电力电缆沟微型巡视无人机的研制与应用

2016-10-25袁力

科学中国人 2016年27期

关键词：电缆沟电力电缆电缆

袁力

中山供电局

电力电缆沟微型巡视无人机的研制与应用

袁力

中山供电局

针对目前传统电力电缆沟巡视费力、狭小空间巡视不彻底、故障工况巡视人身安全风险大的问题，开发了电力电缆沟微型巡视无人机。新型无人机以无线操控微型无人机为载体，携带影像采集设备进行电力电缆巡视，搜索、定位、采集电力电缆缺陷和运维的影像数据；并可实时显示机载影像。以实时传回的机载影像为操作指导，在电力电缆的重点巡视部位定位悬停，定点360度旋转观察、精细巡查，飞行航时长。该无人机具备防碰撞功能，可用于狭小空间。该电力电缆沟微型巡视无人机能够替代运维人员进入电缆沟进行高效巡视。

电力电缆沟；无人机；人身安全风险；巡视效率；狭小空间

引言

电力电缆沟广泛应用于现代电网中，其巡视维护对于电网的可靠、经济运行具有重要意义。

然而一旦在电力电缆沟中发生事故，查找故障十分困难，需要耗费大量的人力、财力和物力，而且会带来负荷损失以及对社会、经济造成负面影响。近年来，很多地区发生了电力电缆沟巡视不到位导致的事故，电力电缆巡视人员碰伤、中毒事件时有发生。因此，有必要迅速准确查找故障点，减小电缆沟巡视人身安全风险。这是我们电缆运行管理维护部门的迫切需求，也是提高电网可靠性的重要措施。

1　电力电缆沟巡视现状

电力电缆沟的巡视一直都是电力电缆管理维护工作的难点。

部分电缆沟没有配置易揭盖板，十分沉重，维护检查时需人力掀开，费时费力，砸伤、扭伤人员的事件时有发生；电力电缆绝缘破损会发热、漏电，有导致巡视人员触电、烫伤、呛毒气等风险；电缆沟内含氧量低、光线差、电缆布置复杂、空间狭小，带积水、封堵不良的电缆沟还可能有蛇虫鼠蚁等小动物，运维人员有缺氧、摔伤、碰撞、咬伤中毒等人身安全风险。

2　电力电缆沟微型巡视无人机设计

为了提高电力电缆沟巡视效率、保护人身安全，本文研制了电力电缆沟微型巡视无人机。

2.1巡视功能设计

选用重量不超过600g，直径尺寸在40cm左右，可在狭小的电缆沟内顺利通行，完成巡视任务的四轴微型无人机。

无人机携带照明和广角摄像头，并可实时进行视频传输。

2.2保护罩设计

由弹性的网状支架（保护罩）为电力电缆沟微型巡视无人机提供360度全方位保护。

图1　保护罩结构示意图

图2　电缆沟微型巡视无人机实物图

保护罩（如图1所示）结构如同蜘蛛网型分布，结构更为紧固。保护罩由两种材料拼接而成，主体结构部分材料为ABS工程塑料，具有足够的缓冲力及更轻的重量；轴线杆状连接部分材料为碳纤维，足够抗衡纵向压力和横向撞击力；保护罩与飞行器连接部分可横向转动，并能使飞行器处于保护罩中心以保持平衡。如此，保护罩的结构和材料使它具有很好的缓冲力使无人机更好地抗撞击和越过障碍物，运用于复杂的工作空间。

2.3适用性设计

对无人机携带电池进行扩容改造，续航能力超越市场上同类无人机2～3倍，达到20min，满足电缆沟正常巡视和照明的要求。

选择成熟的悬停控制策略，使无人机可定位悬停，定点360度旋转，可对隐患部位重点多角度精细巡视。

设计了方案二，采用全碳纤维保护设计，将无人机机翼完全包裹保护起来，尺寸更小，可根据实际使用情况选择。

图3　保护罩结构示意图

在电缆沟入口处设置60*60（cm）的小型易揭盖板，供无人机出入。

该无人机预留有测温接口和夹钳接口，可扩展测温功能或轻型物品携带功能。

3　电力电缆沟微型巡视无人机使用效果

本无人机从根本上解决了电缆沟巡视效率低、人身安全风险高问题。为了比较本方法（F1）和传统方法（F0）的使用效果，将一个敞开式常规220kV变电站需要巡视的电缆沟进行对比，结果见表1。

表1　本方法和传统方法使用效果对比

传统方法巡视电力电缆沟一般需要两名工作人员，本方法只需要一个人；电力电缆沟微型巡视无人机能够出入小型易揭盖板，能够在电缆沟内的狭小空间自由活动，巡视时间只需传统方法的1/ 3，人力节省效果明显；一次电缆沟内电缆弯曲部位等复杂空间、狭小的二次电缆沟和垂直的电缆竖井该无人机都可以巡视，没有死角，到位率达100%，巡视质量显著提高；由于使用无人机代替人工巡视，消除了巡视人员触电、烫伤、呛毒气和缺氧、摔伤、碰撞、咬伤中毒风险的根源，保证了电缆沟巡视人员的人身安全；有效拓宽了电缆沟巡视人身安全风险的使用范围，能够用于电缆故障等工况。