引言

輸電線路很多位于巍峨高山之上,而沿海地區(qū)的線路多受臺風襲擊,每年都會造成電網大面積受損,嚴重如2017年的臺風"天鴿""帕卡",被正面襲擊的珠三角地區(qū)多有倒塔斷線的情況發(fā)生。為盡快復電,夜晚在深山中施工在所難免,而照明設備是施工過程中必不可少的設備,但是現(xiàn)有的常規(guī)應急照明燈使用起來卻存在諸多不便。

常規(guī)傳統(tǒng)的應急照明燈體型龐大、沉重,不利于在險峻的山路上運輸:而且常規(guī)傳統(tǒng)的應急照明燈是一道直光從下往上直射到某個固定的角度,由于只能在某個角度照射,對施工人員的眼睛造成了極大的刺激干擾,而背光的施工人員則光照不足,稍有不慎容易引發(fā)安全事故。除此以外,市場上現(xiàn)有的照明無人機續(xù)航時間短,且光照強度衰弱快,對于夜間搶修施工的實際效果并不大。電力行業(yè)目前迫切需要一種新型照明系統(tǒng)來彌補這一技術的缺陷。

#基于多旋翼無人機的系留照明系統(tǒng)總體設計

基于多旋翼無人機的系留照明系統(tǒng)包括空中照明系統(tǒng)和地面供電系統(tǒng)。空中照明系統(tǒng)由模塊快插掛架、照射跟蹤自動調節(jié)系統(tǒng)、大功率LED探照燈組成。高清攝像頭安裝在模塊快插掛件上,LED探照燈組安裝在照射跟蹤自動調節(jié)系統(tǒng)上,裝置搭載在多旋翼無人機上[1]:地面供電系統(tǒng)為地面端電源(輸入AC220V,輸出DC400V）,地面端電源通過一條細長的高性能系留復合光纖電纜(100m）傳輸到天空端電源(輸入DC400V,輸出DC48V）,持續(xù)為多旋翼無人機及系留照明系統(tǒng)供電。

基于多旋翼無人機的系留照明系統(tǒng)模型整體結構如圖1所示。

圖1基于多旋翼無人機的系留照明系統(tǒng)整體結構圖

1基于多旋翼無人機的系留照明系統(tǒng)的空中照明系統(tǒng)

基于多旋翼無人機的系留照明系統(tǒng)空中照明系統(tǒng)由模塊快插掛架、照射跟蹤自動調節(jié)系統(tǒng)和大功率LED探照燈組成。

模塊快插掛架采用計算機三維建模和熔融堆疊立體打印技術制作,用于掛載高清攝像頭。熔融堆疊立體打印技術是一種增材制造技術,是軟件數學分層的定位模型構建,通過加熱層擠出熱塑性纖維,適用于幾乎任何形狀和尺寸的復雜幾何建筑耐用部件。通過此技術打印出來的構件具有卓越的熱穩(wěn)定性和耐化學性,并有良好的強度重量比,保證了空中照明系統(tǒng)的模塊快插掛架的剛度。

照射跟蹤自動調節(jié)系統(tǒng)依靠智能跟隨、距離識別技術,可跟隨目標自動調節(jié)光照亮度和角度,在應急搶修復電、搶險救災等應急情況下,通過高清拍攝頭配合,可及時將現(xiàn)場影像傳回地面指揮中心,解決特殊環(huán)境下的光照(角度、亮度等）問題。

大功率LED探照燈包括透明片、前罩、掛夾、LED燈以及后殼,LED燈安裝在后殼上,前罩蓋在后殼上,前罩上設置供LED燈照射的通孔,透明片安裝在通孔上,掛夾與前罩連接,在使用時,可以利用掛夾搭載在多旋翼無人機上,方便LED燈照射,具體如圖2所示。其中,透明片上設置有凹凸不平的紋路,前罩以及后殼上均設置有散熱槽,可以為LED燈散熱,而凹凸不平的紋路可以使光照更加均勻分散,更好地進行照明。

圖2大功率3LE探照燈

大功率LED探照燈與系留復合光纖電纜之間還設置有機載降壓器,如圖3所示,機載降壓器分別與照明燈具以及系留電纜連接,機載降壓器上還設置有供電接口,機載降壓器不僅可以為大功率LED探照燈提供發(fā)光的電能,還可以通過供電接口為多旋翼無人機進行供電,提高多旋翼無人機的續(xù)航時間。同時,機載降壓器上設置有散熱孔,增加其散熱效果。

2基于多旋翼無人機的系留照明系統(tǒng)的地面供電系統(tǒng)

基于多旋翼無人機的系留照明系統(tǒng)的地面供電系統(tǒng)由發(fā)電設備、變壓電源以及系留復合光纖電纜組成。變壓電源與發(fā)電設備連接,系留復合光纖電纜與變壓電源連接,大功率LED探照燈與系留復合光纖電纜連接。發(fā)電設備為家用220V電源或柴油發(fā)電機,能夠很好地提供電能,也可以根據照明地點的需求適當選擇。

變壓電源將發(fā)電設備的交流電壓轉變?yōu)?00V直流電,通過系留復合光纖電纜將電能輸送至大功率LED探照燈上,便能實現(xiàn)照射效果,體積不大,運輸方便直接,變壓電源為大功率LED探照燈和多旋翼無人機提供了源源不斷的電力,保障了照明的續(xù)航時間,能夠更好地滿足長時間施工的需求。

地面變壓電源采用PWM技術,交流輸入首先經過輸入濾波電路（輸入濾波器）,再通過整流電路變換為直流,經過輸入緩沖電路（抑制電壓、電流浪涌電路）進入功率逆變電路,在此環(huán)節(jié)中加有輸入過壓、欠壓保護等電路,當交流輸入超出或低于額定輸入范圍時或輸入缺相時,則會關斷功率逆變電路進行保護。

主控制電路通過采集輸入電壓、電流信號來調節(jié)逆變電路開關管工作狀態(tài),輸出穩(wěn)定的直流電壓:接收保護電路、電壓調節(jié)信號和恒流設定信號,實現(xiàn)對電源的保護及設定,輸出采集的輸出電壓、電流值和電源工作狀態(tài)信號提供給面板表頭和狀態(tài)指示燈進行顯示。

系留復合光纖電纜的導線材質為鋁合金材料,重量輕,而且供電穩(wěn)定性高。除了傳輸動力電源之外,還設計有光纖,以傳輸平臺載電子設備的光電信號。平臺載電子設備為減少升空設備的重量,將天線、發(fā)射機之外的設備放在地面,而通過系留復合光纖電纜保障平臺與地面設備之間電子信號的連接,這樣可節(jié)省出平臺升力,增加升空高度,提高升空增益。

4基于多旋翼無人機的系留照明系統(tǒng)使用步驟

4.1操作步驟

（1）地面電源與天空端斷開連接,地面電源輸入端連接220V交流電源,確保連接牢固后撥動空氣開關,地面電源上電:

（2）按下地面電源上的開關按鈕,測試電源空載輸出,通過擰動電壓旋鈕,調節(jié)電壓至400V,擰動電流旋鈕,將其擰至最大值（空載情況下擰動電流旋鈕,示數不會變化）:

（3）按下地面電源上的開關,使其關閉輸出,此時接上地面端與天空端的供電對插接口,確保插接牢固:

（4）無人機接上備用電池,觀察無人機自檢是否順利完成:

（5）整理線材,檢查有無打結和纏繞,避免在飛行過程中拉扯異物造成危險:

（6）按下地面電源上的開關,使其開啟輸出,可以見到"穩(wěn)壓"指示燈亮起,則系統(tǒng)正常啟動:

（7）查看無人機狀態(tài),符合起飛條件后起飛。

4.2安全注意事項

（1）使用前需檢查所有線材是否破損,所有電氣連接處是否連接牢固:

（2）地面端電源接電前確保空氣開關已關閉,并且確認輸入電源電壓為交流220V:

（3）地面端電源空載啟動后,若"故障"指示燈亮起,請勿繼續(xù)使用:

（4）無人機端需連接備用電池,以免地面端電源故障或斷線時導致無人機斷電墜落,飛行時需關注地面電源示數,應盡量避免長時間滿負荷運行（"穩(wěn)流"指示燈亮起）。

5結語

本文設計研究的基于多旋翼無人機的系留照明系統(tǒng),顛覆了傳統(tǒng)的應急照明方式,不但使得應急照明更加快捷,照明相關設備的運輸更加方便直接,而且還能從高空中不同角度照射,克服地面盲照的缺陷:地面的變壓電源能及時將發(fā)電設備的電壓轉變至400V高壓,采用高壓供電方式可減小輸送電流,從而減少電源損耗,同時可減小傳輸導線的截面積,減輕系留電纜的重量。此外,系留電纜采用質量小的鋁合金材料,大大減少了無人機載荷,起到連接地面和空中照明燈具的作用,能夠延長照明燈具的續(xù)航時間,解決常規(guī)應急照明燈體型龐大沉重、照射角度固定等技術問題,極大地降低了夜間搶修作業(yè)的安全風險,工作效率顯著提高,保障了工程進度,從而達到快速復電的目的。