配网架空输电线路无人机综合巡检技术

2020-08-05 15:22:46 阅读量 62

摘要:配电网设备运维效率和技术水平不足,配电网设备停电试验项目很少,日常巡视是主要的设备状态管控手段,运维人员对于有效且高效的巡检手段需求较为迫切。

目前,搭载可见光、红外、紫外传感器等检测设备的无人机巡检系统已应用于主网输电线路设备本体、附属设施和通道环境巡视检查和检测工作。在配电网线路巡检方面,由于配电网设备和系统结构复杂、邻近人口密集用户区等影响因素制约,基于无人机巡检技术在配电网架空线路中的应用还未见相关报导。

无人机综合巡检平台构建

1.无人机选型

由于配网系统具有设备众多、设备间距较小、系统结构复杂、经过地区多为城镇人口密集地区等特点,应用于配网线路无人机巡检系统应满足如下要求:(1)经常在人口密集区作业,情况复杂,因此要求配网无人机巡检系统有很高的可靠性,机体尺寸较小、起降方便、坠机风险较低。(2)一般都在公路通达的巡检点附近,因此大都要求目视控制飞行,对于测控距离要求较低,一般2km距离足够,单次作业时间也不会太长,一般≤30min。(3)巡检方式多样性,要求能够搭载可见光、红外光观测能力,特殊条件下能够开展紫外、超声波、特高频传感器等多种巡检设备。(4)较强的环境适应性,携带方便,便于作业迅速展开。因此,综合以上分析建议选择小型无人直升机(以下简称为无人机)开展配网架空线路无人机综合巡检作业。

2.无人机结构设计与分析

(1)无人机主壳体具有较好的流线型,在飞行过程中阻力更小,所需动力就更小,在相同电池容量的情况下,续航时间更长。

(2)无人机云台采用三轴增稳设计,用于在无人机自主飞行、低空作业的同时,保证数字航空影像的拍摄质量。

(3)悬臂结构是支撑云台、任务设备及整个机架的关键部位,必须保证其良好的结构强度。为验证悬壁结构在悬停工作状态下的变形情况,采用ANSYS有限元软件对悬壁结构进行分析。

综合巡检模块配置

针对配电网架空输电线路无人机综合巡检需要,对无人机平台配置高速图像模块,红外、紫外成像传感模块,特高频局放、超声波局放传感模块等任务设备,以完成综合巡检作业。

1.高速图像模块主要是实现飞行条件下可见光的视频图像采集功能,通过无人机搭载高分辨率可见光相机进行巡检拍摄的可见光图像,可以检测出配网线路导线的毛刺、断股、绝缘子脱落等缺陷信息。

2.红外成像传感模块主要用来检测导线接头、线夹等部件的发热故障,可通过无人机搭载红外热像仪进行巡查。紫外成像传感模块主要用来检测电气设备及线路的电晕放电情况,可通过小型无人机搭载日盲紫外电晕探测模组。

3.在变压器、电缆接头等电气设备内部发生局部放电时,会产生正负电荷中和的过程,同时伴随有较陡的电流脉冲,会产生发光、发热、声音、电磁波等现象。目前,主要检测方法有脉冲电流法、特高频法和超声波法。

近年来,随着无人机巡检技术快速发展,可采用无人机平台搭载特高频传感器、超声波传感器等设备,实现电气设备局部放电缺陷的带电检测。对于无人机挂载的超声波、特高频传感器,考虑到成本、研发周期、实用性等因素,可采用现有比较成熟的局部放电检测仪的改进方案。

无人机综合巡检功能实现和测试验证

综合以上技术设计试制了配网架空线路无人机综合巡检系统,并对巡检系统的环境适应性、测控性能、巡检功能等关键技术指标开展试验测试,以验证其综合巡检功能。测试结果表明,无人机巡检系统的适应环境温度为–20~45 ℃,最高海拔高度为2000m,抗风能力为7m/s;悬停控制精度的垂直方向为±0.5m、水平方向为±1.0m,能精确定点近距离巡检杆塔。对于可见光传感器,有效像素数为1200万,具备变焦和自动对焦功能;对于红外传感器,有效像素数为30万,具备自动对焦功能。

结语

本文针对配网架空线路巡检应用需求,提出了基于小型无人直升机平台的配网架空线路综合巡检技术。

1.研究确定了无人机综合巡检平台的机体、云台、悬臂等主要部件的设计要求和方案,并采用流体分析法对设计的无人机结构进行分析。

2.针对无人机综合巡检需求,研究确定了无人机搭载综合巡检模块的配置方法,对于可见光传感器,有效像素数不低于1000万,具备变焦和自动对焦功能;对于红外传感器,有效像素数不低于30万,具备自动对焦功能,具有热图数据;对于紫外传感器,质量不大于1.5kg,建议采用改进型日盲紫外双谱段探测仪;特高频局放、超声波局放传感模块,可采用改进型的超声波、特高频局部放电检测仪。

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