基于微型无人机平台的憎水性装置设计与应用

基于微型无人机平台的憎水性装置设计与应用

黄飞 伍泓乐 莫厚鑫 石习双 王飞

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司梧州局 广西 梧州市 543002

摘要：精灵4作为微型无人机因其体积小、重量轻、携带方便在输电线路上应用十分广泛，特别是在输电线路上精细化巡检和故障查找方面有着很好的实用性。为拓展无人机在输电线路上的深度应用，将精灵4无人机平台搭载憎水性装置作为一个新的应用方向进行研究。为此，本文分析了基于微型无人机平台的憎水性装置设计与应用。

关键词：无人机；憎水性装置；设计应用

引言

研发适用于精灵4系列的轻小型憎水性装置，通过地面遥控系统实现无人机喷水，研究憎水性装置搭载于精灵4飞机的特殊结构及喷水系统，实现小型的远程、高效、便携的合成绝缘子憎水性试验。

1背景

超高压输电公司管辖的是西电东送主网架超高压输电线路，线路电压等级为500kV及以上，线路杆塔高度从30米到100多米不等，尤其是新线路普遍杆塔高度70多米，对大跨越地区的杆塔甚至高达150多米。输电线路合成绝缘子憎水性试验是技术监督工作的一项重要内容，也是衡量绝缘子性能的一个重要指标。传统试验方法是在线路停电后，人工登塔使用软梯下到合成绝缘子串上、中、下段位置采用喷壶进行憎水性试验。另外一种方式是通过大型无人机搭载憎水性装置开展试验。

2现有试验方法存在的缺点与不足

第一种试验方法，（1）从线路运行方式分析，人工憎水性试验仅能够在线路停电后开展；（2）从作业强度分析，需要人工登塔使用软梯下到合成绝缘子串上、中、下段位置采用喷壶进行憎水性试验。而且在对悬挂方式为V串的合成绝缘子进行憎水性试验时，需要多次调整软梯的挂点位置，多次下软梯才能够完成试验，下软梯作业该方式大量消耗作业人员的体力；（3）从安全角度分析，人工憎水性试验需要人工登塔方可开展，增加高空作业安全风险。

第二种试验方法是通过大型无人机搭载憎水性装置开展试验，（1）从作业进入方式分析，大型无人机搭载的憎水性装置仅适用于对边相为垂直悬挂方式的合成绝缘子串开展憎水性试验，中相的绝缘子以及悬挂方式为V串型绝缘子，由于杆塔空间受限，无法满足大型无人机从不同方位靠近合成绝缘子串附近。而合成绝缘子的憎水性试验需要在绝缘子串上、中、下段三个位置开展，因此大型无人机能活动的空间受到限制，无法多角度、多方位进行开展试验。（2）从作业距离分析，由于无人机与绝缘子串距离远，操作人员难以准确把控伞裙表面的喷水量及雾化效果；（3）从作业操作要求分析，大型无人机操作手对无人机的精确操控要求极为严格。

3装置的设计

基于目前常用的精灵系列微型无人机结构特点，研制出一套可搭载在该类型无人机上的憎水性装置，该装置不超过0.5kg，可以随时方便拆装。微型四轴无人机作为飞行平台，自带2000万像素的相机和长距离高清图传，可实时监看绝缘子喷洒情况，可以对喷洒后的绝缘子表面拍照录像。装置内部做一体化设计，无线接收控制模块、微型电泵、可充电电池、开关控制模块和水箱均内置。喷水装置由内置电池供电，地面信号发射装置给出信号后，喷水装置内的无线信号接收模块收到信号并发给开关控制模块，从而控制微型电泵的开启和关闭，实现远程遥控带电喷水的功能，同时该装置可调节喷嘴大小及方向，控制不同雾化效果及喷射角度、距离。

该设备是基于微型无人机平台研制的憎水性装置，受限于微型无人机平台载重小和空间有限，憎水性装置主体结构采用一体化设计其中，喷水杆可以快拆放置，方便携带。

3.1 憎水性装置主要由箱体（内含水箱）、微型水泵、供电模块、无线远程控制模块、碳纤维喷杆以及喷头组成。箱体分隔为两部分，右侧水箱部分占箱体3/4，水箱左侧底部设计有出水口与微型水泵进水端连接，做密封处理，微型水泵出水端通过软水管与碳纤维喷水杆相连接。左侧配件箱占箱体1/4,主要用于各个模块的安装固定。

3.2 继电器、供电电池、充电板和电源开关构成了整套装置的供电模块，继电器作为供电电池与微型水泵的连接部件，通过遥控器接收机可实现远程控制闭合与断开。电源开关开启后，当地面工作人员给遥控器输出开启信号，接收机端接收到信号，控制继电器闭合，微型水泵与供电电池实现连通开始工作；当地面工作工作人员给遥控器输出关闭信号，接收机端接收到信号，控制继电器断开，微型水泵与供电电池实现断开从而停止工作。微型水泵工作后可以将水箱的水通过喷杆与喷头按照工作需要喷洒到绝缘子串。

3.3 考虑到微型无人机搭载憎水性装置需要应对多种悬挂方式的绝缘子，喷头与喷杆之间采用可变向软管连接，喷头朝向实现可调。喷头可以旋转调节喷水量大小以及雾化状态，喷头带有刻度，针对不同任务需求可以实现喷洒效果的记录。

3.4 箱体底部设计了按扣结构，实现了憎水性装置在微型无人机平台上的快拆快换。喷杆采用碳纤维材质，质量轻、韧性大，与箱体底部是快拆安装方式，与喷水软管是螺帽旋紧固定方式，便于取下携带。整体效果图如下图1：

图1.搭载于微型无人机的憎水性装置效果图

4装置的创新点

本装置主要根据第二种试验方法现有技术的缺点进行优化、改进及提升，完美解决目前该设备存在的缺陷和不足。（1）选用微型无人机作为搭载平台，优点如下：不受塔型空间位置、绝缘子串悬挂方式的影响；能够多角度、多方位、近距离接近合成绝缘子串；无限模拟人工喷射效果，能够从图像监控器中实时近距离观测喷水量及雾化效果；整套设备体积小、重量轻、方便运输携带、成本低。（2）憎水性设备喷嘴旋转刻度线，记录每次调节最佳位置；喷管前端使用可变型材料，能够改变喷嘴方向，适应多种悬挂方式的绝缘子（悬垂串、V串、耐张串）；喷管采用碳纤维材料，减轻重量、降低对无人机指南针的干扰；连接件使用快拆结构，拆装方便快捷。

5解决的问题

本装置的应用对比第一种试验方法，能够解决的问题：1、解决停电问题，能够在线路不停电情况下开展憎水性试验；2、解决登塔下软梯问题，无需人员登塔、下软梯等即可开展试验；3、解决作业效率及风险问题，提高作业效率，减少高空作业风险。

本装置的应用对比第二种试验方法，能够解决的问题：1、解决作业进入方式问题，微型无人机不存在活动空间受限问题，不受塔型空间位置、绝缘子串悬挂方式的影响，能够多角度、多方位开展试验；2、解决雾化问题，可近距离接近合成绝缘子串，无限模拟人工作业，确保雾化效果良好；3、解决作业距离问题，能够近距离拍摄照片，确保拍摄质量。4、解决体积问题，体积小、重量轻，方便运输携带且成本降低。现场实际应用图如下图2：

图2.搭载于微型无人机的憎水性装置现场实际应用图

结束语

微型无人机的憎水性装置未来在合成绝缘子技术监督工作中可替代人工登塔开展憎水性试验，提高作业效率、降低生产成本，减少登塔作业风险。该装置体积小、重量轻，方便运输及携带并且操作简单，无需线路停电，只需要搭载在精灵无人机上即可完成合成绝缘子的憎水性试验。