多旋翼無人機(jī)輸電線路飄掛物清障技術(shù)概述

龐忠玉

【摘 要】近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍越來越廣。電力的持續(xù)可靠供應(yīng)關(guān)系與千家萬戶息息相關(guān)，然而日益惡劣的電力設(shè)施外部運行環(huán)境正威脅著電網(wǎng)安全運行，外力破壞逐漸成為電網(wǎng)企業(yè)面臨的嚴(yán)峻課題。據(jù)統(tǒng)計，外力破壞引發(fā)的電網(wǎng)事故呈逐年增長趨勢，不但給電網(wǎng)企業(yè)造成了重大經(jīng)濟(jì)損失，還嚴(yán)重影響著人民群眾的生產(chǎn)生活。

【關(guān)鍵詞】多旋翼無人機(jī)；發(fā)熱絲裝置；清障裝置；自動脫鉤

引言

可燃性飄掛物威脅著輸電線路的安全運行，如果不及時處理，將影響輸電線路的正常供電。得益于無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段利用多旋翼無人機(jī)進(jìn)行輸電線路飄掛物清除作業(yè)的任務(wù)設(shè)備主要有三種，分別是噴火裝置、激光裝置、發(fā)熱絲裝置，本文將對這三種任務(wù)設(shè)備進(jìn)行介紹。

1概述

輸電線路飄掛物是目前造成輸電線路跳閘的重要原因之一，高發(fā)區(qū)域一般為菜地、工廠、城市等，飄掛物為易被風(fēng)吹起的塑料或化纖材質(zhì)，如塑料薄膜、廣告條幅、尼龍布、氣球、風(fēng)箏等。特別是在春秋多風(fēng)季節(jié)，輸電線路周圍高懸的廣告布、條幅、氣球等易在失控后鉤掛到導(dǎo)線上，種植農(nóng)作物的塑料大棚和荒郊的垃圾場在大風(fēng)氣候條件下也易有飄浮物被吹到線路上，這些情況極易造成線路跳閘，嚴(yán)重影響線路安全運行。傳統(tǒng)清除飄掛物方式帶電作業(yè)難度大、風(fēng)險高，無法帶電作業(yè)時則需線路停電，從而降低了線路供電可靠性；通過多旋翼無人機(jī)二次開發(fā)裝置帶電清除輸電線路飄掛物，能速戰(zhàn)速決，大大降低人身風(fēng)險，提高工作效率。架空輸電線路作為電能輸送的介質(zhì)，導(dǎo)線大部分為裸導(dǎo)線類型，容易受周邊環(huán)境影響導(dǎo)致故障情況發(fā)生，尤其是漂浮物纏繞輸電線路的故障最為典型；在大風(fēng)和臺風(fēng)等天氣條件下，一些沒有固定好的漂浮異物可能會纏繞在輸電線路上，在氣流作用下，漂浮異物擺動過程中可能會連接不同相的導(dǎo)線或者是地面，導(dǎo)致相間短路等故障情況發(fā)生，導(dǎo)致大規(guī)模停電的惡性事故，這嚴(yán)重影響了電力設(shè)備安全穩(wěn)定運行。漂浮異物纏繞輸電線路的故障經(jīng)常發(fā)生，傳統(tǒng)的機(jī)械清障刀、電動走線清障機(jī)器人、絕緣操作桿帶電作業(yè)等處理方式各有優(yōu)點，但都有面臨著相同的問題：需要爬塔作業(yè)，人員數(shù)量要求較多，故障清除時間較長。而多旋翼無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用為清除輸電線路漂浮異物提供了新途徑。

2傳統(tǒng)清除飄掛物方式

2.1停電處理

對于同塔多回輸電線路現(xiàn)場導(dǎo)線上的飄掛物，在處理時安全距離不夠的情況下，一般采用停電后人員登塔的處理方法。停電手續(xù)按照作業(yè)規(guī)程較為繁瑣，通過人力登塔作業(yè)也增加了人身風(fēng)險，停電還會影響到社會和用戶正常用電，造成一定的電量和經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響供電可靠性指標(biāo)。

2.2帶電處理———絕緣桿處理法

在單回路桿塔中各相間距離較充足，導(dǎo)線距離塔身或地面較近且滿足帶電作業(yè)安全距離要求時，通常使用絕緣操作桿進(jìn)行處理。處理的距離以操作桿的長度為限，一般為10m范圍內(nèi)，絕緣操作桿重量輕、體積小、攜帶方便，但受桿身長度限制，不適用于處理距離較遠(yuǎn)的異物。

2.3帶電處理———滑車帶鉤子處理法

該方法是用特殊改裝的滑車加裝類似魚鉤狀鉤子，塔上人員用絕緣工具把滑車掛在架空地線上，地面工作人員手持絕緣繩拉動滑車至飄掛物位置，當(dāng)成功把飄掛物鉤住時，工作人員來回拉動絕緣繩將飄掛物取下。此方法需攜帶的工具繁多且有地形限制，人員帶電作業(yè)存在安全隱患。

3多旋翼無人機(jī)輸電線路飄掛物清障技術(shù)

3.1噴火清障無人機(jī)

噴火裝置是為清除輸電線路飄掛物而專門開發(fā)的一款電力巡線任務(wù)載具，通過集成無線電控制的直流微型電子隔膜油泵，可噴射出斷點續(xù)流線型噴油柱體；利用特斯拉線圈原理在噴油出口處生成電弧，借助電弧點燃噴油柱體形成火炎束；噴火裝置前端裝有小型攝像頭，能在FPV操控模式下高效安全地進(jìn)行帶電清除飄掛物作業(yè)。該噴火裝置重達(dá)3.2kg，為了搭載該裝置，飛行平臺采用載重量為5.5kg的六軸多旋翼無人機(jī)。為了保證足夠的安全距離，噴火裝置的射程可達(dá)5米，噴油組件可對每次的噴油量進(jìn)行精確控制，使燃油的噴出量可根據(jù)飄掛物大小或者作業(yè)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；該噴火裝置操作靈活，重量輕，維護(hù)簡單，可適應(yīng)輸電線路附件的使用環(huán)境，極大地提高了輸電線路飄掛異物的清除效率、清除效果和作業(yè)安全性。

3.2激光清障無人機(jī)

目前功率較大的單體激光二極管為藍(lán)光二極管，額定功率3.5W；從激光二極管射出的是發(fā)散光，需要通過光學(xué)玻璃聚焦透鏡把發(fā)散光聚集在焦點上進(jìn)行作業(yè)；聚焦后焦點溫度非常高，利用這一特性可對輸電線路上的可燃性異物（塑料膜、遮陽網(wǎng)、廣告布條等）進(jìn)行燒蝕清除。把激光模組、控制器、電源等設(shè)備搭載在多旋翼無人機(jī)上，無人機(jī)上的云臺攝像頭可將飛機(jī)的第一視角畫面?zhèn)鬏數(shù)降孛姹O(jiān)視器上，操作人員結(jié)合監(jiān)視器畫面以及目視的方式監(jiān)控?zé)o人機(jī)位置，通過遙控器控制無人機(jī)飛往輸電線路異物處，調(diào)整無人機(jī)位置使激光模組的焦點對準(zhǔn)輸電線路異物表面，遙控接通激光模組電源，激光匯聚的溫度將異物燒斷清除。高空中的風(fēng)向、風(fēng)力時刻在變化，影響著無人機(jī)、飄掛物導(dǎo)線的相對位置，激光清障作業(yè)最大的技術(shù)難題在于保持激光焦點在飄掛物上，既要燒毀飄掛物又不能損傷導(dǎo)線。為降低氣流影響，可搭載毫米波雷達(dá)、高精度的云臺和超低延時圖傳鏈路，確保精準(zhǔn)測距，準(zhǔn)星穩(wěn)定，地面控制人員的操作精準(zhǔn)，在3級風(fēng)下可穩(wěn)定精準(zhǔn)。相比噴火清障無人機(jī)，激光清障無人機(jī)對使用環(huán)境要求更低，火災(zāi)風(fēng)險較小，更加安全可靠。

3.3發(fā)熱絲清障無人機(jī)

多旋翼無人機(jī)電熱絲裝置由兩部分組成，分別是掛接端和電熱絲裝置端，其中電熱絲支架由高強(qiáng)度碳纖維構(gòu)成，可耐受電熱絲產(chǎn)生的高溫，電熱絲為鎳鉻合金，通電后可產(chǎn)生300℃高溫，并且韌性好。清障作業(yè)時，先控制無人機(jī)飛行至指定位置，多旋翼無人機(jī)上的云臺相機(jī)將把圖像實時傳輸?shù)降孛嬲荆鳂I(yè)人員結(jié)合地面站畫面以及目視的方式使發(fā)熱絲瞄準(zhǔn)目標(biāo)，通過捕抓機(jī)構(gòu)將異物捕抓并收入捕抓口中，通過遙控器接通電源產(chǎn)生電流，電流流過電熱絲，電熱絲發(fā)熱將異物熔融，在重力作用下飄掛物將熔斷掉落且不易起火，達(dá)到高效清除飄掛物的目的。發(fā)熱絲清障無人機(jī)適合在寬闊區(qū)域作業(yè)，作業(yè)地點需做好防火措施；因線路帶電，無人機(jī)靠近線路時，飛控系統(tǒng)會受線路產(chǎn)生的磁場干擾轉(zhuǎn)為姿態(tài)模式（無GPS輔助，無人機(jī)出現(xiàn)飄移狀態(tài)），對飛手的操控要求較高。在作業(yè)過程中發(fā)熱絲經(jīng)由飄掛物與帶電導(dǎo)線進(jìn)行物理接觸，無人機(jī)與帶電導(dǎo)線形成等電位狀態(tài)，無人機(jī)會攜帶一定電荷，無人機(jī)降落后，需要通過接地裝置接地釋放機(jī)身電荷后才可對無人機(jī)進(jìn)行回收。多旋翼無人機(jī)搭載電熱絲裝置進(jìn)行輸電線路帶電清除飄掛物的作業(yè)方式，具有無需人工帶電登塔作業(yè)，人身風(fēng)險低，工作效率等優(yōu)點。

結(jié)語

處理高壓架空輸電線路上的飄掛異物一直是長期困擾電力系統(tǒng)運行維護(hù)人員的技術(shù)難題。實際作業(yè)中不受導(dǎo)線和異物位置、故障點周圍地形環(huán)境的影響，可通過地面控制系統(tǒng)遠(yuǎn)距離操控清障無人機(jī)進(jìn)行異物清除處理。清障無人機(jī)的應(yīng)用，避免了復(fù)雜的線路停電申請，輸電線路無需停電，人員不需要上塔作業(yè)，作業(yè)時間不受停電時間限制，大大提高了供電可靠性和人員作業(yè)的安全水平，保證了電網(wǎng)供電可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏麗娜，寧會峰，陸旺，等.多旋翼飛行器的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用前景[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2016，35（9）：1-4.

[2]董偉.基于安全風(fēng)險分析的輸電線路狀態(tài)檢修方法研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2015.

（作者單位：廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司欽州供電局）