无人机在高压输电线路中带电水冲洗的研究与应用Word文件下载.docx

1、尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得福州大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。三 关于论文使用授权的说明本人完全了解福州大学有关保留使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）本学位论文属于（必须在以下相应方框内打“”，否则一律按“非保密论文”处理）：1、保

2、密论文： 本学位论文属于保密，在 年解密后适用本授权书。2、非保密论文：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。是否同意授权以下单位（必须在以下相应方框内打“”，否则一律按“同意授权”处理）：1、同意授权 不同意授权清华大学“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”将本人学位论文进行电子和网络出版，并编入CNKI系列数据库（中国优秀博硕士学位论文全文数据库和中国知识资源总库）。2、同意授权 不同意授权中国科学技术信息研究所（万方数据库）将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。研究生本人签名： 签字日期：20 年 月 日研究生导师签名： 签字日

3、期：摘要 近年来，国内工业的快速发展带来了严重的环境污染，输电线路暴露在自然环境中的绝缘体首先经历了环境污染的苦果。随着区域电网的互联和系统电压水平的提高，绝缘子污闪对电力系统的危害越来越大。大规模的污染闪电曾导致大规模的电网停电，这是电力行业迫切需要解决的主要问题。对电力系统的防污闪技术一直进行着研究，并研究出多种输电线路防污闪的措施。但这些措施当中，不管是由于技术适用性等先天因素制约，还是该项技术发展不够成熟，使得这些措施多存在一定的局限性，实施起来效果往往不能令人满意。而带电水冲洗技术具有良好的安全性能和优越的经济效益，而且带电水冲洗在变电站防污闪方面的技术已经发展得比较成熟，因此，本文

4、着重对带电水冲洗技术在输电线路方面的应用进行研究。本文在分析了输电线路带电作业的总体技术要求的基础上，重点阐述了带电水冲洗设备的关键组成部件、带电水冲洗高压水柱的物理特性、电气特性以及各冲洗参量之间的相互关系，并研制出适应性较强的输电线路带电水冲洗车。在无人机带电水冲洗车对输电线路绝缘子冲洗作业的实测中，检验发现，无人机带电水冲洗能够满足现场冲洗作业的各项安全指标和技术指标，并具有较大的经济效益，也适合在其他城市推广使用。关键词：无人直升机，输电线路，带电水冲洗 Research on the application of unmanned helicopter in high-voltage

5、 transmission line monitoringAbstractIn recent years, the rapid development of domestic industry has brought serious environmental pollution, and the insulator exposed to natural environment of transmission line first experienced the bitter fruit of environmental pollution. With the interconnection

6、of regional power grid and the improvement of system voltage, insulator pollution flashover is more and more harmful to power system. Massive pollution lightning has caused massive power grid outages, a major problem the power industry urgently needs to address.The anti - pollution flash technology

7、of power system has been studied. However, these measures, whether restricted by inherent factors such as the applicability of technology or the immature development of this technology, have certain limitations, and the implementation effect is often not satisfactory. The live water flushing technol

8、ogy has good safety performance and superior economic benefits, and the live water flushing technology in the substation anti-pollution flash has been developed relatively mature, therefore, this paper focuses on the study of the application of the live water washing technology in the transmission l

9、ine.Charged based on the analysis of the transmission line operation, on the basis of the general technical requirements, expounds the charged water washing equipment of the key components, the physical properties of charged water flushing water cannons, electrical characteristics as well as the rel

10、ationship between various flushing parameters, good adaptability and developed the transmission line charged water flushing of the car. In the field test of the live water washing vehicle of the unmanned aerial vehicle （uav） on the insulator flushing operation of the transmission line, it is found t

11、hat the live water washing of the uav can meet various safety and technical indexes of the field flushing operation, and has great economic benefits, which is also suitable for popularizing in other cities.Keywords: unmanned helicopter, transmission line, charged water flushing第一章 绪论1.1 研究背景及意义1.1.1

12、 研究背景社会发展对电能供应的要求越来越苛刻，供电部门必须提高技术含量来改善电能供应的经济技术指标，传统的靠停电人工清扫等防污手段已经不能满足时代的要求。输变电设备绝缘子污闪络事故，严重威胁电网的安全，公司系统每年投入大量经费进行调拨改造，而效果尚不理想，2006年底我省电网就出现多出污闪险情，人工干刷及机械转动清扫在220KV以上电压等级净空距离较大时，劳动强度大，清扫效果很不理想。随着社会经济的快速发展，配套电力系统也在向区域电网互联，更大容量和更高电压发展。另一方面，工农业的快速发展继续向外界排放各种污染和副产品。 在上述因素共同作用下，输变电设备外绝缘污染闪络事故频繁发生，给电力设施和

13、经济发展带来沉重打击。无人机的特点是体积小，重量轻，不考虑风险因素，如载人安全作业成本很低，但在高山大岭，池塘内高频率，封闭在检查员的墙内很难到达线段，采用高清摄像头，红外测温仪，视频传输设备任务，实现传输线缺陷巡回“零死角”，使用超声波测距模块，也可精确测量十字交叉网短距离，参考对于检验人员的分析，节省了大量的人力物力;在故障排除中，无人机可以快速确定故障点，这可以为下一步工作提供宝贵的时间作为保证。载人直升机的效率体现在它是一种高科技的载具，并不意味着它实现了智能检测。它的高成本和安全性是它所推广的最大弱点。载人直升机在出发前需要严格的飞行审批程序，除了飞机适航证，飞行驾驶证和其他法律手续

14、外，还适用于飞行空域和飞行计划部门，至少每周一次部门飞行前的审批，飞行路径，面积和飞行性质（目的），海拔等，被批准起飞。同时，由于需要天气，通信，导航，维护和其他更特殊的服务，即使飞机是企业所有，飞机也必须受到航空当局的监督。出发前一天，还向空中交通管制部门报告批准，获得许可后，可以起飞。如果您需要借用民航场地起飞和降落，您需要向机场，空中交通管制，公安，石油等部门提交申请，获得许可，并支付一定费用。传输和转换设备中的绝缘体全年暴露。污染物是从悬浮在空气中的污染颗粒，灰尘，烟气和其他外部物质中吸附的。多年来，污染与绝缘体表面紧密结合。干污垢仍然是良好的绝缘体，电性能几乎没有变化。当天气潮湿时（

15、主要是在冬末和早春，干燥的废物会变得潮湿，一些盐会溶解并转化为高导电水膜溶液。绝缘体表面上的导电水膜溶液不会因为它不在中雨或大雨中而被冲走。漏电流密度的值受到绝缘体表面上导电水膜溶液的导电性和绝缘体表面形状的影响。表面曲率相对较大的地方首先形成干带，如两部分的连接处，伞组的转动等，分布电压变高。在一定的电场强度条件下，间歇放电跨越干燥区域（在交流下）这里将产生电压。如果结垢继续受潮并且漏电流增加，则局部电弧将继续延长。当每单位长度的电压下降时，降低到等于或小于每单位长度的污垢层的电阻压降，电弧可以自动且快速地朝向相对电极发展，直至贯通两极。1.1.2 研究意义随着地区工业化迅速发展,由环境问题

16、引发的综合污染问题日益加重，线路上绝缘子污秽问题也越来越严重，绝缘设备的污闪事故发生机率也因此不断增加。污闪事故会导致高压输电线路跳闸，影响供电可靠性及造成设备损坏，给电网的运行安全带来极大隐患。由于输电线路大部分架设于崇山峻岭之间，作业人员需要翻山越岭后攀登杆塔，体能消耗较大。传统的带电清洗绝缘子不仅作业工序繁复，清洗效果也较差，而且还要考虑泄露电流经人体对地短路的安全问题，而常规的停电清扫工作又受停电指标制约，均无法胜任大范围的线路瓷瓶清洗的工作需求。为了提高输电线路抗污闪能力,构建安全高效电网,必须进行新型高效的带电水冲洗作业研究。随着近几年无人机行业的快速发展，无人机在体积、载重量、抗

17、干扰、续航里程及智能化等技术方面有着质的飞跃，可通过无人机搭载专业任务设备，代替人工作业，真正意义上降低作业风险。本文旨在无人机的基础上，充分利用无人机高机动性、空中作业环境范围大、携带方便等特点，研究出用于带电水冲洗的装置及作业法，降低作业人员的工作量和作业风险，提高作业效率。输电线路长期暴露在户外露天环境中运行，线路上所使用的大量的普通悬式绝缘子、防污绝缘子和钢化玻璃绝缘子，这些绝缘子在运行中会因电磁场、雨水冲刷和风吹等因素的作用积结了污染物，这些污染物吸附在绝缘子表面，在大雾和细雨天气会使污染物潮湿形成连续的导电通道，减小绝缘子的爬电比距。电力系统内也曾经因为污秽清原因发生多起污闪事故。

18、为保证线路不因这些污染物而造成绝缘性能降低引发线路污染跳闸，必须根据现场实际情况对线路绝缘子进行清扫。以往均是采用普通毛巾绑扎在绝缘操作杆端部进行清洗，不仅效率低下，而且效果不理想，而且输电线路带电水冲洗由于受到设备和作业安全性等方面的原因，我省已不再开展此项作业。所以通过借助目前技术较为成熟的无人飞行器携带清洗液，使作业人员远离带电体的作业方法进行冲洗，不仅可以提高作业安全性，而且也能大大提高作业效率。无人驾驶直升机之旅的预期效果将实现：首先，灾害监测将实现：当灾难发生或有灾害预警时，无人驾驶飞机将能够按要求前往现场，灾难形象将迅速送到防灾减灾中心，提供第一手灾害信息。二是实现电力线无人机巡

19、逻：综合应用远程无人遥控直升机自动导航技术，GPS，GIS系统，采集电路元件运行状态，首先进行电网调度和设备状态检修，提供全面的真实的现场数据，智能巡逻，提高运营管理水平。载人直升机巡逻费用昂贵。据了解，进口飞机耗资4000万元，国产耗资约2000万元。燃料，磨损和劳动力成本约为每小时18,000元。此外，飞机的日常维护费用和人员的技术培训也很高。载人直升机的年费用通常要花费数千万元。数据显示，直升机巡逻和手动线有一个临界点，即当线路小于4,592km和500kV线路时，直升机巡逻的单位成本大于手动线路的单位成本。如果使用直升机清洁污物，零值绝缘子检测操作等操作，成本将成倍增加。载人直升机检查

20、尚未解决人工高空作业的问题。一旦发生事故，将造成难以承受的人员和经济损失。高事故率的主要原因是直升机的特殊结构。与固定翼飞机相比，直升机有更多的旋转部件，因此装载复杂。转子和尾桨的交变载荷很容易引起直升机的振动和疲劳损坏。另一方面，恶劣的服务条件和环境也是频繁发生直升机事故的重要原因。直升机经常飞越山区，森林地区和城镇。在低空飞行时，它们受地形和特征的影响，在高海拔地区飞行时天气条件变化。另外，输电线路检查任务的操作复杂且困难，并且存在高安全风险。因此，专业飞行员飞行的要求非常高。载人直升机具有灵活的机动性，不受现场地形条件的限制。工作人员可以借助一些检测仪器轻松地从路径上的多个角度收集数据，

21、以诊断路线的健康状况。不仅节省时间和精力，而且效率极高。载人直升机最突出的优点是，他不仅可以用于巡航，灾害监测，还可以用于高压线路的充电操作，它可以快速到故障点徘徊，辅助人员负责作业，保存操作步骤和能耗，将在高压充电，断电检修，以摆脱长时间的使用空间。1.2 国内外研究现状在国际上，无人机主要分为两类：一类是军事作战服务，另一类是民用服务。目前，它应用于民用领域，特别是电力系统。在20世纪50年代和60年代，由于不同的国情，外国空气场对民用开放。因此，许多发达国家，如欧洲，美国和澳大利亚，自己购买了高性能和装备精良的载人直升机。在良好的天气条件下检查输电线路，并作为非常规操作进行。到目前为止，

22、这项工作取得了良好的检查结果。而利用无人机进行输电线路检查，国外电力研究部门正在进行相关的研究和试验。 一）国外的研究成果 移动式水冲洗在全世界都很受欢迎。例如，在美国，日本和加拿大，使用带有隔热桶和遥控喷洒头的电水来冲洗车辆。在变电站，采用自动控制的固定式冲水装置，有效解决了清洗问题。这些新技术提高了操作的效率和安全性。此外，美国和其他发达国家专门从事直升机和飞机租赁公司的电气化水清洁，但家用空气控制和飞机使用过于昂贵，不适合大规模的国内作业。2005年，委员会组织了修订和完善，代表了国际绝缘子清洗技术的最新发展。主要描述了带电水洗技术，包括高，中，低压带电水洗技术。介绍了先进的设备配置，主

23、要参数选择，水柱电气特性，工作原理以及实践中经过验证的安全可靠的冲洗技术。二）国内带电水冲洗技术的研究现状 六、七十年代，电力工业初具规模，带电水冲洗技术作为电力系统运行维护中的电力行业的学者和技术人员一直关注的一项相对较新的技术已广泛应用于生产实践中，并取得了一定的成果。然而，对活水冲洗技术的研究较为浅薄，无法正确掌握冲洗水柱特性与输变电设备绝缘要求之间的关系。由于没有掌握带电水冲洗技术的内在原理，在此期间发生了许多闪络放电事故。20世纪70年代末80年代初，水利部和电力部召集了多个单位，包括电气科学研究所，实验研究所，地方供电局，电厂等，研究闪电放电。带电水冲洗。在此期间，电力专家进入系统

24、研究阶段对充电水冲洗技术。经过多年的研究和积累，基本掌握了冲洗水冲洗水柱的物理和电气特性，提出了洗涤水的水质要求。研究了500KV以下输变电设备的绝缘性能，规定了冲洗距离的安全值。详细总结了洗涤方法，注意事项等，将当时的活水洗涤技术提升到了更高的水平。1985年1月，中国开始测试SD129-84“电气设备冲洗水的指导方针”（试验; 1992年10月，中国颁布了GB13395-92“电力设备冲洗水冲洗规定”，使充电水冲洗行业更加标准化。1999年至2003年，山西化学清洗中心开始更加有效，大规模地尝试开发变电站电气化水冲洗作业。自2004年以来，广东省采用山西模式启动大型变电站充水冲洗，采用水轮

25、与消防队的方法，四名男子按照四枪组合法冲洗，大大提高了工作效率，并进一步组织，管理，制定了“广东电网公司收费水冲洗实施细则”。2009年9月1日，新国标GB/TL3395-2008“电力设备冲水冲洗指南”正式实施，中国的水冲洗业务进入了一个新的阶段。1.3 研究内容（一）研究内容小型化，高效率和大型活体冲洗装置将是解决现场输电线路冲洗的有效途径。因此，本文的主要工作是研究带电水冲洗技术的理论，并开发出满足该区域输电线路充水冲洗要求的装置。具体而言，研究内容包括以下几个方面：带电水冲洗是基于作业人员手持冲洗水枪塔上冲洗的方式，是属于塔上带电作业的一种，作业人员受着电场中各种放电因素的影响。因此，

26、本文从输电线路实时运行的基本理论出发，分析了实际运行中应用的电介质以及实际运行中所面临的各种电压特性，阐述了电场静电感应的问题，明确了安全值和实时操作期间的各种距离。然后，本文重点介绍了带电水冲洗技术本身的特点。通过对实验数据的理论分析，揭示了高压水柱在带电水冲洗中的物理和电气特性以及冲洗参数之间的相互关系，确定了带电水冲洗的安全条件。在上述研究的基础上，结合输电线路的实际情况，开发了一套完整的电动水洗车，以满足输电线路电气冲洗的要求。在开发出一套完整的电动水洗车后，在现场进行测试，以确定其性能和效率，并分析其效益。最后是总结本次课题的成果，并对未来研究的展望。（二）技术路线无人机带电水冲洗具

27、有不中断供电、清洗效果好、劳动效率高等优点，是防止系统发生污闪的有效措施之一。所谓带电水冲洗，是以水柱作为主，利用流速很高的水柱产生的冲击力对绝缘子表面沉积的污秽进行冲洗。由于用水量直接与水枪的喷口直径有关，为了方便，通常都以喷口直径来区分冲洗方式。按水枪喷嘴直径大小可分大、中、小3种型式：1、小水量冲洗:喷嘴直径在3mm及以下的称小水量冲洗。其特点是水柱短、流量小、耗水少、工具轻、携带方便、不受交通条件的限制，尤其适用于登杆冲洗输电线路绝缘子。由于冲洗水量小，故冲洗的溅射不严重，在冲洗电站设备时，对周围设备影响较小;因为冲洗水量小，需要较长的冲洗时间，才能冲洗干净。2、中水量冲洗:喷嘴直径在

28、4 7mm的称为中水量冲洗，其水柱压力较大，射程较远，水量较大，冲洗效果比小水量冲洗好，但对邻近设备的溅射影响大。一般来说，它适用于冲洗电站设备。3、大水量冲洗:喷嘴直径在8mm及以上的称为大水量冲洗。其水柱压力大，水柱长，冲洗效果好，效率高;但水量太大，淌下的污水容易短路瓷裙，若处理不好，冲洗过程中造成设备闪络的概率较高，且耗水量大，溅射影响严重。一般来说，它适用于水源充足的电站或沿公路交通方便的线路。（三）设计思路随着社会生产力的进一步提高，高压水冲洗无人机，是利用轻型多旋翼无人机和喷射水泵设备进行高空作业的机械，而多旋翼喷水无人机，作为一种有动力、可控制、能携带完成作业任务的设备，近几年

29、已倍受电力科技人员的青睐。它安装了自驾仪、航拍摄像、飞行姿态控制等设备，以辅助无人机水平移动、垂直起降等方式运动，通过低空飞行完成作业任务和降落，便于多次作业。多旋翼无人机在国内技术已经相当成熟，但是在行业应用上还远远不够，尤其是在挂载和工作性能。这些都是今后需要攻克的难关，所以本次六旋翼无人机是在传承国内先进技术的前提下，旨在进一步改善其性能，不仅要满足南方多丘陵、山区地带的任务作业，而且要满足当前电力劳动力下降的要求，提高一个人控制无人机作业的劳动效率与积极性。第二章 带电作业基础理论2.1无人机的构成及特点（一）无人机的构成无人驾驶飞行器是无人驾驶飞行器的缩写。它是由无线电遥控设备或自动

30、控制设备操作的无人驾驶飞行器。现代无人机是一个综合的综合系统，集航空，电力，侦察，地理信息，图像识别等于一体。由于其高海拔，远距离，快速的操作能力，在测绘，航拍，体育，军事和应用领域的侦察，救灾，无人机（无人机）控制技术的发展，可进行遥感，地理匹配控制，GPS卫星数据链控制电位控制，控制过程操作简单，运行可靠，运行平稳，经济性能高，不受气候影响，远程，速度和效率是人类的10倍。无人机系统主要包括飞机机身，飞行控制系统，数据链系统（MDS数字传输无线电是中国最常用的数据链设备），发射和回收系统，供电系统等。飞行控制系统又称飞行管理和控制系统，相当于无人机系统的“心脏”部分。它对无人机的稳定性，可

31、靠性，准确性和实时性能有重要影响，对其飞行性能起着决定性的作用。数据链系统可以保证远程控制指令的准确传输，以及无线接收和发送的信息的实时性和可靠性，从而保证信息反馈的及时有效，顺利，准确地完成任务。发射和回收系统确保在完成任务后成功上升到安全的高度和速度以及从天空到地面的安全下降。无人直升机巡逻系统主要分为无人机系统，测控系统，自动驾驶系统，光学吊舱系统，地面站测控系统等。1）飞行控制技术：高压输电线路的长度一般在100公里左右，与公路的距离在10到30公里之间，这要求无人机的遥控距离至少为30公里。此外，无人机应投入实际巡逻工作，配备GPS自动线导航控制，线塔自动跟踪等飞行控制功能，使无人机可以进入自动巡检工作的发展轨道，并完成检查半天的输电线路。 2）机身稳定飞行技术：飞行中飞行器应