無人機在鐵路電力工程架線施工中的應(yīng)用

周磊

摘 要：鐵路電力工程的傳統(tǒng)架線施工方法不僅消耗大量的人力資源，而且需要大量的投資。而將展放引繩工作利用無人機來部署，不僅可以減少人力，而且可以大大提高展放引繩工作的安全性，并有力保證架線施工的安全性。這種方法適用于鐵路電力工程的導線架設(shè)。本文著重探討無人機在鐵路電力工程架線施工中的應(yīng)用優(yōu)勢、應(yīng)用方法，并提出具體的應(yīng)用措施，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：無人機;鐵路電力工程;架線施工

中圖分類號：U223文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）05-0118-03

Abstract： The traditional stringing construction method of railway power engineering not only consumes a lot of human resources， but also requires a lot of investment. The deployment of unmanned aerial vehicle can not only reduce the manpower， but also greatly improve the safety of the deployment work， and effectively ensure the safety of the stringing construction. This method is suitable for the lead wire erection of railway power engineering. This paper focused on the application advantages and methods of UAV in railway power engineering stringing construction， and put forward specific application measures for reference.

Keywords： UAV;railway power engineering;stringing construction

架線工程是電力工程中特別重要的部分。傳統(tǒng)的架線施工操作有的采取人工拖曳的方式，有的使用絞磨機和其他傳統(tǒng)機械設(shè)備進行施工。在導線構(gòu)建過程中涉及許多高空作業(yè)任務(wù)，例如，連接絕緣子、緊線和滑車閉鎖等，并且這些任務(wù)存在一定的安全隱患，在施工路段需穿越河流、高速公路或者人口集中區(qū)，若仍然借助傳統(tǒng)的人工架線方法，勢必會面臨道路和河航封閉等問題，這不僅會影響電力項目工程的進度，而且會對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。為了防止出現(xiàn)封路或其他弊端，就需要采用跨越架線的方式。在架空線路施工過程中，如何將導線從跨接框架的一端平穩(wěn)地傳送到另一端成為一大關(guān)鍵性問題。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，無人機技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。其因結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、易于處理、操作便捷，被社會大眾廣泛地應(yīng)用于電力工程架線施工中[1]。特別是在鐵路電力架線建設(shè)過程中，使用無人機鋪設(shè)牽引繩簡單、方便、安全，可以大大提高鐵路工程的安裝速率和工藝標準。

1 無人機在鐵路電力工程架線施工中的應(yīng)用優(yōu)勢

無人機是由無線電遙控設(shè)備或其他控制器控制的飛行設(shè)備。它不需要飛行員在機艙內(nèi)駕駛，飛行過程由電子設(shè)備控制自動進行。飛機上不用安裝與飛行員有關(guān)的設(shè)備，這樣就能有效地節(jié)省和利用空間裝載應(yīng)用設(shè)備以完成賦予它的各種任務(wù)[2]。無人機系統(tǒng)通常包含6個部分：機身、動力系統(tǒng)，機載設(shè)備，飛控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸裝置，圖傳設(shè)備，控制指揮（見圖1）[3]。在供電線路建設(shè)過程中，供電線路過長的走廊，復雜的地勢及供電線路通過山川、森林、河流、城區(qū)等區(qū)域，均會給電力工程線路架設(shè)工作增添諸多困難，不僅會影響工程進度，破壞生態(tài)環(huán)境，而且還可能引發(fā)安全事故。為了有效避免各項難題，可采用無人機部署牽引繩來進行鐵路電力工程架線。此類方式有一定的應(yīng)用優(yōu)勢。

1.1 有利于減少人員、物資投入，提高架線施工速率

在以往的鐵路電力工程架線建設(shè)項目中，人力是架線實施的主要力量。但是，由于布線工作量大，工作任務(wù)繁重，因此，布線速率低下。為了提升布線效率，必須增加大量人力資源，提升了成本。現(xiàn)階段，隨著科技的快速進步，無人機在鐵路布線中的應(yīng)用能有效節(jié)約人力資源，減少工程項目實施的投資，更重要的是，無人機的運用可以提高鐵路電力架線工程的安裝速率[4]。

1.2 有利于減小環(huán)境因素的影響，提高架線施工速率

在利用傳統(tǒng)人力方式架設(shè)導線時，若在架設(shè)過程中遭遇湖泊、高山、河流、城區(qū)，經(jīng)常會對導線架設(shè)過程帶來一定的阻力。而在鐵路電力工程架線項目中應(yīng)用無人機，能夠較好地減小地形因素給工程實施所帶來的阻力，從而提升架線工作效率。

1.3 有利于保護周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境

用無人機來放置牽引繩可以有效防止高壓線路穿過森林時因樹木遮擋導致需要對樹木進行砍伐的行為，從而更好地保護周圍的生態(tài)環(huán)境。

2 無人機在鐵路電力工程架空線路作業(yè)中的應(yīng)用方式

2.1 合理選用牽引繩的材料

由于無人機體積較小、重量輕，所以額定載荷和牽引功率受到限制。這就對牽引繩提出了特殊要求，選擇的牽引繩應(yīng)容易攜帶、輕巧、強度高且易于使用[5]。結(jié)合這些特性，需要選擇一種特殊材質(zhì)的牽引繩，并且能根據(jù)無人機的優(yōu)缺點進行操作，從而順利展放牽引繩，具體操作為：無人機帶動直徑為3.5 mm的特殊迪尼瑪繩（初級牽引繩）輸送至放線段中各個位置的電桿的橫擔，然后，使用拉力機緩慢拉出直徑為12 mm的迪尼瑪牽引繩（第二級牽引繩）。松開主牽引繩后，再用第二級牽引繩牽拉直徑為15 mm的抗扭鋼絲繩（第三級牽引繩），實現(xiàn)牽引繩的展放工作。

2.2 施工準備

在牽引繩展放之前，工作人員應(yīng)該選擇地勢開闊、地面兩端延伸性好、無人機視野良好的地面作為無人機起飛的起點。此時，首先將無人機擺放在平地上，然后展開機翼并調(diào)試裝置。必須在無人機下方懸掛一個約1 m長的配重，并將牽引繩部分安裝在無人機下方的鎖中，以防止牽引繩在空中飄浮不定，卷入機翼而造成意外發(fā)生。

2.3 展放作業(yè)

①準備工作完成后，就可以操作無人機。無人機起飛前，操作員要雙手握住無人機。這樣可以防止在平地上起飛時無人機平穩(wěn)性不足，從而有效降低無人機的功效，并提高其航程范圍。

②遙控操作員可以通過遙控機器屏幕上實時顯示的情況了解并掌握無人機駕駛的地形，以及時調(diào)整無人機沿目標方向移動，并使其將牽引繩引導至目標電桿。

③無人機起飛時，必須確保牽引繩的線盤處于靈活狀態(tài)，以提高無人機和牽引繩之間的靈活性，保持飛行穩(wěn)定性。

④無人機附著牽引繩從每個直線桿的頂部持續(xù)飛行，牽引繩落在各個電桿的頂部，無人機接著朝前方飛行直到終端桿位置。在到達終端桿之后，可以利用遙控器在最佳的區(qū)域使無人機松開下部的牽引繩，并在配重的助力下使牽引繩實現(xiàn)下落。

⑤當無人機釋放牽引繩之后，它會轉(zhuǎn)向并飛到起飛區(qū)，然后降落以完成牽引繩的放置。

⑥展開所有牽引繩后，電力工程施工人員將每根桿頂部的牽引繩放入預設(shè)的滑輪中，驅(qū)動由牽引機放置的牽引繩，并使用現(xiàn)有的牽引繩，將第二級牽引繩帶到每根電桿橫擔區(qū)域，最后，三級牽引繩穿過每個電桿，鋼芯鋁絞線通過三級牽引繩實現(xiàn)展放。

2.4 施工安全要求

①在實現(xiàn)牽引繩的展放以后，需要把初級牽引繩置于電桿上的預懸掛滑輪中，以避免鋪設(shè)的牽引繩被外部環(huán)境所損壞。

②各個電桿均需要通過測試的滑輪，以確保其可以穩(wěn)定運行和自由旋轉(zhuǎn)。一旦存在問題，應(yīng)在第一時間進行檢修或者換取新的部件。

③在拖曳作業(yè)過程中，桿塔上的工作人員需要把控好牽引繩的操作，為了防止跳槽，特別是當牽引繩被障礙物絆住時，應(yīng)及時傳達牽引場立即暫停作業(yè)，在將障礙物清走之后再進行拖拽作業(yè)。

④牽引繩與主牽引繩和第二級牽引繩之間的連接采用抗彎接頭和轉(zhuǎn)子，以避免打結(jié)。

⑤在無人機飛行之前，通過風向標風速儀對風速和風向及其他參數(shù)進行測量，以確定其是否可以運行，一般嘗試順風飛行。

⑥現(xiàn)場安排專人指揮，始終遵守指揮人員的命令，并堅持觀察風向、風速、湍流等情況。通常來說，無人機的抗風能力有限，需在5級風速下才能正常作業(yè)。若作業(yè)區(qū)域風力比規(guī)定的抗風級別大，應(yīng)馬上停止操作，避免出現(xiàn)飛行事故。

⑦放置牽引繩時，無人機要與既有架空線路保持一定的安全距離，以免牽引繩被風刮到既有架空線路上，從而造成意外事件。

⑧所有關(guān)鍵的過境點需要專人看管，特別要注意直徑為3.5 mm的初級牽引繩，不要丟下橫架框架;在高速公路交叉口位置，應(yīng)保持在同地面之間的安全距離內(nèi)。

⑨在操作過程中，操作員應(yīng)該保護好牽引繩，以避免線盤散落，并防止出現(xiàn)摩擦、打結(jié)等問題。

3 無人機在電力領(lǐng)域的未來發(fā)展

通常情況下，對于牽引繩展放工作，傘電機的使用更為頻繁，但從經(jīng)濟性、安全性等方面來考慮，無人機更具優(yōu)勢。另外，隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展和進步，無人機的技術(shù)水平也有了長足的進步，并逐漸向智能化、先進化的趨勢發(fā)展，已開始推廣應(yīng)用于電力領(lǐng)域。無人機在架空線路施工中的應(yīng)用可以顯著提高牽引繩的展放速率和工藝標準，并促進架空線路的高效施工。同時，它可以提高后期電力線路的運營效率，降低各種運營成本。隨著自動化、大數(shù)據(jù)、無線網(wǎng)絡(luò)等科學技術(shù)的有效應(yīng)用，無人機技術(shù)將得到深入發(fā)展，其在架空線路建設(shè)中的應(yīng)用前景也將不斷深化，為鐵路電力工程的發(fā)展提供強大的技術(shù)支持。

4 結(jié)語

利用傳統(tǒng)人力方式架設(shè)導線時局限性較大，而使用無人飛行器為鐵路電力工程部署牽引繩，不僅有利于節(jié)省人力、物力，減少地形阻力，提高架線工作效率，而且有利于保護周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。此外，無人機技術(shù)還能增強展放引繩的安全性，在鐵路電力工程的輸電線路建設(shè)中非常值得推廣。

參考文獻：

[1]秦博，王蕾.無人機發(fā)展綜述[J].飛航導彈，2002（8）：4-10.

[2]顧月曉，趙澤淵.無人機在輸電線路中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)軟件工程，2016（21）：95.

[3]周輝，楊穎銳，楊生蘭.無人機在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)方向分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（4）：185.

[4]羅勛.飛行器展放導引繩在輸電線路施工中的應(yīng)用研究[D].南昌：南昌大學，2016：12.

[5]關(guān)永健.輸電線路架設(shè)的技術(shù)分析[J].機電工程技術(shù)，2017（5）：136-138.