熊猛

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

關(guān)鍵詞：無人機;非接觸式;驗電裝置;應(yīng)用分析

中圖分類號：TM75文獻標識碼：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)的驗電方式是工作人員通過手持絕緣棒連接高壓驗電器靠近甚至接觸電線，根據(jù)驗電器的響應(yīng)來判斷線路是否帶電。因此，該驗電方式受人為因素、驗電設(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。現(xiàn)行的配電線路驗電方式具有勞動強度大、工作條件差、勞動效率低等劣勢，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展需求，智能電網(wǎng)運行維護管理中需要更加先進、科學(xué)以及高效的驗電方式。

1 傳統(tǒng)驗電裝置存在的問題

電網(wǎng)進行配電線路檢修作業(yè)時，工作人員在停電后就要使用驗電工具來對配電線路進行驗電操作，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，最后用驗電工具來對配電線路進行驗電。

這一過程具有很多危險點：工作人員在進行驗電作業(yè)時，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;用電工刀切開導(dǎo)線絕緣層，具有碰觸裸露導(dǎo)線的危險;配電線路絕緣層被破壞，可能會對導(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)的驗電方式整個過程中最起碼需要15min，這也必然導(dǎo)致停送電時間的延長，降低了供電可靠性。

2 無人機非接觸式驗電裝置系統(tǒng)的開發(fā)

本項目擬研究一種立體式驗電技術(shù)，即用傳統(tǒng)驗電方式與無人機驗電方式結(jié)合，用多旋翼無人機搭載非接觸式驗電器對10kV架空線路進行驗電。項目研究目的是減少安全事故的發(fā)生，同時也可降低線路檢修、維護的成本，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)式驗電器的研制;10kV的配電線路感應(yīng)式驗電器的感應(yīng)距離研究;驗電探頭搭載的多旋翼無人機平臺及其穩(wěn)定性研究;多旋翼無人機信號傳輸抗干擾能力研究。

2.2 技術(shù)路線

2.2.1 研發(fā)無線驗電裝置。本文研究開發(fā)一種多旋翼無人機上使用的無線驗電裝置，如圖1所示。具體技術(shù)路線為：在無線核相儀的基礎(chǔ)上進行改造，加裝金屬探測桿，擴大探測范圍;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)計將探測器安裝到多旋翼無人機底部云臺掛板上。

2.2.2 研發(fā)無人機云臺。本文研究開發(fā)掛載無線驗電裝置的無人機云臺，同時測試驗電距離，如圖2所示。具體技術(shù)路線為：設(shè)計一種能夠掛載無線驗電裝置的無人機云臺，控制云臺可以將無線驗電器進行多個角度的轉(zhuǎn)動，擴大感應(yīng)范圍;無人機掛載驗電裝置現(xiàn)場進行實際測試，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 多旋翼無人機平臺穩(wěn)定性研究。如圖3所示，多旋翼無人機采用普通GPS，定位精度不高，水平和垂直偏差在2.5m左右。為了提高驗電時無人機的定位精度，通過研究加裝RTK定位裝置，可以將無人機定位懸停精度提高到10cm。

2.2.4 多旋翼無人機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，測試無人機的安全飛行距離，給操作人員提供飛行參考;在無人機飛控中加裝至少2套IMU模塊，提高無人機的抗電磁干擾能力。

2.3 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3.1 研究六軸無人機結(jié)構(gòu)。目前，市面上最多的多軸無人機結(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，四軸無人機雖然重量較輕，但是其穩(wěn)定性無法滿足驗電工作需求，八軸無人機雖然穩(wěn)定性較強但是重量過大。因此，該設(shè)計方案選擇使用六軸無人機，其重量和穩(wěn)定性都可以滿足驗電工作需求。

2.3.2 合理設(shè)計無人機非接觸式驗電方案。根據(jù)架空配電線路的實際情況，本研究開發(fā)無人機搭載驗電筆，設(shè)計最適合的無人機結(jié)構(gòu)方案，然后結(jié)合配電線路運行維護方法，制定無人機非接觸式驗電方案。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;工作人員在地面上能夠通過手持操控設(shè)備來對無人機的飛行路徑進行操控，當(dāng)無人機飛行至作業(yè)點時，使其處于懸浮狀態(tài)，使380V接觸式驗電器慢慢接近被驗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，同時確保無人機驗電設(shè)備處于懸浮狀態(tài)，這時使10kV接觸式驗電器慢慢接近被驗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)線的驗電，最后沿e路徑返回地面。

2.3.3 根據(jù)需求進行無人機硬件設(shè)計、安裝。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380V接觸式驗電器、絕緣桿、球狀活動關(guān)節(jié)、平衡球和10kV高壓驗電器組成;第二構(gòu)件是無人機部分，由無人機機架、螺旋槳、電機、電調(diào)、護罩安裝孔、飛控集成模塊和電池驗電集成模塊組成;第三構(gòu)件是保護及電顯部分，由球形保護罩、LED燈顯、護罩固定扣和連接桿件組成。在驗電的過程中，4LED燈有三種不同的顯示狀態(tài)，其狀態(tài)由驗電集成模塊控制，如果LED燈為紅色，表示驗電設(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，表示驗電裝置與配電線路接觸，但此時配電線路處于停電狀態(tài);如果LED燈沒有亮度，表示驗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)計出的無人機非接觸式驗電裝置系統(tǒng)，委托具有資質(zhì)的廠家進行生產(chǎn)，然后進行實際運用。在半年的應(yīng)用過程中，無人機非接觸式驗電裝置系統(tǒng)并沒有出現(xiàn)任何故障，也沒有發(fā)生誤報信號的問題，其各項功能可靠性與準確性都比較高，實踐結(jié)果證明，該裝置達到了設(shè)計預(yù)期。

傳統(tǒng)驗電方式進行驗電作業(yè)按照平均耗時0.33h，影響100戶居民的正常用電，以當(dāng)前的電價0.67元/（kW·h）來進行計算，每次停電驗電作業(yè)造成的經(jīng)濟損失為230元。另外，傳統(tǒng)驗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、人員損傷將是無法計算的。因此，從停電損失、人工、誤操作等方面進行綜合分析，采用無人機非接觸式驗電裝置進行驗電，每年可為企業(yè)節(jié)省成本98萬元。

無人機非接觸式驗電裝置系統(tǒng)的開發(fā)，使得工作人員在驗電工作中不用進行登高作業(yè)，同時工作人員也沒有碰觸裸露導(dǎo)線的危險，縮短了驗電過程中的停電時間，大大提升了配電線路驗電工作效率，同時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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