多旋翼无人机输电线路飘挂物清障技术概述

庞忠玉

【摘 要】近年来，随着我国经济的快速发展，无人机技术应用的领域和范围越来越广。电力的持续可靠供应关系与千家萬户息息相关，然而日益恶劣的电力设施外部运行环境正威胁着电网安全运行，外力破坏逐渐成为电网企业面临的严峻课题。据统计，外力破坏引发的电网事故呈逐年增长趋势，不但给电网企业造成了重大经济损失，还严重影响着人民群众的生产生活。

【关键词】多旋翼无人机；发热丝装置；清障装置；自动脱钩

引言

可燃性飘挂物威胁着输电线路的安全运行，如果不及时处理，将影响输电线路的正常供电。得益于无人机技术的发展，现阶段利用多旋翼无人机进行输电线路飘挂物清除作业的任务设备主要有三种，分别是喷火装置、激光装置、发热丝装置，本文将对这三种任务设备进行介绍。

1概述

输电线路飘挂物是目前造成输电线路跳闸的重要原因之一，高发区域一般为菜地、工厂、城市等，飘挂物为易被风吹起的塑料或化纤材质，如塑料薄膜、广告条幅、尼龙布、气球、风筝等。特别是在春秋多风季节，输电线路周围高悬的广告布、条幅、气球等易在失控后钩挂到导线上，种植农作物的塑料大棚和荒郊的垃圾场在大风气候条件下也易有飘浮物被吹到线路上，这些情况极易造成线路跳闸，严重影响线路安全运行。传统清除飘挂物方式带电作业难度大、风险高，无法带电作业时则需线路停电，从而降低了线路供电可靠性；通过多旋翼无人机二次开发装置带电清除输电线路飘挂物，能速战速决，大大降低人身风险，提高工作效率。架空输电线路作为电能输送的介质，导线大部分为裸导线类型，容易受周边环境影响导致故障情况发生，尤其是漂浮物缠绕输电线路的故障最为典型；在大风和台风等天气条件下，一些没有固定好的漂浮异物可能会缠绕在输电线路上，在气流作用下，漂浮异物摆动过程中可能会连接不同相的导线或者是地面，导致相间短路等故障情况发生，导致大规模停电的恶性事故，这严重影响了电力设备安全稳定运行。漂浮异物缠绕输电线路的故障经常发生，传统的机械清障刀、电动走线清障机器人、绝缘操作杆带电作业等处理方式各有优点，但都有面临着相同的问题：需要爬塔作业，人员数量要求较多，故障清除时间较长。而多旋翼无人机技术的应用为清除输电线路漂浮异物提供了新途径。

2传统清除飘挂物方式

2.1停电处理

对于同塔多回输电线路现场导线上的飘挂物，在处理时安全距离不够的情况下，一般采用停电后人员登塔的处理方法。停电手续按照作业规程较为繁琐，通过人力登塔作业也增加了人身风险，停电还会影响到社会和用户正常用电，造成一定的电量和经济损失，严重影响供电可靠性指标。

2.2带电处理———绝缘杆处理法

在单回路杆塔中各相间距离较充足，导线距离塔身或地面较近且满足带电作业安全距离要求时，通常使用绝缘操作杆进行处理。处理的距离以操作杆的长度为限，一般为10m范围内，绝缘操作杆重量轻、体积小、携带方便，但受杆身长度限制，不适用于处理距离较远的异物。

2.3带电处理———滑车带钩子处理法

该方法是用特殊改装的滑车加装类似鱼钩状钩子，塔上人员用绝缘工具把滑车挂在架空地线上，地面工作人员手持绝缘绳拉动滑车至飘挂物位置，当成功把飘挂物钩住时，工作人员来回拉动绝缘绳将飘挂物取下。此方法需携带的工具繁多且有地形限制，人员带电作业存在安全隐患。

3多旋翼无人机输电线路飘挂物清障技术

3.1喷火清障无人机

喷火装置是为清除输电线路飘挂物而专门开发的一款电力巡线任务载具，通过集成无线电控制的直流微型电子隔膜油泵，可喷射出断点续流线型喷油柱体；利用特斯拉线圈原理在喷油出口处生成电弧，借助电弧点燃喷油柱体形成火炎束；喷火装置前端装有小型摄像头，能在FPV操控模式下高效安全地进行带电清除飘挂物作业。该喷火装置重达3.2kg，为了搭载该装置，飞行平台采用载重量为5.5kg的六轴多旋翼无人机。为了保证足够的安全距离，喷火装置的射程可达5米，喷油组件可对每次的喷油量进行精确控制，使燃油的喷出量可根据飘挂物大小或者作业需要进行调节；该喷火装置操作灵活，重量轻，维护简单，可适应输电线路附件的使用环境，极大地提高了输电线路飘挂异物的清除效率、清除效果和作业安全性。

3.2激光清障无人机

目前功率较大的单体激光二极管为蓝光二极管，额定功率3.5W；从激光二极管射出的是发散光，需要通过光学玻璃聚焦透镜把发散光聚集在焦点上进行作业；聚焦后焦点温度非常高，利用这一特性可对输电线路上的可燃性异物（塑料膜、遮阳网、广告布条等）进行烧蚀清除。把激光模组、控制器、电源等设备搭载在多旋翼无人机上，无人机上的云台摄像头可将飞机的第一视角画面传输到地面监视器上，操作人员结合监视器画面以及目视的方式监控无人机位置，通过遥控器控制无人机飞往输电线路异物处，调整无人机位置使激光模组的焦点对准输电线路异物表面，遥控接通激光模组电源，激光汇聚的温度将异物烧断清除。高空中的风向、风力时刻在变化，影响着无人机、飘挂物导线的相对位置，激光清障作业最大的技术难题在于保持激光焦点在飘挂物上，既要烧毁飘挂物又不能损伤导线。为降低气流影响，可搭载毫米波雷达、高精度的云台和超低延时图传链路，确保精准测距，准星稳定，地面控制人员的操作精准，在3级风下可稳定精准。相比喷火清障无人机，激光清障无人机对使用环境要求更低，火灾风险较小，更加安全可靠。

3.3发热丝清障无人机

多旋翼无人机电热丝装置由两部分组成，分别是挂接端和电热丝装置端，其中电热丝支架由高强度碳纤维构成，可耐受电热丝产生的高温，电热丝为镍铬合金，通电后可产生300℃高温，并且韧性好。清障作业时，先控制无人机飞行至指定位置，多旋翼无人机上的云台相机将把图像实时传输到地面站，作业人员结合地面站画面以及目视的方式使发热丝瞄准目标，通过捕抓机构将异物捕抓并收入捕抓口中，通过遥控器接通电源产生电流，电流流过电热丝，电热丝发热将异物熔融，在重力作用下飘挂物将熔断掉落且不易起火，达到高效清除飘挂物的目的。发热丝清障无人机适合在宽阔区域作业，作业地点需做好防火措施；因线路带电，无人机靠近线路时，飞控系统会受线路产生的磁场干扰转为姿态模式（无GPS辅助，无人机出现飘移状态），对飞手的操控要求较高。在作业过程中发热丝经由飘挂物与带电导线进行物理接触，无人机与带电导线形成等电位状态，无人机会携带一定电荷，无人机降落后，需要通过接地装置接地释放机身电荷后才可对无人机进行回收。多旋翼无人机搭载电热丝装置进行输电线路带电清除飘挂物的作业方式，具有无需人工带电登塔作业，人身风险低，工作效率等优点。

结语

处理高压架空输电线路上的飘挂异物一直是长期困扰电力系统运行维护人员的技术难题。实际作业中不受导线和异物位置、故障点周围地形环境的影响，可通过地面控制系统远距离操控清障无人机进行异物清除处理。清障无人机的应用，避免了复杂的线路停电申请，输电线路无需停电，人员不需要上塔作业，作业时间不受停电时间限制，大大提高了供电可靠性和人员作业的安全水平，保证了电网供电可靠性。

参考文献：

[1]魏丽娜，宁会峰，陆旺，等.多旋翼飞行器的关键技术及应用前景[J].自动化技术与应用，2016，35（9）：1-4.

[2]董伟.基于安全风险分析的输电线路状态检修方法研究[D].北京：华北电力大学，2015.

（作者单位：广西电网有限责任公司钦州供电局）