黄海鹏 王成皓 周海峰
摘 要：本文研究了一种基于无人机平台的高压冲洗绝缘子装置，该装置能在地面操控无人机对高空电塔的绝缘子进行带电喷水冲洗，主要由高压气瓶、储水罐、距离探测器、无人机、控制电路等部分组成。相较于传统水泵驱动方式，该装置采用压缩空气作为动力能产生比等体积水泵更大的压力，从而推动水柱由喷头高速喷出达到清洗绝缘子的目的，并且具有良好的安全性，值得应用推广。
关键词：绝缘子冲洗 压缩空气 无人机
中图分类号：TM216 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（a）-0-02
在供电系统中，高压绝缘子作为重要的电工器械，其维护状况的好坏对线路的安全运行十分重要。由于长期暴露在外受环境的影响会在其表面形成一层导电性污垢，会导致污闪等事故给电网的正常运行带来极大的威胁。因此供电部门每年都要定期对供电线路上的高压绝缘子进行清洗以保证绝缘子表面的洁净，对提高输电线路运行的可靠性具有重要意义。
1 传统的清洗方法
传统的清洗方法往往是通过工作人员登上杆塔，使用湿布擦拭绝缘子，对于顽固污渍需配合洗涤剂擦洗，如果还擦洗不净，则应更换绝缘子。这种方法效率非常低，且为了保证工作人员的安全，施工线路还要停电，对周边地区的生活生产造成影响。下面将进一步介绍基于无人机的高压喷水清洗绝缘子装置。
2 基于无人机的高压喷水清洗绝缘子装置的研究
随着无人机技术的快速发展，无人机在电网中的应用也日益广泛，电力系统使用无人机巡检已经很普遍，可在此基础上，以无人机为平台实现给绝缘子高压喷水清洗的目的。相比于普通的无人机喷水清洗装置，文章研究的喷水装置并非采用传统的水泵驱动，因为受制于无人机的载重量，水泵的体积与重量都很小，因此就限制了最大喷射压力，因此文章研究的装置采用高压空气作为喷射水柱的动力可得到非常大的喷射压力[1]。
2.1 系统结构图
如图1所示，基于无人机的高压喷水清洗绝缘子装置系统由1无人机、2激光测距模块、3可见光云台相机、4高压喷水装置、5控制电路等组成。
如图2所示，基于无人机的高压喷水清洗绝缘子装置系统通过激光测距模块采集距离信息，通过数传模块回传地面。遥控信号通过数传模块上传至飞控，并由飞控转发至控制器，从而对电磁阀进行控制。
2.2 高压喷水装置
在提出该解决方案前曾使用柱塞泵作为动力，但受制于无人机的载重量，水泵的体积与重量都很小，导致此种情况下的最大喷射压力只有1MPa，并不能满足把绝缘子冲洗干净的要求，因为部分污渍日积月累非常顽固，所以需要有更大的喷射压力才能对绝缘子进行有效的冲洗[2]。使用高压空气为动力使水柱高压喷出，因为提供压缩起源的部分在地面，所以体积和重量并不会对无人机造成影响，因此可得到30MPa甚至更高的压力。最后将其充进喷水装置的高压容器中即可，该容器的尺寸与水泵相当，但其最大压力可以达到水泵的30倍，效果较为可观。使用时通过电磁阀控制高压容器的压力通入水罐中，即可使水流高速喷出。该喷水装置主要由储水罐、高压气瓶、软管、支撑杆、喷嘴等组成。喷嘴固定在一根1.5m长的碳纤维杆末端，以达到无人机远离高压线的目的，从而保证安全。
2.3 激光测距模块
由于高压线有强烈的电磁干扰，这套装置在导线带电作业时具有一定的危险性。整套装置要和电网中的高压线保持安全距离，距离过近，无人机有“触电”的危险，甚至引发严重的事故。但装置也不能离绝缘子太远，否则冲洗效果不佳，失去清洗的意义。因此需要准确地控制飞机与绝缘子之间的距离，在无人机配备RTK的前提下，能抗磁场干扰且定位精度达到±1cm，因此只需要一个能显示飞机与绝缘子的距离的装置即可，出于稳定性与准确性的考虑，选用激光测距模块来测量距离，无人机安装该测距仪后，可以把前方物体的距离数据由实时图传系统传送给地面操控者，使操控者可以根据返回的距离数值精准地操控无人机对绝缘子进行清洗。
2.4 可见光云台相机
可见光相机采用相机与云台一体化设计，具有重量轻、稳定性高的特性，可与无人机平台快速对接。由于进行作业时只需要用于判断飞机与绝缘子的位置，因此不需要变焦功能，只需要小型的定焦可见光云台相机即可满足要求，因此像素方面选用1200W像素。此外云台相机还能输出高清视频至图像传输系统，传回地面用于判断飞机实时位置。
2.5 无人机
由于喷水装置对无人机的稳定性、抗电磁干扰性能有着较高的要求，经过市场上中型负载无人机的横向对比，决定采用M600pro机型作为载机，因为该系列产品在电网得到广泛的应用，使用该机型无需用户改变使用习惯、无需重新学习驾驶一款新机型，且该机型可配备RTK模块，使其可以抗电磁干扰，且悬停精度达到1cm，有效负载能力达到6kg，能满足该装置的要求[3]。
3 安全性分析
使用无人机去代替人工爬塔做绝缘子喷水清洗最大的优点在于可代替人工爬塔，从而極大地保障了作业人员的人身安全，这就是其在安全性上最大的优点。至于无人机本身就是一款可靠的高性能飞行平台，该机型已广泛使用且配备三余度飞控系统、RTK高精度定位系统，使该机的稳定性、安全性得到进一步的提高，因此用于绝缘子清洗系统中的载机可使整套系统的安全性得到最大的保障。
4 结语
综上所述，此基于无人机的高压喷水清洗绝缘子装置的操作人员经过专业培训后，作业效率较传统检测方式有了显著的提高，且极大地保障了作业人员的人身安全，模块化的设计使使用及维护方便。该装置的推出可提高绝缘子清洗的效率，对电力系统的安全运行具有重要意义，有巨大的推广应用前景。
参考文献
[1]张祥全，苏建军.架空输电线路无人机巡检技术[M].北京：中国电力出版社，2016.
[2]熊典.输电线路无人机巡检路径规划研究及应用[D].武汉：武汉科技大学，2014.
[3]韩博.浅析高压绝缘子和高压电力设备带电化学清洗技术[J].信息通信，2012（1）：290，253.
