基于可控電磁鐵的新型輸電線路無人機掛架研究

摘 要：針對“無人機+電動升降裝置”作業方式存在的掛設與摘取絕緣繩困難等問題，提出一種基于可控電磁鐵的新型輸電線路無人機掛架。將無人機掛架與電磁鐵相結合，在操作無人機掛設與摘取絕緣繩時，遠程操控電磁鐵的磁性，提高作業的速度與精準度。在某±800 kV直流輸電線路上，針對“無人機+電動升降裝置”的作業方式，對掛設與摘取絕緣繩的過程進行重復實驗。結果表明，基于可控電磁鐵的新型輸電線路無人機掛架提高了掛設與摘取絕緣繩的速度與精準度，有效提高了作業效率。

關鍵詞：電磁鐵；輸電線路；無人機；掛架

中圖分類號：TM755" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）04-0074-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.04.018

0" " 引言

近年來，我國經濟快速發展導致電力需求持續上升，輸電線路作為電力系統中不可或缺的一環承擔電能傳輸的任務，因而愈發顯得重要，于是輸電線路的停電檢修與帶電作業也越來越關鍵。然而，傳統的作業方式過度依賴人工，不僅效率低下，還存在較大的安全隱患[1-2]，亟須改進與升級。近年來，無人機技術快速發展，無人機以其高效、靈活、安全的特點，逐漸在輸電線路停電檢修和帶電作業中得到廣泛應用，為輸電線路作業提供了新的解決方案[3-6]。尤其是“無人機+小飛人（電動升降裝置）”的作業方式[7]，實現了繩索掛設、作業人員自由起降的機械自動化，避免了人員攀登桿塔、攀爬軟梯登高的煩瑣的作業程序，降低了作業風險，提高了作業效率[8]。

文獻[8]在超、特高壓輸電線路帶電作業中引入“無人機+小飛人”的作業方式，并多次在750 kV輸電線路成功實踐。它實現了超、特高壓輸電線路帶電作業的自動化，顯著減少了人力需求，同時確保了快速、安全、高效地完成帶電搶修。而且其不受塔型和地形限制，有效解決了緊縮型鐵塔及大跨越地段進入強電場的難題。文獻[9]采用“無人機+小飛人”的作業方式進行500 kV緊湊型桿塔的帶電作業，有效解決了傳統“軟梯”等電位作業法無法適用于緊湊型線路的問題，大幅減輕了作業人員的體力負擔，并切實提升了作業效率。

“無人機+電動升降裝置”的作業方式，即無人機飛手操作無人機先掛設攜帶絕緣防墜繩的掛架在導線上，再掛設攜帶絕緣升降繩的掛架，之后作業人員可以乘坐電動升降裝置進行作業，待作業完成后，再次操作無人機將各個掛架摘取下來。目前，在掛架的掛設與摘取過程中，由于導線距離地面較遠，存在著掛架掛設與摘取困難、對無人機飛手操作要求高、對現場實時天氣條件要求高等缺點。

為克服以上缺點，本文提出了一種基于可控電磁鐵的新型輸電線路無人機掛架，將電磁鐵和現有的無人機掛架相結合，通過控制電磁鐵磁性的有無，提高掛設與摘取絕緣繩的速度與精準度，有效提高了“無人機+電動升降裝置”的作業效率。

1" " 方法

1.1" " 無人機掛架

無人機掛架是連接無人機與絕緣繩（包括絕緣升降繩、絕緣防墜繩等）的重要部件，負責承載并固定這些繩索，其結構圖如圖1所示。

圖2為操作無人機掛設絕緣繩。無人機通過裝載的掛環與掛架的傘形掛鉤連接，攜帶掛架與絕緣繩上升，無人機給傘形掛鉤一個向上的力，在重力作用下，掛架閉鎖裝置解開。掛住導線后，掛架受力至上側弧形溝槽位置，掛架掛牢導線，掛架閉鎖裝置自動鎖止，無人機攜帶掛環飛離。由于導線通常距離地面較高，掛環與掛架的傘形掛鉤連接及分離較為困難。

1.2" " 遠程控制的電磁鐵

電磁鐵是利用電流的磁效應制成的裝置，已廣泛應用于工業自動化、智能家居和科學研究等領域。當繞在鐵芯外側的線圈中有電流通過時，會在線圈周圍產生磁場，從而使鐵芯磁化，產生磁性。在回路中加入紅外繼電器，可以實現電流通斷的遠程控制，繼而實現對電磁鐵磁性的控制。帶遠程控制的電磁鐵結構如圖3所示。

1.3" " 基于可控電磁鐵的新型輸電線路無人機掛架

通過電磁鐵和現有的無人機掛架相結合，本文提出一種基于可控電磁鐵的新型輸電線路無人機掛架。

在無人機的傘形掛鉤內側裝設“移動電源—紅外繼電器—電磁鐵”回路，通過遙控器控制紅外繼電器可以遠程控制回路的通斷，繼而控制電磁鐵的磁性。“掛架+電磁鐵回路”結構圖如圖4所示。

在掛架的掛環上放置鐵塊。當無人機掛環與掛架臨近時，遠程控制電磁鐵通電，產生磁性，吸附掛環上的鐵塊，提高無人機掛環與掛架連接的成功率。分離無人機掛環與掛架時，則控制電磁鐵斷電，使兩者相互分離。

2" " 驗證

2.1" " 實驗設備

基于可控電磁鐵的新型輸電線路無人機掛架設計如圖5所示，其中電磁鐵固定在掛架的傘形掛鉤內側，鐵塊固定在掛環上。

絕緣繩捆綁在無人機掛架的絕緣繩掛鉤上，“無人機+電動升降裝置”作業中掛設與摘取絕緣繩的過程如下。

1）掛設絕緣繩：無人機通過裝載的掛環與掛架的傘形掛鉤連接，絕緣繩與掛架的絕緣繩掛鉤連接。此時控制電磁鐵帶有磁性，吸附鐵塊。無人機飛手操控無人機攜帶絕緣繩上升，觀察無人機掛架和導線的位置，緩慢操控直至掛架掛牢導線，掛架閉鎖裝置自動鎖止。然后遠程遙控除去電磁鐵的磁性，再操控無人機使其掛環與掛架脫離。

2）摘取絕緣繩：無人機飛手操控無人機使裝載的掛環與導線上的掛架靠近，此時遠程遙控使電磁鐵產生磁性，吸附鐵塊，無人機掛環和掛架相互吸引后掛牢。無人機上升，將掛架從導線上帶離。再控制無人機攜帶掛架飛至地面，將絕緣繩從掛架的絕緣繩掛鉤上取下。

無人機采用大疆M350 RTK，是一款集高度穩定飛行、厘米級精確定位、全方位智能避障及強大負載能力于一體的先進無人機，適用于測繪、電氣、建筑等多個領域，如圖6所示。

2.2" " 實驗驗證與結果分析

在某±800 kV直流輸電線路上，針對“無人機+電動升降裝置”的作業方式，無人機飛手操作無人機掛設絕緣繩，待作業完成后再操作無人機摘取絕緣繩[10]。對掛設絕緣繩與摘取絕緣繩的過程進行10輪重復實驗，每輪實驗反復進行掛設或摘取，直至成功為止。將其與常規不帶電磁鐵的掛架做對比實驗，結果如表1所示。

由表1可知，本文設計的新型輸電線路無人機掛架顯著提高了掛設與摘取絕緣繩的速度和精準度，縮短了作業時間，有效提高了作業效率。

3" " 結束語

輸電線路的停電檢修和帶電作業對于維護電網“主動脈”安全穩定運行十分重要，其中“無人機+電動升降裝置”的作業方式得到了廣泛應用，本文設計的基于可控電磁鐵的新型輸電線路無人機掛架顯著提高了掛設與摘取絕緣繩的速度和精準度，縮短了作業時間，有效提高了作業效率。

[參考文獻]

[1] 徐浩，王成，吳煒.三點式線路停電檢修作業平臺的研制[J].電工電氣，2020（8）：60-63.

[2] 廣西電網公司電力科學研究院.輸電線路帶電作業和停電檢修安全防護措施研究[Z]，2011-01-01.

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[4] 李敏，李捷，崔浩，等.輸電線路中的無人機自主巡檢技術應用[J].集成電路應用，2023，40（5）：144-145.

[5] 劉貴新，張貴濤，李旺.無人機圖像識別技術在架空輸電線路檢修中的應用[J].智能物聯技術，2024，56（4）：115-118.

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[7] 吳二波，呂瀟，王軍，等.無人機在輸電線路帶電作業中的研究與應用[J].農村電氣化，2022（2）：22-24.

[8] 成保，謝煒，呂強，等.超、特高壓輸電線路帶電作業實現機械自動化——基于“無人機+小飛人”帶電作業新工法的研究[C]//探索科學2016年6月學術研討會議論文集，2016：62-63.

[9] 李冉，楊浩晨，倪天一.“無人機+小飛人”在500 kV緊湊型桿塔帶電作業中的應用[J].農村電氣化，2024（9）：7-9.

[10] 特高壓直流線路帶電作業技術導則：DL/T 1242—2022[S].

收稿日期：2024-11-06

作者簡介：郭江震（1993—），男，河南焦作人，碩士研究生，講師，從事輸電線路智能運檢、帶電作業培訓工作。