摘要：近些年，随着城市用电量的逐渐增多，高压输电线路开始陆续被引入城区。由于高压输电线路的工作频率为50Hz，因此在输电线路和变电站周围产生工频电磁场。目前，电磁场无处不在，与人们的生活和工作息息相关，并且远离不了电磁场，尤其是城市附近的高压架空线路，这些电磁给人们的健康带来了一定的干扰。本文主要结合多旋翼无人机系统，对抗电磁干扰技术进行深入地研究与探讨。
关键词：多旋翼；无人机平台；抗电磁干扰技术
0引言
随着人们对环保问题的日益关注和环保意识的不断增强，从安全角度考虑，这就要求人们对电磁场有更加深入的认知。电磁场对处在场中的人的健康造成影响，还会产生生态效应。同时，高压输电线路产生的电磁污染对城区居民生活的影响，如何防护电磁污染，防止电磁干扰，是电力企业需要关注的一个重要课题。通过多旋翼无人机对高压输电线路电磁场强度进行测试，可以有效地达到抗干扰的效果。
1输电线路现有条件和要求
高压输电线路通常是指35KV机以上的架空输电线路，是连接发电厂和变电站的重要设备。由于高压输电线路规模庞大、环境复杂而且带大负荷符合运行等情况。输电线路的条件和要求有以下几点：
1.1目标小
高压输电线路中，多旋翼无人机测试的目标主要是输电杆塔中的多种金具，包括延长环、挂板及销子等。这些金具和输电杆塔比较，大多数都是体型小，长度在几厘米到十几厘米之间，目标比较小，很难发现其缺陷。
1.2 数量多
随着人们对用电量的不断增加，电网建设进程不断加快，需要进行测试和检修的杆塔数量越来越多，从而增加了多旋翼无人机的检测工作量。
1.3距离远
作为连接发电厂与变电站之间及变电站与变电站之间的重要电力设施，通常情况下，输电线路长度比较长，尤其是随着特高压交流、直流输电的发展，单条输电线路的长度已经达到几千公里。为了降低建设成本，各杆塔之间的距离设置均比较大，根据相关资料可知，220kv及以上线路档距大部分在300m以上，跨江、跨河等大跨越线路更可达几千米。
1.4环境复杂
由于我国人口众多，用地紧张，民事协调难度大等情况，新建设的高压输电线路大部分都是在郊区、丘陵、山地等地形复杂的地方，尤其是南方地区，输电线路穿梭在崇山峻岭中，给输电线路的巡检工作增加很大的难度。
1.5电磁影响大
高压输电线路都具有电压高、电流大的特征，并且输电线路都是裸导线，周围存在较强的电磁场，这对输电线路使用多旋翼无人机的电磁屏蔽和抗干扰能力提出了更高的要求。
2多旋翼无人机的动力组件
多旋翼无人机是一种带有多片正反桨叶的旋翼类新型飞行器，不同于传统的旋翼类直升机，其通过自身正反旋翼的气动力学特点，即可抵消飞行过程中的偏航扭矩，简化了机械结构，提高了气动效率。在给飞行器提供升力的同时，通过正反旋翼转速的调整就能够实现飞行器自由度的运动，出色的垂直起降、定点悬停性能、快速机动、间接便利的操作性能，使多旋翼无人机在输电线路中有着良好的发展前景。
飞行器本体以碳钎维为主材料，动力组件包括直流无刷电机、电机调速器、桨叶。为使飞行器可以长航，多航次进行巡检任务，配备了高能锂聚合物电池，较高的放电性能能够充分满足电机的转速需求，满足了多旋翼无人机在大风环境下悬停稳定性和操作性要求。
3多旋翼无人机测试的重要性
如今高压及特高压输电线路所产生的工频电磁场会给人们造成很大的心理压力，因此这就需要对高压输电线路所产生的工频磁场进行一个相对准确的测量，确保其与国家颁布的安全距离的安全值相对应。
目前常用的测量方法是人工测量法。测量地点应选在地势平坦、远离树木、没有其他电力线路的空地上。测量仪表应架设在地面上1~2m的位置，一般情况下选1.5m，也可根据需要在其他高度测量，测量报告清楚地表明。测量人员或其他物体必须距离测量探头2.5m以外。工频磁场测量时为了避免扰乱磁场，磁性材料或非磁性导电的物体到测量点的距离，至少应是该物体最大尺寸的三倍，不小于1m。同时，为了避免通过测量仪表的支架泄露电流，工频磁场测量时环境温度应在80%一下。在特定的时间、地点和气象条件下，若仪表读数是稳定的，测量读书为稳定时的仪表读数。若仪表读数是波动的，应每1min读一个数，取5min的平均值为测量读数。除测量数据以外，对于输电线路应记录导线排列情况、导线高度、相间距离、导线型号以及导线分裂数、线路电压、电流等线路参数。
经上述可知，人工测量存在着很多的不足，最主要的是个体完全暴露在工频磁场中，在未知磁场强度的情况下，测量时个体的人身安全往往处于危险之中，受到很大的磁场干扰和辐射，而多旋翼无人机刚好可以弥补人工测量的缺点。多旋翼无人机系统对高压输电线路电磁场强的测试尤为重要。
4基于多旋翼无人机平台的抗电磁干扰技术
4.1多旋翼无人机的选择及组成
基于自研飞控的高压输电线路电磁场强测试方案，采用ZW-2H880六旋翼无人机系统。该系统主要由ZW-2H880六旋翼无人机平台、微型两轴云台、机载电磁场测试仪、磁力计单元、数据链和便捷地面站等组成。ZW-2H880六旋翼无人机示意图如图1所示，其系统设计指标见表1.
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图1 ZW-2H880六旋翼无人机
表1 ZW-2H880六旋翼无人机系统设计指标
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4.2 抗电磁干扰方案
本文通过六旋翼无人机对电磁场强测试，测量出高压输电线路场强的阈值，若测量值高于阈值，就会发出报警指令，以此达到抗电磁干扰的目标。
磁场干扰是指由于具有磁性物质或者可以影响局部磁场强度的物质存在，使得磁传感器所放置位置上的地球磁场发生偏差，如图2所示，在磁传感器的XYZ坐标系中，绿色的圆表示地球磁场矢量绕Z轴圆周转动过程中在XY平面内的投影轨迹，在没有任何磁场干扰情况下，此轨迹将会是一个标准的以O（0，0）为中心的圆。当存在外界磁场干扰的情况时，测量得到的磁场强度矢量α将为该点地球磁场β与干扰磁场γ的矢量和。
α测量值=β地球磁场+γ干扰
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图2 磁传感器XY坐标以及磁力线投影轨迹
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图3 电流对磁场产生的影响
一般情况下，干扰磁场γ在该点可以视为一个恒定的矢量，有很多因素可以造成磁场干扰，如摆放在电路板上的马达和喇叭，还有含有铁镍钴等金属的材料如屏蔽罩，螺丝，电阻，LCD背板以及外壳等。同样根据安培定律有电流通过的导线也会产生磁场，如图3所示。
地球磁场在某一具体区域内其模值可视为恒定的，对于已校准的磁力计，当干扰磁场γ=0时，可得到地球磁场β，因此高压输电线路的磁场强度等于：
γ干扰=α测量值-β地球磁场
当阈值γ干扰＜α测量值-β地球磁场，就会发出报警信号，六旋翼无人机就会悬停，等待下一步指令，避免无人机受到磁场强度的干扰。
结语
综上所述，高压输电线路在运作时会产生工频磁场强，若不采取抗电磁干扰技术进行规避，就会影响到人们的生活与工作。本文通过多旋翼无人机对高压输电线路的电磁场强进行测试，得出安全距离的阈值，若磁场强度大于干扰阈值，就会发出报警提示，无人机处于悬停状态，以此达到抗电磁干扰的目的。
论文作者:李博,董军,陈睿,覃思翔,赵伟,吴昊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：无人机论文; 磁场论文; 线路论文; 测量论文; 旋翼论文; 干扰论文; 高压论文; 《基层建设》2019年第30期论文;