四旋翼無人機在高壓輸電帶電作業(yè)中的應用

楊富磊

摘 要：介紹了無人機在高壓輸電線路中的應用，通過操作四旋翼無人機完成高壓電場的帶電作業(yè)操作。實踐證明，可有效地避免帶電作業(yè)人員進入強電場作業(yè)，提高帶電作業(yè)的安全系數(shù)，具有較高的實用價值和推廣意義。

關鍵詞：無人機；輸電線路；帶電作業(yè)；拆除異物

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：

0引言

由于輸電線路長期在自然環(huán)境中運行，難免受到外部環(huán)境條件的影響，在春秋等多風季節(jié)，多有防塵網(wǎng)、塑料布、風箏線等懸掛在輸電線路導、地線上，的情況發(fā)生[1]。若不及時清除，極易造成相間短路或帶電設備對周圍物體放電，導致線路非計劃停運，甚至引發(fā)安全事故[2]。傳統(tǒng)的處理異物方法主要是靠人員進入輸電線路導、地線的強電場內(nèi)進行帶電人工清理，作業(yè)人員勞動強度大，安全風險大，因此需要研制一種使作業(yè)人員不進入高壓強電場的輕巧、簡便的并能快速處理線路異物的清理工具，以確保輸電線路的供電可靠性[3]。

1清除異物方法

1.1帶電拋繩清除異物

線路對地距離在18M以下，導線水平排列，上下排列的桿形，一般情況下可以使用拋擲絕緣繩索的方法處理異物，具體做法是在繩索上安裝鉤物器，上下移動繩索鉤住異物，進而拆除異物[4]。但是，如果導線是上下排列形式，會導致繩索與異物懸掛點不在一個平面，拆除難度會大大增加。

1.2等電位清楚異物

線路對地距離在18M以下，導線三角型排列，由于導線相間距離較近，都無法使用拋擲絕緣繩拆除的方法，只能使用等電位作業(yè)法進行拆除。

線路對地距離在18M以上，導線水平排列，由于導線對地距離太高無法使用拋擲絕緣繩拆除的方法，只能使用等電位作業(yè)法進行拆除。

1.3停電清除異物

線路對地距離在18M以上，導線上下排列，由于導線對地距離太高又是上下排列，只能在保證線間距離大于帶電作業(yè)規(guī)定值時才使用等電位作業(yè)法進行拆除。如果安全距離不足，只能申請停電處理。

1.4帶電清除異物環(huán)境要求

帶電作業(yè)主要考慮風、雨、雪、霧、雷、溫度和濕度等。 當風力超過一定級別，作業(yè)人員、工具設備等受風力影響較大；絕緣工具在雨、雪、霧天氣下，絕緣性能降低，容易造成工具閃絡；雷電可引起電網(wǎng)系統(tǒng)過電壓，過電壓將使帶電設備和絕緣工具有可能發(fā)生閃絡或擊穿而受到破壞，威脅人身和設備安全；當氣溫低于O℃，高于+38℃時，作業(yè)人員操作比較困難；當空氣相對濕度大于80%時，對絕緣工具影響較大，特別是絕緣繩索的絕緣強度明顯下降，放電電壓降低，泄漏電流增加，導致發(fā)熱冒煙，產(chǎn)生明火，燒斷繩索[5]。所以在這些情況下，一般不準進行帶電作業(yè)。

2 無人機選取

由于科技不斷發(fā)展，帶電清理異物方法也在不斷改進，多種新型工器具被采用來輔助拋擲繩索，降低工作人員進入電場的幾率，保證人身安全。飛行器就是其中一種，飛機的模型見表1所示。其中，直升機操控起來動作較為靈活，可以做的花樣更多一些，但操作難度高。直升機的縱向穩(wěn)定性獲得原理比較復雜，總得來說其克服擾動恢復原有狀態(tài)的能力較弱，適用于桿塔觀察。 固定翼飛機主要通過其水平尾翼來獲得縱向穩(wěn)定性，從而確保其在飛行時能主動修復擾動帶來的影響。由于水平尾翼距離飛機重心位置的距離長，所以穩(wěn)定性好，適用于線路巡視[6]。四翼飛行器體積小，靈活，具有將近500克的載重能力，理論上適合帶電作業(yè)，可以帶絕緣繩飛行.

3 使用四翼飛行器帶電清除異物

3.1四旋翼無人機帶絕緣繩索穿越帶電導、地線

現(xiàn)場選擇了一條無壓線路，進行了實驗，將四翼飛行器系上絕緣繩索，放置在懸掛異物的導線兩側(cè)，慢慢控制飛行器起飛將繩索帶過導線慢慢落下，實驗過程中飛行器飛行平穩(wěn)，飛行器能貼近導線飛行可有效控制線間距離。在無壓線路進行測試結(jié)果顯示，利用多旋翼無人機進行透繩作業(yè)方法是可行的。

為了驗證在帶電線路上是否受到電磁干擾，分別在110kV和220kV線路進行測試，為保證安全根據(jù)人身與帶電體的距離為標準，110kV保持1.3m，220kV保持2.1米的安全距離。實測中發(fā)現(xiàn)，當旋翼機在接近此距離時會發(fā)出指南針異常的警告，考慮到旋翼機需要在兩相導線之間進行穿越，所以在進行操作時，不得在接近導線處懸停，這樣就避免出現(xiàn)指南針異常現(xiàn)象的發(fā)生。

在帶絕緣繩透繩和在無壓線路上所做的測試一樣，順利完成了在110kV和220kV導線和架空地線上的透繩，并順利完成了模擬處理導線異物的工作。

3.2影響因素

四旋翼無人機在帶電線路上工作，需要考慮到飛機本身是工程塑料相對絕緣，但是電機、電調(diào)、飛控和GPS都是電子元件并通過電線連接，在電場中會產(chǎn)生電位差，從而產(chǎn)生電流影響電子元件的正常工作，所以對帶電體一定要保持足夠的安全距離，經(jīng)過現(xiàn)場不斷地測試，制定了旋翼機在懸停時對帶電體的安全距離如下：35kV線路安全距離：2米；110kV線路：3米；220kV線路：4米。

穿越兩相導線和導線與架空地線飛行時，旋翼機必須從兩相過導線與架空地線的中間迅速穿越，這樣才能有效的保證安全距離和飛機電子元件受到電磁干擾的可能性。

4結(jié)論

經(jīng)過對四旋翼無人機在無壓線路上和帶電線路上進行的測試，利用四旋翼無人機在高壓帶電線路上進行作業(yè)時可行的。實際操作中，將絕緣繩索固定在四旋翼無人機上進行透繩作業(yè)，這種方式可以應用到帶電處理導線異物、帶電掛絕緣軟梯進行等電位作業(yè)，這樣就可以節(jié)省人員登塔進行透繩工作，也大大縮短了工作時間和強度，提高了工作效率。

參考文獻

[1] Zheng T， Wu G， Yan Y ，et al.Inspection and communication system of robot for high-voltage transmission lines[J].Engineering Journal of Wuhan Daxne Xuebao，2012，45（2）；235-240.

[2] 吳斌 電力巡線用無人機監(jiān)控系統(tǒng)[P].中國專利：CN202435518U，2012-09-12.

[3] 汪駿，沈建，陳方東，段文運；直升機水沖洗帶電超高壓輸電線路絕緣子[J]；電力建設；2007（08）：24-25.

[4] 羅昳昀，米立，王原.無人機在輸電線路巡檢中的應用[J].通信電源技術2018，35（12）：98-99+101.

[5] 譚金石，柳林，祖為國.直升機電力巡檢中的電力線測距方法[J].測繪科學，2012，37（03）：63-65.

[6] 陶承志，黃禹銘，李宇程，鄒毅立.無人機電力巡檢技術[J].中國科技信息，2016（18）：24-25.