郑晓军 刘鹏

摘要：在电气设备上工作，验电也是电力安全工作规程中的保证安全的技术措施之一，利用无人机的特点开发一种安全可靠的验电装置实现架空配电线路的地面验电，从而降低作业人员发生触电事故。

Abstract： Power inspection is one of the technical measures to ensure safety in the work safety regulations. Using the characteristics of the drone， a safe and reliable power inspection device is developed to realize the ground inspection of overhead distribution lines， thereby reducing the electric shock accident of the operator.

關键词：配电架空线路；多旋翼无人机；高压验电笔

Key words： distribution overhead line；multi-rotor UAV；high voltage electroscope

中图分类号：TM933.23 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）29-0158-03

0 引言

高压验电笔是电力系统作业必备的安全工器具，而验电是保证安全的技术措施之一，是架空配电线路检修工作的第一步，很多线路人身安全事故都是当事人没有判断清楚线路带电情况而导致自身触电，目前系统内线路检修工作都是在登杆后才进行验电，这就导致登杆人员只能通过肉眼判断自己与线路之间的安全距离，而科学分析得出人眼对距离的判断是最不可靠的，极易因为安全距离判断不准而造成触电。

1 国内外研究水平的现状和发展趋势

①目前国内外线路使用最多的是发光型、声光型、高压电磁感应旋转这三种验电笔，而现场应用最广的的声光型，无论哪种类型的高压验电笔均通过绝缘材料让人体和验电部位进行隔离，随着设备的进步和技术的发展，各种间接验电形式也被使用，这种验电形式最大的优点就是不用人体和验电部位产生接触，但不会替代传统的验电笔，验电笔趋向于隔空验电（人体与验电部位以空气作为绝缘介质）方向发展则更可靠安全。

②无人机在电力系统目前主要运用于线路放线和巡视，随着无人机技术的发展，在在电力系统中将会有更加广阔的运用空间。

2 无人机验电笔研发的技术关键与难点

①验电笔接触部位结构改造，设计满足研究需求的新接触结构；

②设计验电笔绝缘杆在无人机上的安装方式，满足可靠及安全的要求；

③无人机机架结构的改进满足绝缘杆的安装及动作需要；

④飞行控制程序编写、调试满足飞行稳定性的要求，为架空配电线路的安全可靠验电提供技术保证。

3 无人机验电笔研发的主要内容

3.1 架空配电线路验电工作流程分析

主要研究内容：

①研究架空配电线路的特点，特别是同杆架设的高低压架空线路的分布。

②研究架空配电线路检修的工作流程，特别是同杆架设的高低压架空线路的标准化作业流程。

③研究架空配电线路验电笔的使用及验电方法。

3.2 高压验电笔验电接触部位改进

主要研究内容：

①研究高压验电笔验电接触部位的结构、材料、特点。如图目前及传统的高压伸缩式验电笔接触部位由铝材料加工成型，圆锥型结构，通过螺纹与验电回路连接，验电时将该部位与验电部位接触即可。

②研究高压验电笔验电接触部位适应项目改造的关键技术。

③研究、设计、加工项目高压验电笔验电接触部位。

一种无人机验电用接触式导体，包括安装柱1.1、位于安装柱上方的接触帽1.2、支持弹簧1.4、若干连接安装柱与接触帽的连接臂组件1.3、设置在安装柱上端面上的限位孔1.5、滑动设置在限位孔内的滑动压块1.6、设置在限位孔内的滑动压块挡块1.7及设置在滑动压块与限位孔底面之间的压力传感器1.8。（图2）

连接臂组件绕支持弹簧周向均布。本实施例中，连接臂组件为4个。连接臂组件包括铰接相连的上导电臂1.31与下导电臂1.32。上导电臂的上端与接触帽铰接相连，下导电臂的下端与安装柱铰接相连。

上导电臂自上而下往支持弹簧的外侧延伸。下导电臂自下而上往支持弹簧的外侧延伸。上导电臂的长度大于下导电臂的长度，上导电臂的长度大于下导电臂的长度的两倍。接触帽为往上凸起的铝半球体。

3.3 高压验电笔绝缘杆在无人机上的装配方式开发

主要研究内容：

①研究高压验电笔绝缘杆在配电线路中安全距离。

②研究高压验电笔绝缘杆在无人机的可靠安装策略。

③研究高压验电笔在工作过程中的重心移动特点。

④研发满足实际需求的链接装置。

在多轴无人机机架（1、2、3）中间设置一个7半圆球托孔，4高压验电笔绝缘杆穿过7半圆球托孔放置，配备对称的两个半球型夹具5子槽半球型夹具和6母槽半球型夹具，夹具中开凿圆柱槽，能将4高压验电笔的绝缘杆卡钳在中间，字母半球型夹具通过8卡扣和9卡槽互相吻合形成一个完整的球形，将该吻合的球放置在机架的7半球装孔中，即完成了高压验电笔在多轴无人机的连接，这类链接装置能完美解决重心偏移导致无人机失控问题，而且适用于各种机型机架。

3.4 无人机整体结构设计

主要研究内容：

①研究六轴无人机结构。

目前市面上最多的是多轴无人机结构为4、6、8轴，这类无人机技术比较成熟，本项目易采用六轴多旋翼，四轴无人机轻便但稳定性不能满足要求，而八轴无人机稳定但过于沉重，而六轴满足稳定及载重的要求。

②根据架空配电线路的实际情况开发的无人机搭载验电笔、设计最适合的无人机的结构方案。

根据架空配电线路的实际情况分析无人机验电方案（如图4）： 01为低压三百八十伏配电架空线路，02为高压十千伏配电架空线路，无人机验电笔的作业路径为a地面-b下端进行三相低压验电-c飞至上端高压配电线路上空 -d上端进行三相高压验电-e返回地面；作业人员通过手机控制无人机验电器的飞行由a地面起飞，上升并飞至01低压三百八十伏配电架空线路下方，让无人机验电器处于悬浮状态，使1三百八十伏接触式验电器慢慢接近被验01低压三百八十伏配电架空线路，在b路径平行飞行完成另外两相导线的验电，保持安全距离的情况下由路径c上升至02高压十千伏配电架空线路上方，并让无人机验电器处于悬浮状态，使1十千伏接触式验电器慢慢接近被验02高压十千伏配电架空线路，在d路径平行飞行完成另外两相导线的验电，最后沿e路径返回地面。

③根据需求进行无人机硬件设计、安装。

如图5所示，该无人机验电笔由三个部件构成，第一构件是验电部分：由1三百八十伏接触式验电器、2绝缘杆、10球状活动关节、6平衡球、7十千伏高压验电器组成，第二构件是无人机部分，由5无人机机架、11螺旋桨及电机、12电调、13护罩安装孔、14飞控集成模块、15电池、16验电集成模块组成，第三构件是保护及电显部分，由3球形保护罩、4LED灯显、8护罩固定扣、9链接杆件组成。

验电部分：1三百八十伏接触式验电器、7十千伏接触式验电器是电力工具分别通过螺丝与2绝缘杆链接在上下两端，按照《电力安全作业规程》的验电流程，上端固定为1三百八十伏接触式验电器，下端固定为7十千伏接触式验电器，2绝缘杆中部安装10球状活动关节，由环氧树脂浇筑成型，卡钳在2绝缘杆中間，6平衡球是由两个半球状的强力吸铁构成，外层覆盖绝缘材料，作用是保证验电后整个验电部位的迅速复位，保证验电器接触测试部位时无人机不会因为外力干扰而失去悬浮状态。

无人机部分：为了保证动力、稳定及载重的需要，发明选用六轴多旋翼飞行器，11螺旋桨及电机与12电调链接分别固定在5无人机机架六个轴的末端，为整个装置提供飞行升力；5无人机机架中部为内嵌球形孔用于安装验电部分；为了保证整体平衡，14飞控集成模块和16验电集成模块对称安装在机架中部两侧，无人机配置两块15电池为其提供电能，为保障整体平衡对称安装在机架中部两侧，13为护罩安装孔，用于固定3球形保护罩。

保护及电显部分：3球形保护罩由两个半球结构组成通过8护罩固定扣固定，并与9链接杆件链接，9链接杆另外一段通过螺丝安装在5无人机机架的13护罩安装孔，4LED灯显均匀分布在球形罩上，电源由15电池提供，4LED灯有三种状态，通过16验电集成模块控制，第一种状态是红色亮表示验电器已接触配电线路并且线路带电，第二种状态是绿色表示验电器已接触配电线路但线路没电，第三种状态是不亮表示验电器即没有接触到线路。

3.5 无人机飞行控制程序的编写、调试

主要研究内容：

①根据验电步骤形成特定的飞行程序方案。

②根据芯片语言进行飞行控制程序的调试。

3.6 项目成果培训与推广应用

主要研究内容：

①相关负责人对项目无人机的培训。

在项目完成后，相关线路负责人需要进行无人机操控场景培训，相关负责人需掌握无人机验电笔安装、起飞、验电、返回地面标准化操作。

②完成项目各种资料、管理方案的编制。

完善各种资料，包括《使用说明》、《操作规范》等。

4 直接和间接效益分析

①成果带来的直接效益为安全效益，能解决线路检修人员因验电时安全距离不好判断而造成的人身触电事故，直接避免了人身伤亡，降低了事故经济损失。

②能在线路检修工作开始前在地面对线路带电情况进行判断，缩短了检修工作花费的时间，提高了工作效率。

③随着成果的应用，同时能增强线路工作负责人及检修人员的安全意识，安全技能也随之提高。

④能保障线路检修人员在未登杆前就判断线路的带电情况，减少了线路登杆作业人员携带的工具，降低了工作强度。

5 结语

目前国内无人机在架空线路巡线、放线方面技术运用已经相当成熟，去年成都公司也实现了无人机喷火去除线路异物，无人机在电力系统其他方面的应用更待开发。

参考文献：

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[2]欧阳迪，田雨龙.输电架空线路设计中引入“两型三新”的设计原则分析[J].中国高新技术企业，2013（30）.

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