摘要：500kV验电器是一种高压测试设备，验电器伸长有10米，重2.6公斤。检测到线路有高压时，会发出闪光提示和语音提示，作为危险提示用；现场操作具备声光警示，安全可靠。但验电器绝缘杆在展开状态下的强度差和值班人员操作时手臂所承受的重力较大，导致值班人员在验电时费力。基于上述问题提出利用无人机开发一套500kV验电器助力装置，方便解决变电运行人员的现场高压验电的问题。
关键词：500kV验电器；高压验电；无人机；验电器升降装置
Development of 500kV electrical inspection apparatus UAV
zhangzhou，weizerui
Yunnan Power Grid Co.，Ltd.Qujing Power Supply Bureau，YunnanQujing 655000
Abstract：500kV electroscope is a high voltage test equipment，electroscope elongation is 10 meters high and weighs 2.6 kg.When it detects a high voltage line，it will be issued flash prompts and voice prompts，as prompted by the danger；-site operation with sound and light warning，safe and reliable.But the strength and poor insulation rod electroscope duty in an expanded state when the operating arm is exposed to greater gravity，resulting in time-consuming duty electrical inspection.We propose the use of unmanned aerial vehicles to develop a 500kV electroscope assist device，easy to solve the high-voltage electrical inspection of the site substation operation personnel issue based on the above issues.
Keywords：500kV electroscope；high-voltage electrical inspection；UAVs；electroscope lifting device
引言
通过变电站运行人员平时使用验电器的经验，提出了验电器使用中存在的问题：将验电器由水平位置操作至垂直位置过程需消耗大量的体力，500kV验电器重量为2.6公斤，根据杠杆原理F1*L1=F2*L2计算验电人所承受的重量为25kg-30kg，导致大多数的女值班员难以进行500kV设备的验电工作。
验电器在完全伸长的状态下，绝缘杆上端由于重力作用导致绝缘杆向下弯曲并大幅度摆动，且500kV站的HGIS设备套管顶端带电部位距地面大于10米，验电人员不能准确的将金属探针与待验电设备接触，操作人员需要多次调整验电位置。
1．问题提出与分析
为准确的统计出每个值班员使用验电器的具体情况，课题研究小组把验电过程分成如下四个环节，并以某500kV变电站为研究对象。变电运行值班人员在验电过程中每个环节的完成情况用0和1表示，0代表该环节操作人员无法完成，1代表该环节操作人员顺利完成。
A、检查验电器完好有效；
B、将验电器送达指定验电地点；
C、在带电设备上验电；
D、在停电设备上验电。
通过以上的统计得出，参加验电的5名变电运行值班员只有1名能完成验电操作的整个过程，占总人数的20%。
根据表1.1可以看出，验电作业操作完成率为0%在C、D环节，而C、D为操作人员手持验电器到有电和无电的设备上进行验电，主要是由于人手臂的受力达到人体能承受的范围造成的，如果研制出一种500kV验电的新方法，无需人手持验电器，就可以解决人力操作困难费力的问题，实现目标。
新研制的验电方法，不需要操作人员手持验电器到设备上验电，彻底解决了验电过程中的C、D环节中操作人员负重的问题，从表1.1的验电过程ABCD来看，A、B环节所有操作人员都能够完成，解决了C、D环节中操作人员负重的问题，就可以达到相应的目标。
2．方案的提出与确定
2.1总方案的分析
通过对传统验电方式的分析，可以得到验电工作中验电头必须与待验电部位直接接触方可验电。则研究组决定通过使用无人机将传统验电头送至500kV待验电部位。由此可以得到总方案主要构成包括：升降装置，验电头，连接升降设备与验电头的装置。
2.2升降装置的确定与分析
2.2.1升降装置的确定
研究组成员通过对现场实际情况的分析和讨论，制定了多套方案，并对这些方案现场实际比较，最终研究组成员确定使用无人机升降装置作为500kV高空验电升降设备为最佳方案。通过变电值班人员的现场实际操作，该方案能够有效的提升操作人员的操作完成率，同时也提高电网的供电可靠率。
2.2.2升降装置的分析
无人机作为升降装置主要表现出以下几个优点：第一、多旋翼无人机具有平稳的垂直起降功能；第二、多旋翼无人机体积和重量较小，易于搬运和保存；第三、多旋翼无人机具有灵活的操控性能。这三个优点可以解决不同值班人员在验电过程存在的力量差异，确保人人均可操作。
然而在实际使用过程中也存在以下几点风险：第一、无人机通过遥控操作，不同值班人员的操作技能存在差异；第二，无人机飞行高度远超变电站待验电部位的最高高度；第三、无人机在遭遇突发情况时存在不可预知的风险。
针对无人机运用于500kV设备验电工作中存在的风险，研究组提出了以下控制措施：第一、在无人机下方加装500kV绝缘绳，从而限制其飞行高度，同时当无人机遭遇突发情况时，采取拉近绝缘绳防止无人机失控；第二、对值班人员进行无人机操作的培训，并增加备用遥控器，在主操作人操作失误时，由辅助操作人使用备用遥控器对无人机进行操作，使其恢复正常运；第三、选用具备自动失控自动返杭功能的无人机，当无人机失控时，无人机可实现自动返回起点位置。通过实际使用检验，所设计的控制措施有效的解决了无人机用于验电工作中的风险。
2.3连接装置的确定与分析
基于无人机作为验电升降装置，研究组提出了多个方案，并对这些方案现场实际比较，最终研究组成员确定使用空心T型管作为连接装置的最佳方案。
空心T型管作为连接装置主要表现出以下几个优点：第一、空心T型管采用噶强度非金属材料，保证绝缘，置于无人机顶部中心处，将连接装置和验电头的重力均匀分散至多个旋翼臂上，确保无人机的平衡；第二、空心T型管可方便且牢固的固定于无人机上，同时可与验电头连接可靠、拆装方便；第三、通过控制T型管的高度，可有效防止无人机旋翼与导线触碰的风险。
2.4验电头的改进方案
研究组通过对传统验电头实际运用情况进行分析，得到传统验电头的探针短小，与导线的接触面积小，无法快速准确的与待验电设备接触，造成验电工作极难完成。针对此问题，研究组提出多个方案，并对这些方案现场实际比较，最终研究组成员确定在传统验电头探针上加装空心铜球作为验电头的改进方案。
改进后的球形验电头主要表现出以下几个优点：第一、球形验电头增大了与待验电设备的接触面积，提高了验电的一次性成功率；第二、根据集肤效应，电流延球体表面充分汇聚至验电头内，提高了验电的快速性与准确性。
3．方案的可行性分析与实际检验
3.1装置的可行性分析
研究组通过分析现场实际情况，从以下三个方面分析基于无人机的500kV验电装置的可行性：
第一、无人机验电装置对高压设备的影响。研究组将无人机靠近导线分为两种情况，第一种，相对地，当无人机验电装置靠近导线时，相对地电压差为500kV/1.732，装置距地面10m，可看做开路，流过装置的电流为0，不会造成接地故障。第二种，相间，极限情况为无人机验电装置置于两相中间，根据物理原理，标准大气压下，击穿1mm空气的电压为3kV，则500kV电压可击穿空气的距离为500÷3≈170mm，远小于两相间距8m，由此可知，装置置于两相之间任何位置均不会造成相间短路。
第二、高压设备对无人机验电装置的影响。研究组通过对无人机结构的分析，得到无人机整体构架无非金属材料，绝缘性能较好，且无人机装置上的金属部分均有良好的绝缘措施，可保证与高压导线的绝缘。但高压导线的强磁场对无人机上的GPS定位装置的准确性有一些影响，通过研究组的分析，对GPS装置加装屏蔽磁环，有效的防止强磁场对影响无人机装置的影响。
第三、无人机验电装置的可操作性。研究组通过上述的一系列措施，有效的提高的值班人员的操作技能和操作准确性，并很大程度上降低了操作难度，确保无人机验电装置的可操作性。
3.2装置的实际检验
通过使用无人机验电装置完成模拟实验，并实验完全成功后，研究组在500kV某站内，使用该套装置对500kV线路进行验电工作，具有良好的效果，能够顺利完成500kV站内高空验电。
图3.1无人机验电过程图
4.结论
本次成功研制出500kV验电助力装置，减轻了作业人员的负担，缩短了作业时间，创造性地解决了运行维护中的实际问题，收到了预期效果。研究人员的动手动脑能力和创新能力也得到了明显提高，增强了凝聚力。
通过使用分析发现无人机操作还存在着一些不足之处希望改进，具体如下：
（1）由于无人机操作需要大量的练习才能平稳匀速的控制，下一步我们将与无人机厂家进行沟通，实现无人机自动巡航，值班人员只需进行简单的操作。
（2）由于验电装置必须与导线接触才能准确验明是否有电，对无人机操作的精度要求较高。下一步我们将与厂家人员沟通，希望实现验电装置在到达以导线为中心的一定范围内就能准确验明是否有电。
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作者简介：
张粥（1989-07），男，云南，大学本科，助理工程师，主要从事变电运行工作。
魏泽锐（1989-11），男，云南，大学专科，助理工程师，主要从事变电运行工作。
论文作者:张粥,魏泽锐
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/14
标签：无人机论文; 验电器论文; 装置论文; 操作论文; 方案论文; 人员论文; 设备论文; 《电力设备》2019年第9期论文;