基于柔性导体的高压输电线路无人机新型验电装置的研究

蓝伟松（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529200）

0 引言

在高压输电线路停电检修时，需要检测停电线路是否正确停电还是带电，以保证检修作业人员的安全。高压验电技术是电网系统中的一种比较成熟的技术，目前我国输电线路基本采用接触式验电器进行验电，且已有相关标准：《带电作业用验电器用于交流1 kV及以上电压的电容型验电器》（IEC 61243-1）、《电容型验电器》（DL/T 740—2014）对接触式验电器的设计、制造、操作导则以及试验方法进行了规范。接触式验电器由金属探针（钩）、信号处理及绝缘操作杆组成。但由于高压输电线路杆塔高、塔头尺寸大、绝缘子串长，如果不分场合均使用接触式验电器进行验电，则由于相对地距离大，要求绝缘操作杆具有较长的长度（其长度至少超过5 m），这样一方面操作杆的重量大，会极大地增加作业人员的劳动强度；另一方面较长的绝缘操作杆容易挠曲，不便于操作，再加上高空作业的因素，甚至有可能使验电操作无法实现[1]。

传统输电线路的验电工作需要作业人员登塔来完成，面临高空坠落和人身触电等风险，所需工器具有高压验电器、绝缘手套以及个人防护用品，而验电装置的绝缘性能及登高作业验电都存在一定的风险性。统计数据显示，以110 kV线路停电检修前的验电工作为例：采用人工登塔作业方式，验电作业需要地勤作业人员1名，高空作业人员1名，安全监护人1名，共3人，平均作业约0.5 h，平均作业工时为1.5人/h。电力行业目前迫切需要一种不需要人员登高就能进行高压验电的技术，来弥补这一技术的缺陷。

1 新型柔性导体验电装置的总体设计

基于柔性导体的高压输电线路无人机新型验电装置包括空中验电系统和地面监控系统。空中验电系统包括无人机和安装在无人机云台上的轻型绝缘杆，轻型绝缘杆上设置验电模块和无线发送模块，地面监控系统包括图像接收模块、图像显示模块、无线接收模块和报警模块。

2 新型柔性导体验电装置的外部结构

基于柔性导体的高压输电线路无人机新型验电装置的组装构件采用计算机三维建模和熔融堆叠立体打印技术制作，用以固定柔性导体于无人机平台的前方。基于柔性导体的高压输电线路空中验电装置的三维模型整体结构如图1所示。

图1 验电装置整体结构图

熔融堆叠立体打印技术是一种增材制造技术，是软件数学分层的定位模型构建，通过加热层挤出热塑性纤维，适用于几乎任何形状和尺寸的复杂几何建筑耐用部件。通过此技术打印出来的构件具有卓越的热稳定性和耐化学性，并有良好的强度重量比，保证了验电装置整体结构的刚度[2]。

轻型绝缘杆前端将传统的高压验电器接触金属棒改为柔性导体，不损伤输电导线，同时增大接触面，降低操作难度。

3 空中验电系统

基于柔性导体的高压输电线路无人机新型验电装置采用独立于无人机控制系统的无线通信验电系统，包含天空端验电模组和地面端提示模组，两模组之间采用NRF24L01射频模块进行通信。

3.1 天空端验电模组

天空端验电模组是新型柔性导体验电装置的中枢神经，该模组使用MSP430F5529微控制器作为主控，采集和处理由验电模块传入的数据，并将数据调制后通过射频模块传输至地面端。同时保留了传统验电器声、光提示的接口，在无线通信失效的极端情况下仍然可以正常验电。基于柔性导体的高压输电线路空中验电装置天空端验电模组的电路原理如图2所示。

3.2 地面端提示模组

地面端提示模组是新型柔性导体验电装置的重要部分，该模组同样使用MSP430F5529微控制器作为主控，将地面端射频模块接收到的信号解调后，在OLED屏幕上显示输电线路的状态（带电/停电）[3]。基于柔性导体的高压输电线路空中验电装置地面端提示模组的电路原理如图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语言编程，开发环境是TI公司的Code Composer Studio。天空端程序流程图和地面端程序流程图分别如图4、图5所示。

图2 天空端验电模组电路原理图

图3 地面端提示模组电路原理图

图4 天空端程序流程图

图5 地面端程序流程图

当无人机搭载验电模块飞行至被检测高压线上空后，无人机云台的图像采集模块对验电模块与待测线路实时对接的状况进行采集，通过图像发送模块、图像接收模块传送至地面，图像显示模块为地面操控人员提供实时信息，便于及时调整无人机的飞行状态。

验电模块对待测线路进行检测，当线路带有电压时，天空端验电模组将控制指令经由无线发送模块、无线接收模块传送至地面端提示模组，地面端提示模组控制报警模块工作，报警模块显示输电线路的状态“带电”并同时声光报警，提醒作业人员线路带电；若线路无电压，则显示输电线路的状态“停电”，无动作。

4 结语

本文设计研究的基于柔性导体的高压输电线路无人机新型验电装置，采用柔性导体代替传统高压验电器的接触金属棒，依托无人机平台搭载实现空中高压验电检测，无需人员登高作业，降低了作业的危险性。根据测试应用数据分析：使用新型柔性导体验电装置需要无人机驾驶员1名，监护人1名，共2人，预计作业0.2 h，预计作业工时为0.4人/h，工作效率显著提高，有效解决了高压输电线路验电的功效低、耗时长、风险高等技术问题。