藍(lán)偉松（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東江門529200）

0 引言

在高壓輸電線路停電檢修時(shí)，需要檢測(cè)停電線路是否正確停電還是帶電，以保證檢修作業(yè)人員的安全。高壓驗(yàn)電技術(shù)是電網(wǎng)系統(tǒng)中的一種比較成熟的技術(shù)，目前我國輸電線路基本采用接觸式驗(yàn)電器進(jìn)行驗(yàn)電，且已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：《帶電作業(yè)用驗(yàn)電器用于交流1 kV及以上電壓的電容型驗(yàn)電器》（IEC 61243-1）、《電容型驗(yàn)電器》（DL/T 740—2014）對(duì)接觸式驗(yàn)電器的設(shè)計(jì)、制造、操作導(dǎo)則以及試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)范。接觸式驗(yàn)電器由金屬探針（鉤）、信號(hào)處理及絕緣操作桿組成。但由于高壓輸電線路桿塔高、塔頭尺寸大、絕緣子串長，如果不分場(chǎng)合均使用接觸式驗(yàn)電器進(jìn)行驗(yàn)電，則由于相對(duì)地距離大，要求絕緣操作桿具有較長的長度（其長度至少超過5 m），這樣一方面操作桿的重量大，會(huì)極大地增加作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；另一方面較長的絕緣操作桿容易撓曲，不便于操作，再加上高空作業(yè)的因素，甚至有可能使驗(yàn)電操作無法實(shí)現(xiàn)[1]。

傳統(tǒng)輸電線路的驗(yàn)電工作需要作業(yè)人員登塔來完成，面臨高空墜落和人身觸電等風(fēng)險(xiǎn)，所需工器具有高壓驗(yàn)電器、絕緣手套以及個(gè)人防護(hù)用品，而驗(yàn)電裝置的絕緣性能及登高作業(yè)驗(yàn)電都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，以110 kV線路停電檢修前的驗(yàn)電工作為例：采用人工登塔作業(yè)方式，驗(yàn)電作業(yè)需要地勤作業(yè)人員1名，高空作業(yè)人員1名，安全監(jiān)護(hù)人1名，共3人，平均作業(yè)約0.5 h，平均作業(yè)工時(shí)為1.5人/h。電力行業(yè)目前迫切需要一種不需要人員登高就能進(jìn)行高壓驗(yàn)電的技術(shù)，來彌補(bǔ)這一技術(shù)的缺陷。

1 新型柔性導(dǎo)體驗(yàn)電裝置的總體設(shè)計(jì)

基于柔性導(dǎo)體的高壓輸電線路無人機(jī)新型驗(yàn)電裝置包括空中驗(yàn)電系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)?？罩序?yàn)電系統(tǒng)包括無人機(jī)和安裝在無人機(jī)云臺(tái)上的輕型絕緣桿，輕型絕緣桿上設(shè)置驗(yàn)電模塊和無線發(fā)送模塊，地面監(jiān)控系統(tǒng)包括圖像接收模塊、圖像顯示模塊、無線接收模塊和報(bào)警模塊。

2 新型柔性導(dǎo)體驗(yàn)電裝置的外部結(jié)構(gòu)

基于柔性導(dǎo)體的高壓輸電線路無人機(jī)新型驗(yàn)電裝置的組裝構(gòu)件采用計(jì)算機(jī)三維建模和熔融堆疊立體打印技術(shù)制作，用以固定柔性導(dǎo)體于無人機(jī)平臺(tái)的前方?；谌嵝詫?dǎo)體的高壓輸電線路空中驗(yàn)電裝置的三維模型整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 驗(yàn)電裝置整體結(jié)構(gòu)圖

熔融堆疊立體打印技術(shù)是一種增材制造技術(shù)，是軟件數(shù)學(xué)分層的定位模型構(gòu)建，通過加熱層擠出熱塑性纖維，適用于幾乎任何形狀和尺寸的復(fù)雜幾何建筑耐用部件。通過此技術(shù)打印出來的構(gòu)件具有卓越的熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)性，并有良好的強(qiáng)度重量比，保證了驗(yàn)電裝置整體結(jié)構(gòu)的剛度[2]。

輕型絕緣桿前端將傳統(tǒng)的高壓驗(yàn)電器接觸金屬棒改為柔性導(dǎo)體，不損傷輸電導(dǎo)線，同時(shí)增大接觸面，降低操作難度。

3 空中驗(yàn)電系統(tǒng)

基于柔性導(dǎo)體的高壓輸電線路無人機(jī)新型驗(yàn)電裝置采用獨(dú)立于無人機(jī)控制系統(tǒng)的無線通信驗(yàn)電系統(tǒng)，包含天空端驗(yàn)電模組和地面端提示模組，兩模組之間采用NRF24L01射頻模塊進(jìn)行通信。

3.1 天空端驗(yàn)電模組

天空端驗(yàn)電模組是新型柔性導(dǎo)體驗(yàn)電裝置的中樞神經(jīng)，該模組使用MSP430F5529微控制器作為主控，采集和處理由驗(yàn)電模塊傳入的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)調(diào)制后通過射頻模塊傳輸至地面端。同時(shí)保留了傳統(tǒng)驗(yàn)電器聲、光提示的接口，在無線通信失效的極端情況下仍然可以正常驗(yàn)電?；谌嵝詫?dǎo)體的高壓輸電線路空中驗(yàn)電裝置天空端驗(yàn)電模組的電路原理如圖2所示。

3.2 地面端提示模組

地面端提示模組是新型柔性導(dǎo)體驗(yàn)電裝置的重要部分，該模組同樣使用MSP430F5529微控制器作為主控，將地面端射頻模塊接收到的信號(hào)解調(diào)后，在OLED屏幕上顯示輸電線路的狀態(tài)（帶電/停電）[3]。基于柔性導(dǎo)體的高壓輸電線路空中驗(yàn)電裝置地面端提示模組的電路原理如圖3所示。

3.3 程序流程

天空端和地面端采用的MSP430F5529微控制器基于C語言編程，開發(fā)環(huán)境是TI公司的Code Composer Studio。天空端程序流程圖和地面端程序流程圖分別如圖4、圖5所示。

圖2 天空端驗(yàn)電模組電路原理圖

圖3 地面端提示模組電路原理圖

圖4 天空端程序流程圖

圖5 地面端程序流程圖

當(dāng)無人機(jī)搭載驗(yàn)電模塊飛行至被檢測(cè)高壓線上空后，無人機(jī)云臺(tái)的圖像采集模塊對(duì)驗(yàn)電模塊與待測(cè)線路實(shí)時(shí)對(duì)接的狀況進(jìn)行采集，通過圖像發(fā)送模塊、圖像接收模塊傳送至地面，圖像顯示模塊為地面操控人員提供實(shí)時(shí)信息，便于及時(shí)調(diào)整無人機(jī)的飛行狀態(tài)。

驗(yàn)電模塊對(duì)待測(cè)線路進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)線路帶有電壓時(shí)，天空端驗(yàn)電模組將控制指令經(jīng)由無線發(fā)送模塊、無線接收模塊傳送至地面端提示模組，地面端提示模組控制報(bào)警模塊工作，報(bào)警模塊顯示輸電線路的狀態(tài)“帶電”并同時(shí)聲光報(bào)警，提醒作業(yè)人員線路帶電；若線路無電壓，則顯示輸電線路的狀態(tài)“停電”，無動(dòng)作。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)研究的基于柔性導(dǎo)體的高壓輸電線路無人機(jī)新型驗(yàn)電裝置，采用柔性導(dǎo)體代替?zhèn)鹘y(tǒng)高壓驗(yàn)電器的接觸金屬棒，依托無人機(jī)平臺(tái)搭載實(shí)現(xiàn)空中高壓驗(yàn)電檢測(cè)，無需人員登高作業(yè)，降低了作業(yè)的危險(xiǎn)性。根據(jù)測(cè)試應(yīng)用數(shù)據(jù)分析：使用新型柔性導(dǎo)體驗(yàn)電裝置需要無人機(jī)駕駛員1名，監(jiān)護(hù)人1名，共2人，預(yù)計(jì)作業(yè)0.2 h，預(yù)計(jì)作業(yè)工時(shí)為0.4人/h，工作效率顯著提高，有效解決了高壓輸電線路驗(yàn)電的功效低、耗時(shí)長、風(fēng)險(xiǎn)高等技術(shù)問題。