配電網帶電水沖洗無人機

鐘梓聰 梅俊哲 陳濤 馬南岳 羅文濤

摘?要：本文針對現存配電網污閃，導致配網線路故障停電問題，利用無人機平臺將帶電沖洗設備與之相結合所研發的一種高效的電網作業工具，以彌補目前的帶電作業車成本高、部分地區使用不便的空白。本設計充分考慮到一線作業班組的使用，將多旋翼作業平臺設計成可折疊式，方便了外出時運輸;平臺中的水槍部分和機身部分各安裝一個攝像頭，方便兩名操作者同時操作且互不干擾，也提高作業效率。

關鍵詞：配電網;無人機;絕緣子;帶電作業

一、緒論

絕緣子易受環境影響，若所處環境質量較差，周邊有污染源，則其表面易形成積污，導致在惡劣天氣下引起污穢閃絡，因此絕緣子的巡檢和及時清洗是電網穩定供電的重要措施。本設計利用無人機平臺將帶電沖洗設備與之相結合所研發。

二、清洗方式

（一）清洗方向

絕緣子在表面潮濕時，其表面污穢物會溶解或懸浮在水膜上，且因重力下墜。經過一定的積累，大部分污穢物會凝結在其下端，而其上半部分一般會受雨水沖刷，較為干凈。

經電網業內工作人員證實，絕緣子污穢確實主要積累在其下方。由此可得知在清洗時，需用從下向上的水柱沖洗，才能將其向地面一側的污穢物沖洗干凈。

（二）水柱形狀

扇形水柱是高壓水槍沖洗時最常用的水柱形式，沖刷面積非常大，在近距離手持沖洗的效率十分可觀。但在實際測試中，相同水壓下，扇形水柱的有效沖洗距離僅有圓柱形水柱的五分之一（見表1）。

若使用扇形水柱進行沖洗，需提供的壓力遠大于圓柱形水柱，而大壓力水泵或加壓機的重量完全不符合飛行器對重量的要求。因此選用圓柱形水柱來進行清洗較為合理。

（三）清洗用水需求

經查詢廣東電網公司輸電線帶電水沖洗作業實施細則，得知在進行帶電水沖洗作業時，清洗用水有一定的需求。一般的水能夠導電是因為水中溶解了可以自由移動的離子。因此為保證沖洗時不會造成停電，噴出的水柱需近似于絕緣狀態。

衡量水的導電能力的具體數據為水電阻率，既一個單位立方體內20℃水的體積電阻。輸電線帶電水沖洗的作業實施細則中對沖洗用水的具體需求如表2：

為了使沖洗用水符合電網的工作要求以保障安全，本設計添加了一個用于檢測水電阻率值的設備。安裝于地面供水水泵的出水口，這樣無論哪種供水方式，都能檢測實時電阻率。

三、供水方案

（1）機載水箱供水方案：自帶水箱的供水方案適用于高度較高的電塔絕緣子清洗。此方案可最大限度的提高本作業平臺的靈活性。

（2）雙水泵地面供水方案：上下各一個水泵的方案解決了上單水泵吸水能力差、下單水泵難以輸出穩定水壓的問題。上下雙水泵的“分工”也較為明確：其中下水泵僅用于將清洗用水運送到無人機作業平臺上，而上水泵專門用于加壓噴出，保證水槍噴出的水流水壓穩定。由于下水泵僅用于向上供水，因此可以選擇重量相對較輕的水管以延長飛行器續航時間。同時，為了保證能夠給上水泵持續供水，還是需要在飛行器作業平臺上加一個水箱做為輸水的緩沖。

整一個清洗用水的運送流程如圖1：

四、多旋翼平臺搭建

為了方便運輸，本飛行平臺必須為可折疊機架。傘形折疊機構最適合本設計。設計平臺為軸距1100mm的八軸無人機，且采用傘折的方式。動力部分采用5048電機360kV，配1655螺旋槳，使用6S鋰電池，單軸拉力達3027g，共2400g的最大推力。

五、沖洗裝置

飛行平臺只負責裝載沖洗裝置，若要靈活地沖洗，還需設計水槍。本設計的水槍可以進行上下以及左右的方向調節，且噴口處搭載攝像頭，以便使用。采用舵機控制水槍方向，并與搖桿相對應，實現自動回中，操作簡單。

水槍云臺的設計如圖2所示：

六、結論

本設計將沿海地區對配電網輸電線路的養護需求，與無人機飛行平臺相結合，對電網業內的作業準則進行研究后開發出一款適合一線班組經過快速培訓后，就能夠上崗使用的沖洗裝置。

本設計從實際出發，經調研，將電網的需求、作業環境以及相關的作業方式作為本設計的基本方針，在多旋翼平臺上進行開發。且針對不同的使用環境，提供了兩種不同的供水方案。完成本設計后，在鍛煉自己的研發設計能力的同時也為其他相關的行業提供了一個解決思路，為電網運營的無人化、智能化、便捷化打下一個基礎。

隨著無人機的發展，以多旋翼作為一個飛行平臺，更多的功能和應用場景正在等待著被開發。由于多旋翼飛行平臺的穩定性高，電控方式簡便，在科技的發展下可以逐漸的發展為真正意義上的無人機，代替人工去執行一系列的任務。