熊猛

摘 要：在电力作业中，以往的验电方式需要工作人员手持绝缘棒靠近甚至直接接触电线，然后通过验电设备的反应来对线路是否带电进行判定。这种验电方式会受到多种因素的影响，同时危险系数较高，已经无法满足当前电力系统运维工作的需求。本文提出了一种立体式验电技术，旨在开发无人机非接触式验电装置系统，提升验电工作的有效性和安全性。

关键词：无人机;非接触式;验电装置;应用分析

中图分类号：TM75文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）29-0072-03

Development and Application of Non-contact Electric

Inspection Device System for Drone

XIONG Meng

（Xishuangbanna Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co.， Ltd.，Jinghong Yunnan 666100）

Abstract： in the electric power operation， the former way of electricity test requires the staff to hold the insulating rod close to or even directly contact with the electric wire， and then judge whether the line is electrified through the reaction of the electricity test equipment. This way of electricity test will not only be affected by a variety of factors， but also has a high risk coefficient at the same time， which can not meet the needs of the current power system operation and maintenance work. In this paper， a three-dimensional electrical testing technology was proposed to develop a non-contact electrical testing device system for UAV， so as to improve the effectiveness and safety of electrical testing.

Keywords： UAV;non-contact type;power test device;application analysis

傳统的验电方式是工作人员通过手持绝缘棒连接高压验电器靠近甚至接触电线，根据验电器的响应来判断线路是否带电。因此，该验电方式受人为因素、验电设备、线路环境等因素的影响。如果工作人员操作不当或者设备性能不良，甚至会对工作人员的生命产生威胁。现行的配电线路验电方式具有劳动强度大、工作条件差、劳动效率低等劣势，已经无法满足现代电网的发展需求，智能电网运行维护管理中需要更加先进、科学以及高效的验电方式。

1 传统验电装置存在的问题

电网进行配电线路检修作业时，工作人员在停电后就要使用验电工具来对配电线路进行验电操作，以便确保线路上无电压，避免对工作人员安全造成威胁。采用传统的验电方式，工作人员需要借助爬梯或者其他工具登高，然后使用电工刀将线路的绝缘层划开，最后用验电工具来对配电线路进行验电。

这一过程具有很多危险点：工作人员在进行验电作业时，需要借助爬梯或者其他工具来近距离接触配电线路，在登高过程中可能存在人员高空跌落的危险;用电工刀切开导线绝缘层，具有碰触裸露导线的危险;配电线路绝缘层被破坏，可能会对导线造成破坏，即便之后用绝缘胶布重新包扎，也可能导致导线绝缘性降低;传统的验电方式整个过程中最起码需要15min，这也必然导致停送电时间的延长，降低了供电可靠性。

2 无人机非接触式验电装置系统的开发

本项目拟研究一种立体式验电技术，即用传统验电方式与无人机验电方式结合，用多旋翼无人机搭载非接触式验电器对10kV架空线路进行验电。项目研究目的是减少安全事故的发生，同时也可降低线路检修、维护的成本，提高工作效率。

2.1 研究内容

研究内容主要有：10kV的配电线路感应式验电器的研制;10kV的配电线路感应式验电器的感应距离研究;验电探头搭载的多旋翼无人机平台及其稳定性研究;多旋翼无人机信号传输抗干扰能力研究。

2.2 技术路线

2.2.1 研发无线验电装置。本文研究开发一种多旋翼无人机上使用的无线验电装置，如图1所示。具体技术路线为：在无线核相仪的基础上进行改造，加装金属探测杆，扩大探测范围;在探测器上加装指示灯，当探测到线路电磁场后，亮绿灯，否则不亮灯;设计开发一款手持终端，当探测器感应到电压后，它能够显示信息;设计将探测器安装到多旋翼无人机底部云台挂板上。

2.2.2 研发无人机云台。本文研究开发挂载无线验电装置的无人机云台，同时测试验电距离，如图2所示。具体技术路线为：设计一种能够挂载无线验电装置的无人机云台，控制云台可以将无线验电器进行多个角度的转动，扩大感应范围;无人机挂载验电装置现场进行实际测试，针对10kV配电线路，测试感应距离;根据测试结果，设定感应电压阈值，避免发生停电线路影响周围带电线路的情况。

2.2.3 多旋翼无人机平台稳定性研究。如图3所示，多旋翼无人机采用普通GPS，定位精度不高，水平和垂直偏差在2.5m左右。为了提高验电时无人机的定位精度，通过研究加装RTK定位装置，可以将无人机定位悬停精度提高到10cm。

2.2.4 多旋翼无人机信号传输抗干扰能力研究。在不同电压等级线路的电磁场环境下，测试无人机的安全飞行距离，给操作人员提供飞行参考;在无人机飞控中加装至少2套IMU模块，提高无人机的抗电磁干扰能力。

2.3 整体结构设计

2.3.1 研究六轴无人机结构。目前，市面上最多的多轴无人机结构为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，四轴无人机虽然重量较轻，但是其稳定性无法满足验电工作需求，八轴无人机虽然稳定性较强但是重量过大。因此，该设计方案选择使用六轴无人机，其重量和稳定性都可以满足验电工作需求。

2.3.2 合理设计无人机非接触式验电方案。根据架空配电线路的实际情况，本研究开发无人机搭载验电笔，设计最适合的无人机结构方案，然后结合配电线路运行维护方法，制定无人机非接触式验电方案。具体方案如下：01为低压380V配电架空线路，02是10kV配电线路，系统中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;工作人员在地面上能够通过手持操控设备来对无人机的飞行路径进行操控，当无人机飞行至作业点时，使其处于悬浮状态，使380V接触式验电器慢慢接近被验01低压380V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10kV配电架空线路上方，同时确保无人机验电设备处于悬浮状态，这时使10kV接触式验电器慢慢接近被验02高压10kV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。

2.3.3 根据需求进行无人机硬件设计、安装。该无人机验电笔由三个部件构成。第一构件是验电部分，由380V接触式验电器、绝缘杆、球状活动关节、平衡球和10kV高压验电器组成;第二构件是无人机部分，由无人机机架、螺旋桨、电机、电调、护罩安装孔、飞控集成模块和电池验电集成模块组成;第三构件是保护及电显部分，由球形保护罩、LED灯显、护罩固定扣和连接杆件组成。在验电的过程中，4LED灯有三种不同的显示状态，其状态由验电集成模块控制，如果LED灯为红色，表示验电设备已经与配电线路接触且线路处于带电状态，如果LED灯为绿色，表示验电装置与配电线路接触，但此时配电线路处于停电状态;如果LED灯没有亮度，表示验电装置还未与配电线路接触。

3 应用取得的成效

根据设计出的无人机非接触式验电装置系统，委托具有资质的厂家进行生产，然后进行实际运用。在半年的应用过程中，无人机非接触式验电装置系统并没有出现任何故障，也没有发生误报信号的问题，其各项功能可靠性与准确性都比较高，实践结果证明，该装置达到了设计预期。

传统验电方式进行验电作业按照平均耗时0.33h，影响100戶居民的正常用电，以当前的电价0.67元/（kW·h）来进行计算，每次停电验电作业造成的经济损失为230元。另外，传统验电方式对工作人员安全具有较大的威胁，一旦发生问题，那么造成的经济、人员损伤将是无法计算的。因此，从停电损失、人工、误操作等方面进行综合分析，采用无人机非接触式验电装置进行验电，每年可为企业节省成本98万元。

无人机非接触式验电装置系统的开发，使得工作人员在验电工作中不用进行登高作业，同时工作人员也没有碰触裸露导线的危险，缩短了验电过程中的停电时间，大大提升了配电线路验电工作效率，同时也提高了供电可靠性和用户对供电部门的满意度。

参考文献：

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[2]郑晓军，刘鹏.配电架空线路多旋翼无人机验电笔研发的关键技术探讨[J].价值工程，2018（29）：166-168.

[3]文志科，邵瑰玮，闵绚，等.一种基于无人机的验电系统和方法：中国，CN104459285A[P].2014-12-01.