配電網(wǎng)帶電水沖洗無(wú)人機(jī)

鐘梓聰 梅俊哲 陳濤 馬南岳 羅文濤

摘?要：本文針對(duì)現(xiàn)存配電網(wǎng)污閃，導(dǎo)致配網(wǎng)線路故障停電問(wèn)題，利用無(wú)人機(jī)平臺(tái)將帶電沖洗設(shè)備與之相結(jié)合所研發(fā)的一種高效的電網(wǎng)作業(yè)工具，以彌補(bǔ)目前的帶電作業(yè)車成本高、部分地區(qū)使用不便的空白。本設(shè)計(jì)充分考慮到一線作業(yè)班組的使用，將多旋翼作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)成可折疊式，方便了外出時(shí)運(yùn)輸;平臺(tái)中的水槍部分和機(jī)身部分各安裝一個(gè)攝像頭，方便兩名操作者同時(shí)操作且互不干擾，也提高作業(yè)效率。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);無(wú)人機(jī);絕緣子;帶電作業(yè)

一、緒論

絕緣子易受環(huán)境影響，若所處環(huán)境質(zhì)量較差，周邊有污染源，則其表面易形成積污，導(dǎo)致在惡劣天氣下引起污穢閃絡(luò)，因此絕緣子的巡檢和及時(shí)清洗是電網(wǎng)穩(wěn)定供電的重要措施。本設(shè)計(jì)利用無(wú)人機(jī)平臺(tái)將帶電沖洗設(shè)備與之相結(jié)合所研發(fā)。

二、清洗方式

（一）清洗方向

絕緣子在表面潮濕時(shí)，其表面污穢物會(huì)溶解或懸浮在水膜上，且因重力下墜。經(jīng)過(guò)一定的積累，大部分污穢物會(huì)凝結(jié)在其下端，而其上半部分一般會(huì)受雨水沖刷，較為干凈。

經(jīng)電網(wǎng)業(yè)內(nèi)工作人員證實(shí)，絕緣子污穢確實(shí)主要積累在其下方。由此可得知在清洗時(shí)，需用從下向上的水柱沖洗，才能將其向地面一側(cè)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(shí)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(shí)際測(cè)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(jìn)行沖洗，需提供的壓力遠(yuǎn)大于圓柱形水柱，而大壓力水泵或加壓機(jī)的重量完全不符合飛行器對(duì)重量的要求。因此選用圓柱形水柱來(lái)進(jìn)行清洗較為合理。

（三）清洗用水需求

經(jīng)查詢廣東電網(wǎng)公司輸電線帶電水沖洗作業(yè)實(shí)施細(xì)則，得知在進(jìn)行帶電水沖洗作業(yè)時(shí)，清洗用水有一定的需求。一般的水能夠?qū)щ娛且驗(yàn)樗腥芙饬丝梢宰杂梢苿?dòng)的離子。因此為保證沖洗時(shí)不會(huì)造成停電，噴出的水柱需近似于絕緣狀態(tài)。

衡量水的導(dǎo)電能力的具體數(shù)據(jù)為水電阻率，既一個(gè)單位立方體內(nèi)20℃水的體積電阻。輸電線帶電水沖洗的作業(yè)實(shí)施細(xì)則中對(duì)沖洗用水的具體需求如表2：

為了使沖洗用水符合電網(wǎng)的工作要求以保障安全，本設(shè)計(jì)添加了一個(gè)用于檢測(cè)水電阻率值的設(shè)備。安裝于地面供水水泵的出水口，這樣無(wú)論哪種供水方式，都能檢測(cè)實(shí)時(shí)電阻率。

三、供水方案

（1）機(jī)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(yè)平臺(tái)的靈活性。

（2）雙水泵地面供水方案：上下各一個(gè)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(wěn)定水壓的問(wèn)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(yùn)送到無(wú)人機(jī)作業(yè)平臺(tái)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(wěn)定。由于下水泵僅用于向上供水，因此可以選擇重量相對(duì)較輕的水管以延長(zhǎng)飛行器續(xù)航時(shí)間。同時(shí)，為了保證能夠給上水泵持續(xù)供水，還是需要在飛行器作業(yè)平臺(tái)上加一個(gè)水箱做為輸水的緩沖。

整一個(gè)清洗用水的運(yùn)送流程如圖1：

四、多旋翼平臺(tái)搭建

為了方便運(yùn)輸，本飛行平臺(tái)必須為可折疊機(jī)架。傘形折疊機(jī)構(gòu)最適合本設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)平臺(tái)為軸距1100mm的八軸無(wú)人機(jī)，且采用傘折的方式。動(dòng)力部分采用5048電機(jī)360kV，配1655螺旋槳，使用6S鋰電池，單軸拉力達(dá)3027g，共2400g的最大推力。

五、沖洗裝置

飛行平臺(tái)只負(fù)責(zé)裝載沖洗裝置，若要靈活地沖洗，還需設(shè)計(jì)水槍。本設(shè)計(jì)的水槍可以進(jìn)行上下以及左右的方向調(diào)節(jié)，且噴口處搭載攝像頭，以便使用。采用舵機(jī)控制水槍方向，并與搖桿相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回中，操作簡(jiǎn)單。

水槍云臺(tái)的設(shè)計(jì)如圖2所示：

六、結(jié)論

本設(shè)計(jì)將沿海地區(qū)對(duì)配電網(wǎng)輸電線路的養(yǎng)護(hù)需求，與無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)相結(jié)合，對(duì)電網(wǎng)業(yè)內(nèi)的作業(yè)準(zhǔn)則進(jìn)行研究后開發(fā)出一款適合一線班組經(jīng)過(guò)快速培訓(xùn)后，就能夠上崗使用的沖洗裝置。

本設(shè)計(jì)從實(shí)際出發(fā)，經(jīng)調(diào)研，將電網(wǎng)的需求、作業(yè)環(huán)境以及相關(guān)的作業(yè)方式作為本設(shè)計(jì)的基本方針，在多旋翼平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)。且針對(duì)不同的使用環(huán)境，提供了兩種不同的供水方案。完成本設(shè)計(jì)后，在鍛煉自己的研發(fā)設(shè)計(jì)能力的同時(shí)也為其他相關(guān)的行業(yè)提供了一個(gè)解決思路，為電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的無(wú)人化、智能化、便捷化打下一個(gè)基礎(chǔ)。

隨著無(wú)人機(jī)的發(fā)展，以多旋翼作為一個(gè)飛行平臺(tái)，更多的功能和應(yīng)用場(chǎng)景正在等待著被開發(fā)。由于多旋翼飛行平臺(tái)的穩(wěn)定性高，電控方式簡(jiǎn)便，在科技的發(fā)展下可以逐漸的發(fā)展為真正意義上的無(wú)人機(jī)，代替人工去執(zhí)行一系列的任務(wù)。