淺析無人機跨江放線問題

摘 要：近幾年，無人機技術應用越來越廣泛，在輸電領域的使用增長的尤其明顯，其中施工放線和日常巡線使用最多。在施工放線中，無人機會受到地形的影響，不同環境、不同地形中放線得到的效果差異很大。文章以放線實例為基礎，著重說明了無人機在跨江放線中出現的部分問題和解決方案，并提出了一些個人的思考以及看法。

關鍵詞：無人機；跨江放線；解決方案

1 背景簡介

無人機是無人駕駛飛機的簡稱（Unmanned Aerial Vehicle），是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置的不載人飛機，包括無人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機。廣義地看也包括臨近空間飛行器（20-100公里空域），如平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機等。從某種角度來看，無人機可以在無人駕駛的條件下完成復雜空中飛行任務和各種負載任務，可以被看作是“空中機器人”。

目前，在電力行業中，無人機應用已經十分普遍，如施工放線、復雜地域巡線等等，無人機的普遍使用極大的提高了工作效率，同時也降低了工作成本。2009年1月，國家電網公司正式立項研制無人直升機巡檢系統。2013年3月，國家電網公司出臺《國家電網公司輸電線路直升機、無人機和人工協同巡檢模式試點工作方案》。方案指出，建立直升機、無人機和人工巡檢相互協同的新型巡檢模式是堅持智能電網發展的迫切需要，目前公司系統直升機巡檢作業正在逐步向規范化、制度化方向發展，為此公司選定山東、冀北、山西、湖北、四川、重慶、浙江、福建、遼寧、青海十個檢修公司作為試點單位，利用2-3年時間開展新型巡檢模式試點工作。[8]到2015年，國網公司系統將全面推廣直升機、無人機和人工巡檢相互協同的輸電線路新型巡檢模式。

無人機的應用在輸電線路上逐漸開始廣闊起來了，而且不僅僅局限于巡線，還在輸電線路架設中起了大作用。特別是一些長距離、大檔距放線，比如跨江放線等方面。

2 無人機放線的優點

（1）適用范圍廣，適用于各種電壓等級的放線。[2]

（2）作用地形范圍廣，無論是山區、丘陵、平原、高原、河流等等都能夠跨越，不受限制。[2]

（3）氣候影響較傳統飛艇放線來說較小，無人機放線對于天氣情況等要求比飛艇放線要低，所以，可作業的時間多，提高了工作效率。而且，飛艇放線操作比較麻煩。[2]

（4）無人機體積小，質量輕，運輸方便，使用靈活。[2]

3 跨江放線應用及其遇到的問題

作者所在單位于2014年配置了一臺六旋翼無人機，用于輸電線路放線。傳統的放線技術要耗費較大的人力物力，且花費的時間較長，而后有了飛艇放線，但是由于飛艇放線受到自然環境，特別是風的影響比較大，因此，在有了無人機以后及時引進了無人機。

無人機參數如下：

飛機尺寸：90*90*68（cm）

軸距：83cm

重量：8kg

最大載重：12kg

最大飛行速度：4m/s

續航時間：有效載荷：500g（搭載6S3P電池組時），續航時間約為30鐘。

有效載荷：5000g（搭載6S2P電池組時），續航時間為12分鐘。

爬升速率：2m/s

巡航速度：3m/s

工作溫度：-10℃-60℃

機翼類型：旋翼

起飛降落方式：垂直

相對于在其他各種地形放線，在跨江放線施工較為困難。現以國網瀘州供電公司220kV瀘納線27#-28#跨江放線為實例，對于跨江放線的施工方案進行分析研究。

國網瀘州供電公司220kV瀘納一二線27#-28#兩基跨越長江航道，其檔距為1244m，兩基塔落差約110m，因為需要對該段線路展放一根ADSS光纖，所以需要跨江放線，現場示意圖如圖1所示。

圖1中A、E兩點是塔基位置，A點在山頂上，且AB段樹木較多。兩基塔的檔距為1244m，高差約110m，BC段是江面，B點是放線地點，CD段是堤壩，走勢較為平緩。

這樣的地形條件對于無人機各方面要求都比較高，如果直接從A點放到E點，因為AB段樹木較多，AE段距離又比較長，當飛機飛出一定距離的時候，韓國絲會因為自重形成弧垂，一旦韓國絲掛在樹枝上導致飛機在空中出現長時間停頓，無人機的續航能力有可能無法滿足這種距離的飛行。

如果直接從E點放到A點，因為落差較大，飛機需要先向上提升到一定的高度之后才能繼續向前飛行，那么這個飛行距離更加大了。

針對這樣的情況，經過研究，制定了如下的施工方案：將該檔放線分成三段進行，分別為AB、BC、CE三段，先將AB、CE兩段在江岸上的一級牽引繩放好，然后開始在B點使用無人機放線至C點，最后將三段韓國絲接好就可以展放二級牽引繩了。這種方案極大的提高了飛機的安全性，保證了飛機能夠在攜帶載荷的情況下能夠到達目的地，且因為CE段比較開闊，能夠人工直展放，所以只需在B點就能一次性展放完成。

在施工過程中，AB、CE段線順利的展放完成，但是在跨江放線的時候遇到了幾個問題，問題如下：

（1）由于檔距較大，且落差較大，當無人機飛行距離達到一定距離以后，即使以藍天作為背景，操作手也不容易看見飛機，對于飛機位置的控制只能全靠感覺，不能夠精確的定位，可能造成飛機撞到導線的結果。

（2）檔距較大，在上述施工中，韓國絲斷裂了兩次，估計原因是因為刮傷的原因，這就造成了重復施工，反而浪費了更多時間。

（3）在放線過程中，當無人機將一級牽引繩（韓國絲）帶上空中之后，由于牽引繩的自重，導致其有部分線掉到水中，有于受到水流的力量影響，后面部分的牽引繩都會掉到水中，水流對于牽引繩產生的沖力越來越大，會超過無人機能夠承受的拉力，當拉力超過無人機自身的升力，則會導致無人機墜機。（如圖2所示）

（4）當飛機上升高度超過導線的時候，在拋線的時候有可能因為風力的原因使牽引線掛在金具上（最后一次施工出現的問題）。

以上情況直接導致本次施工失敗了四次，兩次因為韓國絲斷裂，另外兩次因為飛機承受載荷過大，無法繼續飛行。

4 問題解決方案

在施工中出現這些問題之后，技術人員共同討論問題的解決方案，最后決定，在無人機起飛的時候先把飛機提升至合適的高度后，再向前飛行，這樣就能夠保證，韓國絲能夠盡量少的落入水中，這就減少了水流在韓國絲上的作用力，保證飛機能夠飛到目的地。通過這個方案，解決了上述提出的第三個問題，最終將ADSS展放成功。施工結束以后，大家都在思考有沒有更科學的解決方案。

閉門造車是解決不了問題的，現場技術員們借鑒了應急救援中心的操作手在金沙江放線的經驗，并根據六旋翼無人機的特點，更正了我們前面的施工方案，新的施工方案如下。（如圖3所示）

（1）在B點安排一個工作人員接線，需要配備一個對講機；（2）操作手在A塔處準備放線；（3）在飛機起飛之前將韓國絲帶上一定的拉力，使得韓國絲不會因為自重下降過低；（4）在導線下方，以一定角度由順風側向逆風側飛行前進，保證在拋線的時候，能夠減小風力的影響；（5）當操作手將飛機飛遠后，B點的工作人員需要通過對講機告知操作手飛機的位置，以及后續的飛行方向（可以利用飛機懸停在適當位置，讓B點人員能拿到線，但是考慮到安全問題，否定了該方案）。

5 結束語

在無人機跨江放線中，如果一級牽引繩一旦落入水中，即使成功放線，也需要三個人的力量才能將牽引繩從水中撈起來，如果能夠保證牽引繩不落入水中，就可以輕松的完成放線工作。新方案主要是將無人機起飛位置提高了，同時控制牽引繩不落入水中，只有這樣才能實現跨江放線。對于復雜地形的放線，需要進過更加仔細的實地考察，了解各種地形的影響，這樣才能制定出能一次性成功的方案。

同時，了解現有條件的限制，改變一些條件。目前，存在的一些問題如下：（1）六旋翼無人機的動力在目前看來還是不足夠，提升飛機動力，使飛機能夠承受更大的重量，這個可以考慮將六旋翼換成八旋翼機。（2）韓國絲在樹木較多的地方容易被掛斷，只是目前還沒有能找到另一種線可以代替其作為一級牽引繩。（3）當飛機飛到較遠距離的時候，對操作手的視線很高的要求，因此可以結合巡線技術，將飛機上裝上攝像頭，能夠保證操作手可以精確的到達指定的地點。而且在沒有進行放線的時候，還可以將飛機作為巡線機使用。如果要實現上述結果，就需要更大動力的飛機才能夠承受。

以上提出的問題是可以在短時間內解決的問題，相信如果實現了上述的問題，無人機跨江放線就可以和在開闊地帶放線一樣輕松了。

參考文獻

[1]周志文，周昌昌，路明悅.淺析固定翼無人機在輸電線路巡視中應用[J].管理實踐，2012（11）：431-435.

[2]唐 .無人直升機在輸電線路施工中放線作業的研究[J].電力訊息，2015.

[3]楊海.無人直升機展放初導繩施工工藝探討[J].機電信息，2014.

[4]楊建東.小型無人直升機在特高壓線路架線中的應用探索[J].中國新技術新產品，2011，19（120）：141-142.

[5]蘇凱.無人機在輸電線路架設中的應用[J].四川建筑，2015，35（5）：176-177.

[6]高壓架空輸電線路施工[M].中國電力出版社.

[7]架空輸電線路施工工藝通用技術手冊[M].中國電力出版社.

[8]國家電網公司輸電線路直升機、無人機和人工協同巡檢模式試點工作方案[Z].國家電網公司.

作者簡介：楊智偉（1990-），男，四川瀘州人，工作單位：國網瀘州供電公司檢修分公司，助理工程師，從事輸電線路安全管理工作4年，研究方向：輸電運行、檢修管理。