嚴(yán)偉佳，徐 欣，席曉強，王東林，華 鑫，寇 淼

(1.國網(wǎng)江蘇省電力公司蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000；2.昆山市工研院智能制造技術(shù)有限公司，江蘇 昆山 215300)

無人機高壓輸電線路異物清除裝置

嚴(yán)偉佳1，徐 欣1，席曉強1，王東林1，華 鑫1，寇 淼2

(1.國網(wǎng)江蘇省電力公司蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000；2.昆山市工研院智能制造技術(shù)有限公司，江蘇 昆山 215300)

針對高壓輸電線路上各種可燃異物的清理問題，研制了一種無人機高壓輸電線路異物清除裝置，即利用六旋翼無人機攜帶噴火裝置，采用燃燒的方法清除異物。使用該裝置的工作人員無需靠近輸電線路，通過遠程遙控即可在帶電情況下快速清除塑料薄膜、風(fēng)箏線等異物，既可保障工作人員的生命安全，又為企業(yè)節(jié)省大量的人力物力。

輸電線路；異物清除；無人機；噴火裝置

0 引言

電網(wǎng)系統(tǒng)主要利用高壓和超高壓架空線路進行遠距離電力輸配，輸電線路的安全是整個電網(wǎng)系統(tǒng)平穩(wěn)運行的重要保障。輸電線路容易被塑料薄膜、風(fēng)箏、廣告條幅等異物懸掛、纏繞，在雨雪等天氣中，這些異物如果被水打濕將導(dǎo)電，使線路相間距離或?qū)Ь€對地距離減小，從而引起相間短路或單相接地等問題，嚴(yán)重時會造成大面積停電，帶來巨大經(jīng)濟損失。因此，為保證輸電線路的運行安全，必須及時清理其上的塑料薄膜等異物。

1 傳統(tǒng)輸電線路異物清除方式

傳統(tǒng)的輸電線路異物清除主要依靠人工作業(yè)，具體有以下2種作業(yè)方式。

(1)?停電后由電工上線摘除。這種作業(yè)方式降低了電網(wǎng)運行的可靠性，給用戶的生產(chǎn)、生活帶來不便，同時還會造成一定的經(jīng)濟損失。

(2)?在帶電情況下利用絕緣斗臂車、絕緣操作桿、絕緣繩索，或是吊籃和軟梯等工具進行人工摘除。這種帶電作業(yè)方式危險性高、勞動強度大、耗時較長，而且受環(huán)境限制較大。

2 新型輸電線路異物清除裝置的研制

為保障帶電作業(yè)時工作人員的安全，提高工作效率，引入了新的方法和技術(shù)到輸電線路異物清理作業(yè)中，目前已研制了幾種異物清除裝置。

(1)?清除裝置具備行走機構(gòu)，利用履帶和導(dǎo)線間的摩擦力在帶電的導(dǎo)線上行走，并以液態(tài)瓦斯為燃料，采用噴火燃燒的方式清除可燃異物。該清除裝置僅需1—2人操作，而且工作人員不必上線，降低了作業(yè)風(fēng)險。其主要缺陷是需要登塔放置和回收機器，在不同線徑上行走時需要更換不同的輪子，以及需要注意防范火災(zāi)等。

(2)?將激光技術(shù)引入到輸電線路的異物清理中，利用CO2激光器或光纖激光器，在地面控制高能激光束，照射異物的重力支撐部位或纏繞導(dǎo)線的部位；被照射部位吸收激光能量后產(chǎn)生高溫，并發(fā)生熔化或汽化現(xiàn)象，從而導(dǎo)致異物脫落，達到異物清除的目的。

(3)?利用無人機搭載噴火及異物清除裝置。本文主要介紹此種異物清除裝置。

3 無人機異物清除裝置研制

3.1 工作原理

我國的高壓輸電線路通常采用鋼芯鋁絞線，鋼的熔點為1?300—1?500?℃，鋁的熔點為660?℃；而塑料薄膜、風(fēng)箏等異物的材質(zhì)通常為聚氯乙烯、聚乙烯、尼龍、滌綸等，這些材料的熔點及燃點一般在500?℃以下。這就為采用噴火燃燒的方法對異物進行清理提供了前提條件。

噴火裝置將汽油作為燃料，汽油燃燒較充分時外焰溫度可達1?000?℃以上。為了最大限度地降低火焰對線纜的傷害，裝置通過圖傳系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)控制噴火位置以及噴火時間。

3.2 系統(tǒng)組成

無人機輸電線路異物清除裝置系統(tǒng)組成如圖1所示，主要由無人機、定位系統(tǒng)、噴火系統(tǒng)、圖像采集和傳輸系統(tǒng)等部分組成。

圖1 無人機異物清除裝置系統(tǒng)組成

(1)?無人機。選用六旋翼無人機。該無人機為多旋翼飛行器，運動靈活，可通過控制螺旋槳的轉(zhuǎn)速進行上下、前后、左右、偏航等運動，可進行垂直起降和定點懸停，對起降場地條件要求不高，具有較強的適應(yīng)能力。此外，六旋翼無人機還具有操控、檢修和維護簡單，訓(xùn)練和維護費用低等優(yōu)點。與四旋翼無人機相比，六旋翼無人機多出了2個冗余旋翼，提高了運動的穩(wěn)定性，在受到外力干擾或部分旋翼受損時，仍能保持水平飛行并安全返航。

(2)?定位系統(tǒng)。無人機使用GNSS(global?navigation?satellite?system，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))和IMU(inertial?measurement?unit，慣性測量單元)進行導(dǎo)航定位。為進一步提高定位系統(tǒng)精度，加裝了RTK系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用一種基于載波相位差分的實時動態(tài)定位技術(shù)，可以使無人機獲得厘米級的定位精度。該系統(tǒng)采用雙天線測向技術(shù)，具備較強的抗電磁干擾能力，能保障無人機飛行的可靠性。

(3)?噴火系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由油罐和噴槍組成，油罐用于盛放汽油。與氣態(tài)燃料相比，使用汽油這一液態(tài)燃料，可以增加噴出火焰的長度，使無人機能夠與輸電線路保持足夠的距離，減少帶電線路對飛行裝置的電磁干擾，且液態(tài)燃料形成的火焰更為集中，可以有效減少異物清理時間。

噴槍是噴火系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，主要由碳纖維管(外殼)、汽油泵、手動總閥、電磁閥、噴嘴、防風(fēng)罩、點火裝置、控制器及電源等組成。噴槍結(jié)構(gòu)如圖2所示。地面工作人員利用無線電遙控器與噴槍控制器進行通信，控制點火裝置進行高壓放電點燃燃料，同時還可以通過汽油泵和電磁閥來控制噴油量和噴火時間。

圖2 噴槍結(jié)構(gòu)

(4)?圖像采集和傳輸系統(tǒng)。選用三軸云臺相機來完成圖像采集工作，該相機具有良好的防抖功能，拍攝畫面穩(wěn)定流暢。

圖像采集和傳輸系統(tǒng)使用無線鏈路動態(tài)適應(yīng)技術(shù)，能夠?qū)崟r(低延時)傳輸攝像機拍攝的畫面，地面工作人員可以通過與無人機遙控器相連的手機、電腦等裝置進行查看。該系統(tǒng)可以使地面操作者清晰地看到輸電線路及纏繞異物的狀況，使工作人員遠離輸電線路進行作業(yè)。此外，配有圖像系統(tǒng)的異物清除裝置除可進行異物處理外，還能進行輸電線路的巡檢等工作。

3.3 控制系統(tǒng)

異物清除裝置有2套獨立的控制系統(tǒng):一套用于噴火裝置的控制；另一套是與無人機配套的控制系統(tǒng)，可用于除無人機、云臺相機及噴火系統(tǒng)以外裝置的控制。

3.4 工作過程

使用本裝置進行異物清除任務(wù)時，一般需要2人配合協(xié)同作業(yè)，其中一人控制噴火系統(tǒng)，另一人負責(zé)無人機等裝置的控制。

執(zhí)行作業(yè)任務(wù)時，首先打開噴火系統(tǒng)控制器電源及遙控器電源，手動打開位于噴槍上的總閥。開啟無人機及其遙控器電源，控制無人機起飛，定點懸停在要清理的異物附近，使噴槍對準(zhǔn)異物的重力支撐部分或是纏繞輸電線路的部分。然后控制噴槍噴油并點火，點燃異物后停止噴火；待異物熔化掉落或是燃燒殆盡后控制無人機返航。最后關(guān)閉各系統(tǒng)的電源、噴槍總閥，作業(yè)任務(wù)完成。

清理裝置執(zhí)行工作任務(wù)時，可以通過圖像采集和傳輸系統(tǒng)傳遞過來的圖像，實時觀察輸電線路及異物的情況，及時調(diào)整無人機和噴槍的狀態(tài)。

4 試驗研究

無人機異物清除裝置相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 無人機異物清除裝置相關(guān)參數(shù)

目前，研制的無人機異物清除裝置已在國網(wǎng)江蘇省電力公司蘇州供電公司投入使用。實際應(yīng)用表明：在高壓輸電線路帶電情況下，該異物清除裝置可以有效地清除線路上的可燃異物，處理1處異物平均需要5?min(實際噴火時間約為3—5?s)，比原先的人工處理(平均需要40?min)節(jié)約了大量時間。

5 結(jié)束語

利用無人機搭載噴火裝置對可燃異物進行噴火處理，使異物熔化、燃燒的方法，能夠在帶電情況下對可燃異物進行快速清理，確保輸電線路安全平穩(wěn)運行。處理過程中，無需工作人員靠近輸電線路，保障了工作人員的安全，降低了勞動強度，為企業(yè)節(jié)省了大量的人力物力。未來可以考慮在現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上加載激光測距或視覺測量等模塊，用于測量噴火裝置與異物間的距離，便于操作人員進行更精準(zhǔn)的操作。

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徐??欣(1979—)，男，高級工程師、高級技師，主要從事輸電線路檢修管理工作。

席曉強(1981—)，男，工程師、技師，主要從事輸電線路檢修管理工作。

王東林(1980—)，男，工程師，主要從事輸電線路運檢技術(shù)等工作。

華??鑫(1990—)，男，助理工程師，主要從事高壓帶電檢修工作。

寇??淼(1991—)，女，工程師，主要從事自動化設(shè)備研發(fā)工作。

2016-12-18；

2017-03-19。

嚴(yán)偉佳(1981—)，男，高級工程師、高級技師，主要從事輸電線路運行檢修工作，email：kmkoumiao@163.com。