多旋翼無人機輸電線路飄掛物清障技術概述

龐忠玉

【摘 要】近年來，隨著我國經濟的快速發展，無人機技術應用的領域和范圍越來越廣。電力的持續可靠供應關系與千家萬戶息息相關，然而日益惡劣的電力設施外部運行環境正威脅著電網安全運行，外力破壞逐漸成為電網企業面臨的嚴峻課題。據統計，外力破壞引發的電網事故呈逐年增長趨勢，不但給電網企業造成了重大經濟損失，還嚴重影響著人民群眾的生產生活。

【關鍵詞】多旋翼無人機；發熱絲裝置；清障裝置；自動脫鉤

引言

可燃性飄掛物威脅著輸電線路的安全運行，如果不及時處理，將影響輸電線路的正常供電。得益于無人機技術的發展，現階段利用多旋翼無人機進行輸電線路飄掛物清除作業的任務設備主要有三種，分別是噴火裝置、激光裝置、發熱絲裝置，本文將對這三種任務設備進行介紹。

1概述

輸電線路飄掛物是目前造成輸電線路跳閘的重要原因之一，高發區域一般為菜地、工廠、城市等，飄掛物為易被風吹起的塑料或化纖材質，如塑料薄膜、廣告條幅、尼龍布、氣球、風箏等。特別是在春秋多風季節，輸電線路周圍高懸的廣告布、條幅、氣球等易在失控后鉤掛到導線上，種植農作物的塑料大棚和荒郊的垃圾場在大風氣候條件下也易有飄浮物被吹到線路上，這些情況極易造成線路跳閘，嚴重影響線路安全運行。傳統清除飄掛物方式帶電作業難度大、風險高，無法帶電作業時則需線路停電，從而降低了線路供電可靠性；通過多旋翼無人機二次開發裝置帶電清除輸電線路飄掛物，能速戰速決，大大降低人身風險，提高工作效率。架空輸電線路作為電能輸送的介質，導線大部分為裸導線類型，容易受周邊環境影響導致故障情況發生，尤其是漂浮物纏繞輸電線路的故障最為典型；在大風和臺風等天氣條件下，一些沒有固定好的漂浮異物可能會纏繞在輸電線路上，在氣流作用下，漂浮異物擺動過程中可能會連接不同相的導線或者是地面，導致相間短路等故障情況發生，導致大規模停電的惡性事故，這嚴重影響了電力設備安全穩定運行。漂浮異物纏繞輸電線路的故障經常發生，傳統的機械清障刀、電動走線清障機器人、絕緣操作桿帶電作業等處理方式各有優點，但都有面臨著相同的問題：需要爬塔作業，人員數量要求較多，故障清除時間較長。而多旋翼無人機技術的應用為清除輸電線路漂浮異物提供了新途徑。

2傳統清除飄掛物方式

2.1停電處理

對于同塔多回輸電線路現場導線上的飄掛物，在處理時安全距離不夠的情況下，一般采用停電后人員登塔的處理方法。停電手續按照作業規程較為繁瑣，通過人力登塔作業也增加了人身風險，停電還會影響到社會和用戶正常用電，造成一定的電量和經濟損失，嚴重影響供電可靠性指標。

2.2帶電處理———絕緣桿處理法

在單回路桿塔中各相間距離較充足，導線距離塔身或地面較近且滿足帶電作業安全距離要求時，通常使用絕緣操作桿進行處理。處理的距離以操作桿的長度為限，一般為10m范圍內，絕緣操作桿重量輕、體積小、攜帶方便，但受桿身長度限制，不適用于處理距離較遠的異物。

2.3帶電處理———滑車帶鉤子處理法

該方法是用特殊改裝的滑車加裝類似魚鉤狀鉤子，塔上人員用絕緣工具把滑車掛在架空地線上，地面工作人員手持絕緣繩拉動滑車至飄掛物位置，當成功把飄掛物鉤住時，工作人員來回拉動絕緣繩將飄掛物取下。此方法需攜帶的工具繁多且有地形限制，人員帶電作業存在安全隱患。

3多旋翼無人機輸電線路飄掛物清障技術

3.1噴火清障無人機

噴火裝置是為清除輸電線路飄掛物而專門開發的一款電力巡線任務載具，通過集成無線電控制的直流微型電子隔膜油泵，可噴射出斷點續流線型噴油柱體；利用特斯拉線圈原理在噴油出口處生成電弧，借助電弧點燃噴油柱體形成火炎束；噴火裝置前端裝有小型攝像頭，能在FPV操控模式下高效安全地進行帶電清除飄掛物作業。該噴火裝置重達3.2kg，為了搭載該裝置，飛行平臺采用載重量為5.5kg的六軸多旋翼無人機。為了保證足夠的安全距離，噴火裝置的射程可達5米，噴油組件可對每次的噴油量進行精確控制，使燃油的噴出量可根據飄掛物大小或者作業需要進行調節；該噴火裝置操作靈活，重量輕，維護簡單，可適應輸電線路附件的使用環境，極大地提高了輸電線路飄掛異物的清除效率、清除效果和作業安全性。

3.2激光清障無人機

目前功率較大的單體激光二極管為藍光二極管，額定功率3.5W；從激光二極管射出的是發散光，需要通過光學玻璃聚焦透鏡把發散光聚集在焦點上進行作業；聚焦后焦點溫度非常高，利用這一特性可對輸電線路上的可燃性異物（塑料膜、遮陽網、廣告布條等）進行燒蝕清除。把激光模組、控制器、電源等設備搭載在多旋翼無人機上，無人機上的云臺攝像頭可將飛機的第一視角畫面傳輸到地面監視器上，操作人員結合監視器畫面以及目視的方式監控無人機位置，通過遙控器控制無人機飛往輸電線路異物處，調整無人機位置使激光模組的焦點對準輸電線路異物表面，遙控接通激光模組電源，激光匯聚的溫度將異物燒斷清除。高空中的風向、風力時刻在變化，影響著無人機、飄掛物導線的相對位置，激光清障作業最大的技術難題在于保持激光焦點在飄掛物上，既要燒毀飄掛物又不能損傷導線。為降低氣流影響，可搭載毫米波雷達、高精度的云臺和超低延時圖傳鏈路，確保精準測距，準星穩定，地面控制人員的操作精準，在3級風下可穩定精準。相比噴火清障無人機，激光清障無人機對使用環境要求更低，火災風險較小，更加安全可靠。

3.3發熱絲清障無人機

多旋翼無人機電熱絲裝置由兩部分組成，分別是掛接端和電熱絲裝置端，其中電熱絲支架由高強度碳纖維構成，可耐受電熱絲產生的高溫，電熱絲為鎳鉻合金，通電后可產生300℃高溫，并且韌性好。清障作業時，先控制無人機飛行至指定位置，多旋翼無人機上的云臺相機將把圖像實時傳輸到地面站，作業人員結合地面站畫面以及目視的方式使發熱絲瞄準目標，通過捕抓機構將異物捕抓并收入捕抓口中，通過遙控器接通電源產生電流，電流流過電熱絲，電熱絲發熱將異物熔融，在重力作用下飄掛物將熔斷掉落且不易起火，達到高效清除飄掛物的目的。發熱絲清障無人機適合在寬闊區域作業，作業地點需做好防火措施；因線路帶電，無人機靠近線路時，飛控系統會受線路產生的磁場干擾轉為姿態模式（無GPS輔助，無人機出現飄移狀態），對飛手的操控要求較高。在作業過程中發熱絲經由飄掛物與帶電導線進行物理接觸，無人機與帶電導線形成等電位狀態，無人機會攜帶一定電荷，無人機降落后，需要通過接地裝置接地釋放機身電荷后才可對無人機進行回收。多旋翼無人機搭載電熱絲裝置進行輸電線路帶電清除飄掛物的作業方式，具有無需人工帶電登塔作業，人身風險低，工作效率等優點。

結語

處理高壓架空輸電線路上的飄掛異物一直是長期困擾電力系統運行維護人員的技術難題。實際作業中不受導線和異物位置、故障點周圍地形環境的影響，可通過地面控制系統遠距離操控清障無人機進行異物清除處理。清障無人機的應用，避免了復雜的線路停電申請，輸電線路無需停電，人員不需要上塔作業，作業時間不受停電時間限制，大大提高了供電可靠性和人員作業的安全水平，保證了電網供電可靠性。

參考文獻：

[1]魏麗娜，寧會峰，陸旺，等.多旋翼飛行器的關鍵技術及應用前景[J].自動化技術與應用，2016，35（9）：1-4.

[2]董偉.基于安全風險分析的輸電線路狀態檢修方法研究[D].北京：華北電力大學，2015.

（作者單位：廣西電網有限責任公司欽州供電局）