無人機在輸電線路帶電作業中的研究與應用

吳二波，呂 瀟，王 軍，楊 霄，趙志剛，吉鵬飛，杜 鑫

(國網河北省電力有限公司檢修分公司,河北 石家莊 050000)

近年來，隨著生產生活用電量的需求逐步增大，高壓輸電線路作為國家電網中的骨干網架結構，其運行方式極為復雜，平時很難進行停電檢修工作，因此對于高壓輸電線路必須采用帶電檢修方式消除缺陷。現有技術中，對高壓線路進行帶電檢修作業時，作業人員穿著屏蔽服攜帶繩索登塔，通過跨二短三法、吊籃法、軟梯法等方法進出電場進行線路檢修，該方法對人員體力及安全措施要求較高，安全風險較大。另外現有技術中的，對高壓線路進行帶電檢修作業時，受作業地域地形影響較大，不利于檢修人員順利開展工作，且極大地增加了作業人員檢修時的作業風險，為解決這些難題，我們已將無人機應用于輸電線路帶電作業[1]，并進行了一些研究和探索。

1 作業方法及工器具的選擇

考慮到我們主要須解決的問題是如何選擇一種方法，在帶電的情況下使人員能快速準確的到達作業點，并有一個穩定的操作平臺進行作業，因此我們經過實踐應用，最終選擇了使用無人機攜帶研制的自動掛鉤將傳遞繩掛在作業點，使用傳遞繩完成電動檢修平臺的傳遞，從而進入電場完成作業。

無人機：操作穩定，定位準確，高荷載八旋翼無人機（如圖1所示）。

圖1 八旋翼無人機

拋繩器：用于掛載高強度絕緣繩，到達作業位置，通過遙控使高強度絕緣繩脫離（如圖2所示）。

圖2 無人機拋繩器

自動掛勾：無人機提升高強度絕緣繩，將活動掛鉤閉鎖裝置勾住導線，活動掛鉤受力至溝槽位置，掛鉤掛牢導線，自動掛鉤閉鎖裝置自動鎖止（如圖所示）。

圖3 自動掛鉤

高強度絕緣繩：設置2條繩子，一粗一細，細繩與拋繩器、掛鉤連接，粗繩分別與掛鉤和電動升降裝置相連；

電動升降裝置：與高強度絕緣繩相連，并且可通過電力驅動升降，承載檢修人員沿連接于自動掛鉤上的高強度絕緣繩上下移動（如圖4所示）。

圖4 電動升降裝置

后備保護絕緣繩：作為高空作業人員的后備保護，一端與自動掛鉤相連，另一端固定于地面。

2 作業方法及工器具的選擇

2.1 無人機精準定位拋繩

將無人機下端連接拋繩器，拋繩器下端連接細高強度絕緣繩和自動掛鉤，自動掛鉤分別將粗高強度絕緣繩和后備保護絕緣繩連接。通過遙控器操控無人機帶動高強度絕緣繩和后備保護絕緣繩上升，通過機載攝像頭觀察無人機和掛鉤位置，待掛鉤到達高壓導線上需要檢修的位置，進而確定自動掛鉤位置；控制無人機越過高壓導線，停穩后進行拋繩。

2.2 掛鉤準確進入作業位置

無人機將自動掛鉤提升至指定位置，進行拋繩，拋繩后自動掛鉤的活動掛鉤接觸導線，在重力的作用下，自動掛鉤緩慢下滑，待導線進入自動掛鉤至鎖住，即完成搭線作業，自動掛鉤掛設在高壓導線上。

2.3 電動升降裝置準備就緒

完成搭線后，自動掛鉤將粗高強度絕緣繩和后備保護繩上端固定在導線上，地面配合人員將粗高強度絕緣繩和后備保護繩固定于地面上，防止繩子擺動。將粗高強度絕緣繩連接到電動升降裝置中的卡盤上，并操控電動升降裝置，在地面進行試驗，電動升降裝置提升稍高于地面時，關閉升降機構。

2.4 乘坐電梯進行檢修作業

檢修人員乘坐電動升降裝置（相當于電梯），并且系好安全帶，操控電動升降裝置上升至合適的檢修位置，進行檢修作業；檢修完成后，操控電動升降裝置下降至地面。

2.5 無人機拆卸升降裝置

首先將電動升降裝置從粗高強度絕緣繩上拆下，然后將固定于地面上的絕緣繩拆下；將無人機下連接輔助掛鉤，并控制無人機飛至自動掛鉤上方，通過無線高清拍攝組件觀察，將輔助掛鉤與自動掛鉤上的鎖止圓環相鉤住；控制無人機上升，當自動掛鉤脫離高壓導線后，控制無人機攜帶搭掛件飛至地面，將粗高強度絕緣繩和后備保護絕緣繩從自動掛鉤上取下。

3 本方法的突出點

通過設置能夠掛于高壓導線的自動掛鉤，可有效降低作業人員勞動強度，便于輸電線路檢修。自動掛鉤連接有粗高強度絕緣繩，能夠方便檢修人員乘坐升降組件上升至檢修位置，而且自動掛鉤還連接有后備保護絕緣繩，2根絕緣繩可固定于地面，便于檢修人員的檢修工作，同時也提高了檢修人員的安全性。

設有無人機，在檢修作業時，將高強度絕緣繩和后備保護絕緣繩通過自動掛鉤掛設在導線上；檢修完成后，也便于將自動掛鉤在高壓導線上取下。

本方法提供的高壓線路檢修組合裝置，其結構簡單，便于攜帶，易于操作，適用于不同環境的高壓線路檢修作業，特別是山區、丘陵、河海湖泊等人員到達困難的線路檢修，選取人員、車輛能夠到達或缺陷位置，通過升降組件與高強度絕緣繩的配合，直達作業位置，極大減輕作業人員勞動強度，提高了高壓線路檢修作業的提升效率，也提高了高壓線路檢修作業的安全性。

4 安全效益

4.1 提升作業安全性

解決了部分塔形組合間隙[2]不足的問題。將進出電場時鐵塔與導線間的組合間隙轉變成了地面與導線間的組合間隙，避免了因部分塔形帶電作業組合間隙較小、安全風險增大的情況出現。

全程提供可靠的后備保護。等電位人員升降全過程均處于雙繩保護后備保護狀態，作業的安全性得到了充分保障。

4.2 提高作業效率

4.2.1 縮短進出電場所用時間

采用高壓輸電線路無人機結合電動升降裝置進出等電位作業方法，可以讓等電位人員直接從地面到達導線作業點，節省了傳統方法中攀登鐵塔、沿導線到達作業位置所用的時間，在試驗中總體節省了2～4 h，有效提高了工作效率。

4.2.2 減少作業人員數量

以生產中實際應用最多的吊籃法進出電場為例，傳統方法需要配置至少1名工作負責人、1名專責監護人、3名地面配合人員、2名地電位配合人員、一名等電位人員，共計8人；新方法僅需1名工作負責人、1名地面配合人員、1名無人機駕駛員、1名等電位人員，共計4人，無人機駕駛員可以視情況兼任安全監護人，效果顯著。

待作業人員從電動升降裝置上轉移到地面，使用無人機吊起自動掛鉤，將繩索吊運至地面，作業全部完成。無需高空配合人員拆卸工具、傳遞工具，有效降低作業人員勞動強度。

5 結束語

高壓輸電線路是國家電網中的骨干網架結構，其輸電網絡的運行方式極為復雜，進行帶電檢修作業時對人員體力及安全措施要求較高。采用無人機自動掛拆裝置，便于檢修人員的檢修工作，提高了檢修人員的安全性，提高了工作效率，節約了經濟成本。