35kV--330kV输电线路“无人机接触式验电器”的研制

35kV--330kV输电线路“无人机接触式验电器”的研制

杨军杨毅东郑海龙

国网平凉供电公司

一、课题背景

（一）背景简介

验电器是检验输电线路导线是否带电的一种安全工器具，在高压输电线路上检修或者进行其他工作时检验线路是否带电的一种方法，确保作业人员的人身安全。

在35kV--330kV高压输电线路停电检修工作中，为保证检修作业人员的安全，根据国家电网公司发布的《国家电网公司电力安全工作规程<线路部分>》中技术措施的要求，必须进行“停电、验电、接地”，而“验电”工作是保证检修作业人员安全的一个重要步骤和手段。

根据以往的检修作业经验和现场验电的情况来看，传统的人工验电存在携带和使用验电器非常不便，作业人员需要带绝缘手套，并且在伸长使用验电器时还存在着触电或掉落等安全隐患。

目前，实际工作中使用的大多是传统型人工接触式验电器，主要由触头、元件及电池、自检按钮、显示灯、伸缩杆总成等组成。

（二）现状调查研究

通常情况下，采用传统验电器进行验电，其视为带电作业，存在一定的安全隐患，并且在高空托举一定长度与重量的验电器作业时不可避免地造成作业人员的一些不安全行为，作业人员往往在验明一相无电的情况下就视为整条线路或同杆架设的多条线路已停电，存在一定的安全风险隐患。

（三）提出观点

为了降低作业人员的检修风险，实现输电线路停电检修工作的安全、方便、快捷，我公司青创赛团队通过讨论并提出构想：能否通过对传统人工接触式验电器的改造升级，借助无人机搭载验电装置进行验电，使得改进后的验电环节更灵活，操作更安全？

因此，本课题的重点是研制一种“无人机接触式验电器”，保障作业人员安全。

（四）课题查新

在确定课题前我公司青创赛团队通过WebofScience资源库、EngineeringVillage资源库、中国知网、维普资讯、万方数据等进行了相关的检索。

（五）确定课题

为了有效的解决因传统人工接触式验电器的弊端和不足，我们青创赛团队准备研制出一种无人机搭载的验电装置，该装置可以自动伸缩并且可以转换角度，在接触带电线路时可以发出声光报警，以实现无人验电，并能够应用于停电检修作业实际生产工作中，大大提高作业效率的同时确保检修作业人员的人身安全。

基于以上分析，因此本团队选定本次青创赛的课题为：无人机接触式验电器。

二、设定目标及目标可行性分析

（一）设定目标

如表1所示，输电运检室所辖输电线路从2017年1月至12月进行的22次停电检修工作，工作中均使用传统人工接触式验电器平均时间为13.22min，平均作业人数为3人，且作业人员需要自行背负验电器或由塔下辅助人员传递验电器。

依据前期现状的调查结果，并结合小组实际攻关能力和线路的运维水平，设定本次比赛项目的目标如下：①实现无人机验电。②验电装置可自动伸缩。③验电装置可向下调整角度。④验电信号可实现地面接收。⑤验电装置实现可视化。⑥作业人员由原来的平均3人减少至1人。⑦作业时间由平均13.22min减少至6min。

（二）目标可行性分析

前期准备：公司及输电运检室领导对输电线路检修专业非常重视，大力支持在检修作业中进行工器具的研发与创造，并在人力、物力、财力给予支持。

硬件设施：团队人员所在输电运检室负责35kV--330kV输电线路检修作业工作，且拥有3架无人机，具备在35kV--330kV输电线路进行“无人机接触式验电器”的创新条件。

研究能力：团队中副高级工程师3名，工程师2名，助理工程师1名，6人具有本科及以上学历，均长期从事输电线路作业，具有丰富的理论知识和实际工作经验。

动手创造：输电运检室的创新工作室具备研发、制作能力。

由以上条件支持“无人机接触式验电器”的七个目标可以实现。

三、提出方案并确定最佳方案

（一）研制难点

无人机接触式验电器的研制难点有五：①验电器如何实现自动伸缩，并且伸缩杆要绝缘；②验电器如何实现在垂直方向上的转动；③由于验电器的声光报警受到无人机的干扰，如何实现地面接收验电信号及可视化；④由于传统验电器触头较短，如何实现在飞行的状态下触头与导线接触。⑤无人机搭载验电装置作业时，如何保证无人机中心及飞行平稳。为此，小组召开会议，对下一步研制工作进行分解，并通过试验比选确定最终研制方案。

（二）具体分解方案的选择

1．伸缩杆选择

实现无人机验电首先需要解决伸缩杆的自动伸缩问题，根据市场调查，目前我国验电器中，没有自动伸缩功能。因此本团队提出充气式、电动推拉杆式、电动推拉折叠式三种伸缩方案。

2．垂直方向转动机构选择

垂直方向转动机构作为无人机验电器组成中的一部，实现垂直向下转动功能，在如何实现的问题上本团队提出轴承式、推拉式两种方案。

3．声、光报警接收装置选择

声、光报警接收装置作为验明线路是否带电的具体体现，其可靠性与地面接收装置如何实现的问题上本团队提出扩音式、传感器式两种方案。

4．验电器触头选择

传统验电器触头较短，如何实现在飞行的状态下触头与导线如何接触的问题上本团队提出Y字型式、半均压环型式两种方案。

（三）确定最佳方案

团队经过对各个方案分析与筛选，最终确定无人机接触式验电器的最佳方案。

四、制定对策及实施

小组按所选最佳方案，并按照“5W1H”原则制定对策实施表。

五、预期达到效果

（一）针对目标值的检查

2018年1月至今，小组成员将无人机接触式验电器装置在输电运检室所辖10条线路上进行了应用，如表17所示，其中5条110kV线路，5条35kV线路。依据对策表进行实施，成功研制出无人机接触式验电器装置，实现了预定目标主体部分。根据表17能够得到，通过无人机接触式验电器装置的使用，每次停电检修工作中验电可靠率100%，平均时间从12.22min降至4.93min，低于6min的预期目标。

（二）安全效益及经济效益

采用输电线路无人机接触式验电器装置，解决了传统的人工验电携带和使用验电器非常不便，作业人员需要带绝缘手套，并且在伸长使用验电器时还存在着触电或掉落等安全隐患问题。节省的停电作业电量损失。输电线路无人机接触式验电器装置成本约为3000元，投入使用后，单次停电作业挂设、拆除接地线能平均节省0.1小时，综合考虑公司330kV线路、110kV线路及35kV线路停电时线路的输电量，平均每小时输电量60000kWh计算，全年停电检修作业工程量计算，使用本装置的经济效益总计73.2万元。

六、标准化作业流程

(1)经过实际操作检验，该装置能够在保证作业安全可靠的前提下大大提高作业效率。平凉供电公司输电运检室目前正根据实践得到的作业步骤和方法，编制《35kV-330kV输电线路无人机接触式验电器标准化作业指导书》。

(2)该成果正在申请国家发明专利。