發布日期：2022-04-20 點擊率：81
引言
輸電線路很多位于巍峨高山之上,而沿海地區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多有倒塔斷線的情況發生。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,但是現有的常規應急照明燈使用起來卻存在諸多不便。
常規傳統的應急照明燈體型龐大、沉重,不利于在險峻的山路上運輸;而且常規傳統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,稍有不慎容易引發安全事故。除此以外,市場上現有的照明無人機續航時間短,且光照強度衰弱快,對于夜間搶修施工的實際效果并不大。電力行業目前迫切需要一種新型照明系統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總體設計
基于多旋翼無人機的系留照明系統包括空中照明系統和地面供電系統?？罩姓彰飨到y由模塊快插掛架、照射跟蹤自動調節系統、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系統上,裝置搭載在多旋翼無人機上[1];地面供電系統為地面端電源（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）,持續為多旋翼無人機及系留照明系統供電。
基于多旋翼無人機的系留照明系統模型整體結構如圖1所示。
圖#基于多旋翼無人機的系留照明系統整體結構圖
1基于多旋翼無人機的系留照明系統的空中照明系統
基于多旋翼無人機的系留照明系統空中照明系統由模塊快插掛架、照射跟蹤自動調節系統和大功率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的模塊快插掛架的剛度。
照射跟蹤自動調節系統依靠智能跟隨、距離識別技術,可跟隨目標自動調節光照亮度和角度,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,可及時將現場影像傳回地面指揮中心,解決特殊環境下的光照（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1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的地面供電系統
基于多旋翼無人機的系留照明系統的地面供電系統由發電設備、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。發電設備為家用220V電源或柴油發電機,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。
變壓電源將發電設備的交流電壓轉變為400V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,在此環節中加有輸入過壓、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、電流信號來調節逆變電路開關管工作狀態,輸出穩定的直流電壓:接收保護電路、電壓調節信號和恒流設定信號,實現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信號提供給面板表頭和狀態指示燈進行顯示。
系留復合光纖電纜的導線材質為鋁合金材料,重量輕,而且供電穩定性高[2]。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"穩壓"指示燈亮起,則系統正常啟動:
（7）查看無人機狀態,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?？諝忾_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,顛覆了傳統的應急照明方式,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航時間,解決常規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。
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