变电站无人机碰撞试验研究_苏健宏.pdf

变电站无人机碰撞试验研究苏健宏,吴梓源,黄昱翰,黄建凯,樊道庆(广东电网有限责任公司汕头供电局,广东 汕头5 1 5 0 0 0)摘 要:变电站内设备密集,无人机不免在自动巡视飞行过程中与航线规划点出现偏差,碰撞设备,以致设备及无人机损伤。为研究无人机在发生非预期轨迹飞行而导致碰撞所造成的影响,提出了变电站无人机碰撞试验方法,并提供详细的试验思路,制定具体的试验方案。通过不同的对比试验得到无人机撞击变电站设备对无人机及变电站安全稳定运行造成的影响,以此来调整航线规划的标准、评估无人机自动巡视的外部(环境)和内部风险因素,从而制定安全预防措施及安全应对措施。关键词:变电站;无人机;碰撞试验;对比试验;安全运行;预防措施中图分类号:TM 6 3 D O I:1 0.1 9 7 6 8/j.c n k i.d g j s.2 0 2 3.0 2.0 5 5R e s e a r c ho nC o l l i s i o nT e s t o fU A Vi nS u b s t a t i o nS UJ i a n h o n g,WUZ i y u a n,HUAN GY u h a n,HUAN GJ i a n k a i,F AND a o q i n g(S h a n t o uP o w e rS u p p l yB u r e a u,G u a n g d o n gP o w e rG r i dC o.,L t d.,S h a n t o u5 1 5 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T h ee q u i p m e n t i nt h es u b s t a t i o ni sd e n s e,a n dt h eUAV w i l l i n e v i t a b l yd e v i a t ef r o mt h er o u t ep l a n n i n gp o i n ta n dc o l l i d ew i t ht h ee q u i p m e n td u r i n gt h ea u t o m a t i cp a t r o l f l i g h t,r e s u l t i n g i nd a m a g e t o t h ee q u i p m e n t a n d t h eUAV.I no r d e r t os t u d yt h e i m p a c t o fUAVc o l l i s i o nc a u s e db yu n e x p e c t e d t r a j e c t o r y f l i g h t,a s u b s t a t i o nUAVc r a s h t e s tm e t h o d i sf i r s tp r o p o s e d,d e t a i l e dt e s ti d e a sa r ep r o v i d e d,a n ds p e c i f i ct e s tp l a n sa r ef o r m u l a t e d.T h r o u g hd i f f e r e n tc o m p a r a t i v et e s t s,t h e i m p a c to fUAVi m p a c t o ns u b s t a t i o ne q u i p m e n t o n t h e s a f e a n d s t a b l e o p e r a t i o no fUAVa n d s u b s t a t i o nw a s o b-t a i n e d,s oa s t oa d j u s t t h es t a n d a r d so f r o u t ep l a n n i n ga n de v a l u a t e t h ee x t e r n a l(e n v i r o n m e n t a l)a n d i n t e r n a l r i s kf a c t o r so f a u t o m a t i cd r o n ep a t r o l,s a s t o f o r m u l a t es a f e t yp r e v e v t i v em e a s u r e sa n ds a f e t yc o u n t e r m e a s u r e sw e r e f o r m u l a t e d.K e yw o r d s:s u b s t a t i o n;u n m a n n e da e r i a l v e h i c l e;c r a s ht e s t;c o m p a r a t i v e t e s t;s a f eo p e r a t i o n;p r e v e n t i v em e a s u r e收稿日期:2 0 2 2-0 8-0 91概述1.1研究背景为深入贯彻落实 广东电网公司数字变电建设行动计划的要求,推动智能技术与变电运维工作深度融合,提升变电站运维质量和效率,特进行无人机碰撞试验研究。随着变电站无人机自动巡视无人机飞行次数的增加,无人机不免在飞行过程中出现与航线规划点的偏差和位移,导致碰撞到设备或构筑物,以致设备、构筑物及无人机本身的损伤,因此进行变电站无人机的碰撞性试验研究尤为重要。收集在不同的环境因素和无人机参数设置下,无人机碰撞后导致设备、构筑物及无人机本身的损伤程度,以此来调整航线规划的标准,评估无人机自动巡视的外部(环境)和内部风险因素。1.2试验目的及内容为研究无人机在发生非预期轨迹飞行而导致撞击或坠落,对设备、构筑物及无人机本身的损伤程度,论证无人机自动巡视失控情况下是否会威胁变电站设备安全运行,研究了无人机在碰撞速度、碰撞部位、测试参数等因素变量是否对飞机机体结构的碰撞损伤产生不同程度的影响。同时对不同主流行业无人机厂家产品进行试验,探索变电站无人机安全准则,形成安全性行业标准。2试验前准备2.1现场布置现场布置(如图1所示):设置设备放置高度,底下安放海绵垫;设置高速摄像机1、2(航向左右方)拍摄撞 图1现场布置图481电工技术 系统解决方案 击全过程;设置高速摄像机3、4(撞击点左右方)拍摄撞击点;设置速度传感器于无人机上,监测无人机飞行速度;设置压力传感器于无人机撞击面、设备撞击面上;在试验场地四周围上安全围栏,在四周安置灭火器;测量并记录环境参数(温度、湿度、航线高度、风速及电磁干扰值)。2.2无人机准备起飞前硬件检查:检查电池安装好、电量充足;展开遥控器天线;测试遥控器档位,然后正确拨到P档;遥控器摇杆操作模式、遥控器与手机的连接良好;检查螺旋桨安装好。起飞前软件检查:检查设置菜单中的返航点、返航高度;检查设置好失控行为(悬停);检查图传信号;检查低电压报警方式(迫降电量为1 0%,报警电量为2 5%),关闭“智能低电量返航”;检查R T K信号,选择WS G 8 4坐标系;检查关闭视觉避障功能、下视避障功能;设置是否允许空中紧急停机;设置无人机自动录像。其他起飞准备:作业人员站在起降场地3m以外的位置;先熟悉紧急暂停任务-转手动(抢夺控制权)-降落的操作方法。3撞击力及撞击角度探究试验在混凝土墙面划定一矩形(4 5c m4 5c m),此矩形作为无人机(御2)撞击面,并在撞击面上布置满压力传感器。在大疆智图规划航线,设置时速为5m/s,在距离被撞物体5m处直向撞击被撞击体,记录不同撞击部位撞击力大小及相应瞬间无人机的撞击点。重新规划航线,设置飞行时速为5m/s,在距离被撞物体5m处斜向撞击被撞击体,记录不同撞击部位撞击力大小及相应瞬间无人机的撞击点。比较直向撞击、斜向撞击的受力大小。分别改变无人机机型为精灵4R T K、经纬M 3 0 0R T K,重复以上试验。4碰撞试验4.1试验思路试验前,观察设备及无人机外观情况,根据设备属性选择进行绝缘电阻、回路电阻及渗透试验检测,在设备撞击面上加装压力传感器,设置高速摄像机重点关注撞击瞬间无人机姿态,设备形变情况。试验时,先在大疆智图规划航线,设置规定的飞行时速(1、3、5m/s),再分别在距离被撞设备1.5、3、5m处匀速撞向被撞设备,试验后随即对设备及无人机进行外观观察,根据设备属性选择进行绝缘电阻、回路电阻及渗透试验检测,并与试验前进行比较。4.2碰撞设备选择根据无人机进行各种巡视工作时需拍摄到的设备部位及拍摄要求,处于无人机巡视航线上的设备均有被碰撞的风险。根据设备部位的易损度、出现在航线中的频率及被撞后的危害度,对设备进行分类评分,并综合以上因素的影响,列写设备部位重点关注度矩阵,对设备各个部位的重点关注度进行排序,共划分为4个级别。再根据设备材质属性对同材质属性的设备中关注度高的进行试验。碰撞设备选取汇总见表1。表1碰撞设备选取汇总碰撞设备矩阵-综合评分材质分类同类设备断路器本体1 2陶瓷P T、C T本体(陶瓷);主变套管(陶瓷);避雷器(陶瓷);支撑瓷瓶断路器接线夹1 2金属刀闸接线夹;P T接线夹;C T接线夹刀闸触头1 2金属架空导线1 2金属主变引线P T油位孔1 1玻璃主变呼吸器;主变瓦斯继电器;表计(玻璃)断路器机构箱1 0金属断路器汇控柜;主变汇控柜;端子箱断路器S F6气压表1 0塑料主变温度表(塑料);动作计数器(塑料);可视化窗口(塑料)主变母排1 0金属绝缘子9玻璃、硅胶主变中性点地刀9金属刀闸连接杆草丛9其他树木网门7金属建筑物门窗断路器构架6金属其他构架避雷针5金属建筑物墙体4混凝土主变本体4金属飞行动物(非设备)4其他人4.3试验步骤(1)将设备安放、固定在试验场地上。(2)进行试验前准备工作,记录环境参数。(3)对设备及无人机进行试验前外观观察,根据设备属性选择进行绝缘电阻、回路电阻及渗透试验检测。(4)在设备中心划定特定区域为碰撞面,布满压力传感器。(5)选择无人机型号为御2行业进阶版,设置无人机速度为1m/s,无人机与设备本体距离为1.5m,导入航线开展碰撞试验,记录压力传感器数值及碰撞发生时间。(6)对被撞后的设备及无人机进行外观观察,根据设备属性选择进行绝缘电阻、回路电阻及渗透试验检测。(7)记录碰撞后无人机的损坏情况。(8)回收相关设备并清理现场。(9)分别将无人机速度设置为3、5 m/s重复以上试验。(1 0)在无人机速度设置为1、3、5m/s时,分别改变碰撞距离为3、5m,重复以上试验。(1 1)分别改变机型为精灵4 R T K、经纬M 3 0 0R T K,重复以上试验。(1 2)改变设备电压等级为3 5、2 2 0、5 0 0k V,重复以581系统解决方案 电工技术 上试验。5结语本文提供了一种碰撞设备选择的标准。根据设备部位的易损度、出现在航线中的频率及被撞后的危害度,对设备进行分类评分,并综合以上因素的影响,列写设备部位重点关注度矩阵,对设备各个部位的关注度进行排序,将关注度划分为四个级别,再根据设备材质属性选取其中关注度高的设备进行试验。本文提供了一种论证无人机撞击角度对本测试方法试验结果的影响的方法,根据无人机在相同条件下依次从不同角度撞击布置满压力传感器的墙面获得的撞击力大小,比较直向撞击、斜向撞击的受力区别是否在可接受误差范围。本文提供了一种探究无人机撞击变电站设备对无人机及变电站安全稳定运行影响的方法,通过改变无人机飞行时速得到不同速度下无人机撞击变电站设备造成的影响。通过调整无人机与设备的距离得到不同飞行距离下无人机撞击变电站设备造成的影响。根据同材质试验前后相关参数的纵向比较以及不同材质设备试验前后相关参数的横向比较,得到无人机撞击变电站设备对无人机及变电站安全稳定运行造成的影响,以论证无人机自动巡视是否会威胁到设备安全运行,并调整航线规划的