑平行飛行完成另外兩相導(dǎo)線的驗電，最后沿e路徑返回地面。

③根據(jù)需求進行無人機硬件設(shè)計、安裝。

如圖5所示，該無人機驗電筆由三個部件構(gòu)成，第一構(gòu)件是驗電部分：由1三百八十伏接觸式驗電器、2絕緣桿、10球狀活動關(guān)節(jié)、6平衡球、7十千伏高壓驗電器組成，第二構(gòu)件是無人機部分，由5無人機機架、11螺旋槳及電機、12電調(diào)、13護罩安裝孔、14飛控集成模塊、15電池、16驗電集成模塊組成，第三構(gòu)件是保護及電顯部分，由3球形保護罩、4LED燈顯、8護罩固定扣、9鏈接桿件組成。

驗電部分：1三百八十伏接觸式驗電器、7十千伏接觸式驗電器是電力工具分別通過螺絲與2絕緣桿鏈接在上下兩端，按照《電力安全作業(yè)規(guī)程》的驗電流程，上端固定為1三百八十伏接觸式驗電器，下端固定為7十千伏接觸式驗電器，2絕緣桿中部安裝10球狀活動關(guān)節(jié)，由環(huán)氧樹脂澆筑成型，卡鉗在2絕緣桿中間，6平衡球是由兩個半球狀的強力吸鐵構(gòu)成，外層覆蓋絕緣材料，作用是保證驗電后整個驗電部位的迅速復(fù)位，保證驗電器接觸測試部位時無人機不會因為外力干擾而失去懸浮狀態(tài)。

無人機部分：為了保證動力、穩(wěn)定及載重的需要，發(fā)明選用六軸多旋翼飛行器，11螺旋槳及電機與12電調(diào)鏈接分別固定在5無人機機架六個軸的末端，為整個裝置提供飛行升力；5無人機機架中部為內(nèi)嵌球形孔用于安裝驗電部分；為了保證整體平衡，14飛控集成模塊和16驗電集成模塊對稱安裝在機架中部兩側(cè)，無人機配置兩塊15電池為其提供電能，為保障整體平衡對稱安裝在機架中部兩側(cè)，13為護罩安裝孔，用于固定3球形保護罩。

保護及電顯部分：3球形保護罩由兩個半球結(jié)構(gòu)組成通過8護罩固定扣固定，并與9鏈接桿件鏈接，9鏈接桿另外一段通過螺絲安裝在5無人機機架的13護罩安裝孔，4LED燈顯均勻分布在球形罩上，電源由15電池提供，4LED燈有三種狀態(tài)，通過16驗電集成模塊控制，第一種狀態(tài)是紅色亮表示驗電器已接觸配電線路并且線路帶電，第二種狀態(tài)是綠色表示驗電器已接觸配電線路但線路沒電，第三種狀態(tài)是不亮表示驗電器即沒有接觸到線路。

3.5 無人機飛行控制程序的編寫、調(diào)試

主要研究內(nèi)容：

①根據(jù)驗電步驟形成特定的飛行程序方案。

②根據(jù)芯片語言進行飛行控制程序的調(diào)試。

3.6 項目成果培訓(xùn)與推廣應(yīng)用

主要研究內(nèi)容：

①相關(guān)負責人對項目無人機的培訓(xùn)。

在項目完成后，相關(guān)線路負責人需要進行無人機操控場景培訓(xùn)，相關(guān)負責人需掌握無人機驗電筆安裝、起飛、驗電、返回地面標準化操作。

②完成項目各種資料、管理方案的編制。

完善各種資料，包括《使用說明》、《操作規(guī)范》等。

4 直接和間接效益分析

①成果帶來的直接效益為安全效益，能解決線路檢修人員因驗電時安全距離不好判斷而造成的人身觸電事故，直接避免了人身傷亡，降低了事故經(jīng)濟損失。

②能在線路檢修工作開始前在地面對線路帶電情況進行判斷，縮短了檢修工作花費的時間，提高了工作效率。

③隨著成果的應(yīng)用，同時能增強線路工作負責人及檢修人員的安全意識，安全技能也隨之提高。

④能保障線路檢修人員在未登桿前就判斷線路的帶電情況，減少了線路登桿作業(yè)人員攜帶的工具，降低了工作強度。

5 結(jié)語

目前國內(nèi)無人機在架空線路巡線、放線方面技術(shù)運用已經(jīng)相當成熟，去年成都公司也實現(xiàn)了無人機噴火去除線路異物，無人機在電力系統(tǒng)其他方面的應(yīng)用更待開發(fā)。

參考文獻：

[1]JY 204-1985，驗電器連接桿技術(shù)條件[S].DL 740-2000，電容型驗電器[S].GJB 5435-2005，無人機強度和剛度規(guī)范[S].

[2]歐陽迪，田雨龍.輸電架空線路設(shè)計中引入“兩型三新”的設(shè)計原則分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（30）.

[3]沈洋，劉清華.配電架空線路全方位防鳥害措施[J].農(nóng)村電氣化，2013（02）.