电缆沟微型巡视无人机 CNR217-058

项目背景

变电站电缆沟是承载全站电力电缆和控制电缆的地下通道——沟内有高压电缆、低压电缆、控制电缆等数百根电缆密集排列。电缆沟需要定期巡视检查——查看沟内是否有积水（可能导致电缆绝缘下降）、电缆外皮是否有鼠咬损伤（可能引发短路故障）、电缆支架是否有锈蚀坍塌。传统巡视方式是运行人员打开电缆沟盖板用手电筒照射内部目视检查。一座变电站的电缆沟总长度可达数百米——每隔数米就有一块盖板——运行人员需要逐块打开盖板蹲下去查看再盖上——数百米巡视下来腰酸背痛。而且电缆沟内光线暗目视很难发现外皮上的微小损伤。更麻烦的是有些电缆沟段盖板被设备基础或架构占据——根本无法打开只能靠盲猜里面的状况。

存在问题

• 数百米电缆沟逐块开盖蹲下检查耗费大量体力
• 沟内光线暗微小损伤难以发现
• 部分盖板被设备基础占据无法打开形成巡检盲区
• 巡检记录纸质手工录入效率低

创新目标

研制一台电力电缆沟微型智能巡视无人机。无人机在电缆沟内自主飞行——搭载高清摄像头和LED补光灯拍摄沟内电缆和支架的图像。图像通过无线实时传输至地面操作人员的平板电脑上。无人机具有避障功能——在狭窄的电缆沟内自主避开电缆和支架不碰撞。

技术方案

无人机为一台四旋翼微型无人机——轴距约12cm安装在防护笼内。防护笼为一个球形碳纤维骨架包裹着螺旋桨——笼子的直径略大于无人机。当无人机在狭窄的电缆沟内飞行时如果机笼触碰到电缆或支架——笼子将无人机本体与障碍物隔开——螺旋桨不会打到障碍物造成损伤或坠机。防护笼就是无人机的碰撞保护——使无人机在狭窄的沟内也能安全飞行。

无人机搭载了一台1080P微型摄像头和一个环形LED补光灯。LED灯为高亮度白光LED——照射距离约2米——足以照亮电缆沟内的电缆表面。摄像头将视频通过WiFi实时传输至地面操作人员的平板电脑上——操作者在平板上看到沟内的实时画面。巡检完成后视频自动保存在无人机SD卡中作为巡检记录。

避障功能通过向前和向下两个超声波传感器实现——传感器探测前方和下方障碍物的距离。当距离小于设定值时无人机自动减速并悬停或向上攀升避开障碍物。在电缆沟这个狭窄的空间内避障功能尤其重要——电缆沟宽度有时仅容无人机勉强通过。电池满电可飞行约15分钟——一次飞行可巡视数十米电缆沟。

创新亮点

• 防护笼碰撞保护：螺旋桨不碰障碍安全飞行
• 摄像头加LED补光视频实时回传：沟内情况平板看清
• 超声波避障：狭窄沟内自主避开电缆和支架
• 代替人工开盖降低劳动强度：数百米电缆沟不用逐块开盖蹲下

落地应用效果

微型巡视无人机已在电缆沟巡检中使用。数百米电缆沟的巡检从以前人工逐块开盖的数小时缩短至无人机飞行约1小时——操作人员站在地面上用平板看着视频完成巡检。无人机拍摄的视频清晰显示了电缆外皮的一个微小鼠咬伤口——这个伤口如果人工目视巡检在沟内暗光条件下几乎不可能发现。无人机飞入了以前因设备基础遮挡人工无法开盖的电缆沟段——填补了巡检盲区。

产出物：微型巡视无人机一台（含防护笼、高清摄像头、LED补光灯、超声波避障模块、平板电脑）、电池及充电器、使用说明书。

适用场景：变电站电缆沟内部巡视检查。

安全提示：无人机飞行时操作者须持证操作；电缆沟内可能存在有害气体进入前须进行气体检测；无人机飞行高度和速度须控制避免碰撞电缆。