无人机高压输电线路异物清除装置

2017-09-01严伟佳席晓强王东林

电力安全技术 2017年8期

关键词：喷枪旋翼异物

严伟佳，徐欣，席晓强，王东林，华鑫，寇淼

(1.国网江苏省电力公司苏州供电公司，江苏苏州 215000；2.昆山市工研院智能制造技术有限公司，江苏昆山 215300)

无人机高压输电线路异物清除装置

严伟佳1，徐欣1，席晓强1，王东林1，华鑫1，寇淼2

(1.国网江苏省电力公司苏州供电公司，江苏苏州 215000；2.昆山市工研院智能制造技术有限公司，江苏昆山 215300)

针对高压输电线路上各种可燃异物的清理问题，研制了一种无人机高压输电线路异物清除装置，即利用六旋翼无人机携带喷火装置，采用燃烧的方法清除异物。使用该装置的工作人员无需靠近输电线路，通过远程遥控即可在带电情况下快速清除塑料薄膜、风筝线等异物，既可保障工作人员的生命安全，又为企业节省大量的人力物力。

输电线路；异物清除；无人机；喷火装置

0 引言

电网系统主要利用高压和超高压架空线路进行远距离电力输配，输电线路的安全是整个电网系统平稳运行的重要保障。输电线路容易被塑料薄膜、风筝、广告条幅等异物悬挂、缠绕，在雨雪等天气中，这些异物如果被水打湿将导电，使线路相间距离或导线对地距离减小，从而引起相间短路或单相接地等问题，严重时会造成大面积停电，带来巨大经济损失。因此，为保证输电线路的运行安全，必须及时清理其上的塑料薄膜等异物。

1 传统输电线路异物清除方式

传统的输电线路异物清除主要依靠人工作业，具体有以下2种作业方式。

(1) 停电后由电工上线摘除。这种作业方式降低了电网运行的可靠性，给用户的生产、生活带来不便，同时还会造成一定的经济损失。

(2) 在带电情况下利用绝缘斗臂车、绝缘操作杆、绝缘绳索，或是吊篮和软梯等工具进行人工摘除。这种带电作业方式危险性高、劳动强度大、耗时较长，而且受环境限制较大。

2 新型输电线路异物清除装置的研制

为保障带电作业时工作人员的安全，提高工作效率，引入了新的方法和技术到输电线路异物清理作业中，目前已研制了几种异物清除装置。

(1) 清除装置具备行走机构，利用履带和导线间的摩擦力在带电的导线上行走，并以液态瓦斯为燃料，采用喷火燃烧的方式清除可燃异物。该清除装置仅需1—2人操作，而且工作人员不必上线，降低了作业风险。其主要缺陷是需要登塔放置和回收机器，在不同线径上行走时需要更换不同的轮子，以及需要注意防范火灾等。

(2) 将激光技术引入到输电线路的异物清理中，利用CO2激光器或光纤激光器，在地面控制高能激光束，照射异物的重力支撑部位或缠绕导线的部位；被照射部位吸收激光能量后产生高温，并发生熔化或汽化现象，从而导致异物脱落，达到异物清除的目的。

(3) 利用无人机搭载喷火及异物清除装置。本文主要介绍此种异物清除装置。

3 无人机异物清除装置研制

3.1 工作原理

我国的高压输电线路通常采用钢芯铝绞线，钢的熔点为1 300—1 500 ℃，铝的熔点为660 ℃；而塑料薄膜、风筝等异物的材质通常为聚氯乙烯、聚乙烯、尼龙、涤纶等，这些材料的熔点及燃点一般在500 ℃以下。这就为采用喷火燃烧的方法对异物进行清理提供了前提条件。

喷火装置将汽油作为燃料，汽油燃烧较充分时外焰温度可达1 000 ℃以上。为了最大限度地降低火焰对线缆的伤害，装置通过图传系统和遥控系统控制喷火位置以及喷火时间。

3.2 系统组成

无人机输电线路异物清除装置系统组成如图1所示，主要由无人机、定位系统、喷火系统、图像采集和传输系统等部分组成。

图1 无人机异物清除装置系统组成

(1) 无人机。选用六旋翼无人机。该无人机为多旋翼飞行器，运动灵活，可通过控制螺旋桨的转速进行上下、前后、左右、偏航等运动，可进行垂直起降和定点悬停，对起降场地条件要求不高，具有较强的适应能力。此外，六旋翼无人机还具有操控、检修和维护简单，训练和维护费用低等优点。与四旋翼无人机相比，六旋翼无人机多出了2个冗余旋翼，提高了运动的稳定性，在受到外力干扰或部分旋翼受损时，仍能保持水平飞行并安全返航。

(2) 定位系统。无人机使用GNSS(global navigation satellite system，全球卫星导航系统)和IMU(inertial measurement unit，惯性测量单元)进行导航定位。为进一步提高定位系统精度，加装了RTK系统。该系统利用一种基于载波相位差分的实时动态定位技术，可以使无人机获得厘米级的定位精度。该系统采用双天线测向技术，具备较强的抗电磁干扰能力，能保障无人机飞行的可靠性。

(3) 喷火系统。该系统主要由油罐和喷枪组成，油罐用于盛放汽油。与气态燃料相比，使用汽油这一液态燃料，可以增加喷出火焰的长度，使无人机能够与输电线路保持足够的距离，减少带电线路对飞行装置的电磁干扰，且液态燃料形成的火焰更为集中，可以有效减少异物清理时间。

喷枪是喷火系统的关键部分，主要由碳纤维管(外壳)、汽油泵、手动总阀、电磁阀、喷嘴、防风罩、点火装置、控制器及电源等组成。喷枪结构如图2所示。地面工作人员利用无线电遥控器与喷枪控制器进行通信，控制点火装置进行高压放电点燃燃料，同时还可以通过汽油泵和电磁阀来控制喷油量和喷火时间。

图2 喷枪结构

(4) 图像采集和传输系统。选用三轴云台相机来完成图像采集工作，该相机具有良好的防抖功能，拍摄画面稳定流畅。

图像采集和传输系统使用无线链路动态适应技术，能够实时(低延时)传输摄像机拍摄的画面，地面工作人员可以通过与无人机遥控器相连的手机、电脑等装置进行查看。该系统可以使地面操作者清晰地看到输电线路及缠绕异物的状况，使工作人员远离输电线路进行作业。此外，配有图像系统的异物清除装置除可进行异物处理外，还能进行输电线路的巡检等工作。

3.3 控制系统

异物清除装置有2套独立的控制系统:一套用于喷火装置的控制；另一套是与无人机配套的控制系统，可用于除无人机、云台相机及喷火系统以外装置的控制。

3.4 工作过程

使用本装置进行异物清除任务时，一般需要2人配合协同作业，其中一人控制喷火系统，另一人负责无人机等装置的控制。

执行作业任务时，首先打开喷火系统控制器电源及遥控器电源，手动打开位于喷枪上的总阀。开启无人机及其遥控器电源，控制无人机起飞，定点悬停在要清理的异物附近，使喷枪对准异物的重力支撑部分或是缠绕输电线路的部分。然后控制喷枪喷油并点火，点燃异物后停止喷火；待异物熔化掉落或是燃烧殆尽后控制无人机返航。最后关闭各系统的电源、喷枪总阀，作业任务完成。

清理装置执行工作任务时，可以通过图像采集和传输系统传递过来的图像，实时观察输电线路及异物的情况，及时调整无人机和喷枪的状态。

4 试验研究

无人机异物清除装置相关参数如表1所示。

表1 无人机异物清除装置相关参数

目前，研制的无人机异物清除装置已在国网江苏省电力公司苏州供电公司投入使用。实际应用表明：在高压输电线路带电情况下，该异物清除装置可以有效地清除线路上的可燃异物，处理1处异物平均需要5 min(实际喷火时间约为3—5 s)，比原先的人工处理(平均需要40 min)节约了大量时间。

5 结束语

利用无人机搭载喷火装置对可燃异物进行喷火处理，使异物熔化、燃烧的方法，能够在带电情况下对可燃异物进行快速清理，确保输电线路安全平稳运行。处理过程中，无需工作人员靠近输电线路，保障了工作人员的安全，降低了劳动强度，为企业节省了大量的人力物力。未来可以考虑在现有装置的基础上加载激光测距或视觉测量等模块，用于测量喷火装置与异物间的距离，便于操作人员进行更精准的操作。

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8 李雪梅.无线图像传输技术及应用介绍[J].中国无线电， 2006，17(7)：12-14.

徐欣(1979—)，男，高级工程师、高级技师，主要从事输电线路检修管理工作。

席晓强(1981—)，男，工程师、技师，主要从事输电线路检修管理工作。

王东林(1980—)，男，工程师，主要从事输电线路运检技术等工作。

华鑫(1990—)，男，助理工程师，主要从事高压带电检修工作。