無人機在鐵路電力工程架線施工中的應用

周磊

摘 要：鐵路電力工程的傳統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。本文著重探討無人機在鐵路電力工程架線施工中的應用優勢、應用方法，并提出具體的應用措施，以供同行參考。

關鍵詞：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機械設備進行施工。在導線構建過程中涉及許多高空作業任務，例如，連接絕緣子、緊線和滑車閉鎖等，并且這些任務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，若仍然借助傳統的人工架線方法，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，而且會對周圍環境產生不利影響。為了防止出現封路或其他弊端，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地傳送到另一端成為一大關鍵性問題。經過幾十年的發展，無人機技術已經日趨成熟。其因結構簡單、成本低廉、易于處理、操作便捷，被社會大眾廣泛地應用于電力工程架線施工中[1]。特別是在鐵路電力架線建設過程中，使用無人機鋪設牽引繩簡單、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用優勢

無人機是由無線電遙控設備或其他控制器控制的飛行設備。它不需要飛行員在機艙內駕駛，飛行過程由電子設備控制自動進行。飛機上不用安裝與飛行員有關的設備，這樣就能有效地節省和利用空間裝載應用設備以完成賦予它的各種任務[2]。無人機系統通常包含6個部分：機身、動力系統，機載設備，飛控系統，數據傳輸裝置，圖傳設備，控制指揮（見圖1）[3]。在供電線路建設過程中，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、城區等區域，均會給電力工程線路架設工作增添諸多困難，不僅會影響工程進度，破壞生態環境，而且還可能引發安全事故。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用優勢。

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。現階段，隨著科技的快速進步，無人機在鐵路布線中的應用能有效節約人力資源，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 有利于減小環境因素的影響，提高架線施工速率

在利用傳統人力方式架設導線時，若在架設過程中遭遇湖泊、高山、河流、城區，經常會對導線架設過程帶來一定的阻力。而在鐵路電力工程架線項目中應用無人機，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的生態環境

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環境。

2 無人機在鐵路電力工程架空線路作業中的應用方式

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，選擇的牽引繩應容易攜帶、輕巧、強度高且易于使用[5]。結合這些特性，需要選擇一種特殊材質的牽引繩，并且能根據無人機的優缺點進行操作，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生。

2.3 展放作業

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，以提高無人機和牽引繩之間的靈活性，保持飛行穩定性。

④無人機附著牽引繩從每個直線桿的頂部持續飛行，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下落。

⑤當無人機釋放牽引繩之后，它會轉向并飛到起飛區，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的滑輪中，驅動由牽引機放置的牽引繩，并使用現有的牽引繩，將第二級牽引繩帶到每根電桿橫擔區域，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展放。

2.4 施工安全要求

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

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

③在拖曳作業過程中，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，應及時傳達牽引場立即暫停作業，在將障礙物清走之后再進行拖拽作業。

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子，以避免打結。

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進行測量，以確定其是否可以運行，一般嘗試順風飛行。

⑥現場安排專人指揮，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。若作業區域風力比規定的抗風級別大，應馬上停止操作，避免出現飛行事故。

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，應保持在同地面之間的安全距離內。

⑨在操作過程中，操作員應該保護好牽引繩，以避免線盤散落，并防止出現摩擦、打結等問題。

3 無人機在電力領域的未來發展

通常情況下，對于牽引繩展放工作，傘電機的使用更為頻繁，但從經濟性、安全性等方面來考慮，無人機更具優勢。另外，隨著現代技術的飛速發展和進步，無人機的技術水平也有了長足的進步，并逐漸向智能化、先進化的趨勢發展，已開始推廣應用于電力領域。無人機在架空線路施工中的應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、大數據、無線網絡等科學技術的有效應用，無人機技術將得到深入發展，其在架空線路建設中的應用前景也將不斷深化，為鐵路電力工程的發展提供強大的技術支持。

4 結語

利用傳統人力方式架設導線時局限性較大，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的生態環境。此外，無人機技術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中非常值得推廣。

參考文獻：

[1]秦博，王蕾.無人機發展綜述[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用[J].電子技術軟件工程，2016（21）：95.

[3]周輝，楊穎銳，楊生蘭.無人機在電力系統中的應用及發方向分析[J].科技創新與應用，2016（4）：185.

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

[5]關永健.輸電線路架設的技術分析[J].機電工程技術，2017（5）：136-138.