配电网带电水冲洗无人机

钟梓聪 梅俊哲 陈涛 马南岳 罗文涛

摘 要：本文针对现存配电网污闪，导致配网线路故障停电问题，利用无人机平台将带电冲洗设备与之相结合所研发的一种高效的电网作业工具，以弥补目前的带电作业车成本高、部分地区使用不便的空白。本设计充分考虑到一线作业班组的使用，将多旋翼作业平台设计成可折叠式，方便了外出时运输;平台中的水枪部分和机身部分各安装一个摄像头，方便两名操作者同时操作且互不干扰，也提高作业效率。

关键词：配电网;无人机;绝缘子;带电作业

一、绪论

绝缘子易受环境影响，若所处环境质量较差，周边有污染源，则其表面易形成积污，导致在恶劣天气下引起污秽闪络，因此绝缘子的巡检和及时清洗是电网稳定供电的重要措施。本设计利用无人机平台将带电冲洗设备与之相结合所研发。

二、清洗方式

（一）清洗方向

绝缘子在表面潮湿时，其表面污秽物会溶解或悬浮在水膜上，且因重力下坠。经过一定的积累，大部分污秽物会凝结在其下端，而其上半部分一般会受雨水冲刷，较为干净。

经电网业内工作人员证实，绝缘子污秽确实主要积累在其下方。由此可得知在清洗时，需用从下向上的水柱冲洗，才能将其向地面一侧的污秽物冲洗干净。

（二）水柱形状

扇形水柱是高压水枪冲洗时最常用的水柱形式，冲刷面积非常大，在近距离手持冲洗的效率十分可观。但在实际测试中，相同水压下，扇形水柱的有效冲洗距离仅有圆柱形水柱的五分之一（见表1）。

若使用扇形水柱进行冲洗，需提供的压力远大于圆柱形水柱，而大压力水泵或加压机的重量完全不符合飞行器对重量的要求。因此选用圆柱形水柱来进行清洗较为合理。

（三）清洗用水需求

经查询广东电网公司输电线带电水冲洗作业实施细则，得知在进行带电水冲洗作业时，清洗用水有一定的需求。一般的水能够导电是因为水中溶解了可以自由移动的离子。因此为保证冲洗时不会造成停电，喷出的水柱需近似于绝缘状态。

衡量水的导电能力的具体数据为水电阻率，既一个单位立方体内20℃水的体积电阻。输电线带电水冲洗的作业实施细则中对冲洗用水的具体需求如表2：

为了使冲洗用水符合电网的工作要求以保障安全，本设计添加了一个用于检测水电阻率值的设备。安装于地面供水水泵的出水口，这样无论哪种供水方式，都能检测实时电阻率。

三、供水方案

（1）机载水箱供水方案：自带水箱的供水方案适用于高度较高的电塔绝缘子清洗。此方案可最大限度的提高本作业平台的灵活性。

（2）双水泵地面供水方案：上下各一个水泵的方案解决了上单水泵吸水能力差、下单水泵难以输出稳定水压的问题。上下双水泵的“分工”也较为明确：其中下水泵仅用于将清洗用水运送到无人机作业平台上，而上水泵专门用于加压喷出，保证水枪喷出的水流水压稳定。由于下水泵仅用于向上供水，因此可以选择重量相对较轻的水管以延长飞行器续航时间。同时，为了保证能够给上水泵持续供水，还是需要在飞行器作业平台上加一个水箱做为输水的缓冲。

整一个清洗用水的运送流程如图1：

四、多旋翼平台搭建

为了方便运输，本飞行平台必须为可折叠机架。伞形折叠机构最适合本设计。设计平台为轴距1100mm的八轴无人机，且采用伞折的方式。动力部分采用5048电机360kV，配1655螺旋桨，使用6S锂电池，单轴拉力达3027g，共2400g的最大推力。

五、冲洗装置

飞行平台只负责装载冲洗装置，若要灵活地冲洗，还需设计水枪。本设计的水枪可以进行上下以及左右的方向调节，且喷口处搭载摄像头，以便使用。采用舵机控制水枪方向，并与摇杆相对应，实现自动回中，操作简单。

水枪云台的设计如图2所示：

六、结论

本设计将沿海地区对配电网输电线路的养护需求，与无人机飞行平台相结合，对电网业内的作业准则进行研究后开发出一款适合一线班组经过快速培训后，就能够上岗使用的冲洗装置。

本设计从实际出发，经调研，将电网的需求、作业环境以及相关的作业方式作为本设计的基本方针，在多旋翼平台上进行开发。且针对不同的使用環境，提供了两种不同的供水方案。完成本设计后，在锻炼自己的研发设计能力的同时也为其他相关的行业提供了一个解决思路，为电网运营的无人化、智能化、便捷化打下一个基础。

随着无人机的发展，以多旋翼作为一个飞行平台，更多的功能和应用场景正在等待着被开发。由于多旋翼飞行平台的稳定性高，电控方式简便，在科技的发展下可以逐渐的发展为真正意义上的无人机，代替人工去执行一系列的任务。