一种基于输电作业无人机的带电拆除金属飘挂物装置的研制及应用

朱轩辉 王林旭

摘要：笔者研制了一种基于输电作业无人机的带电拆除金属飘挂物装置，并在实际工作应用中验证其可行性。输电线路往往在野外运行，所处环境复杂，在风力比较大的天气，一些重量较轻的金属漂流物经常会被吹至输电线路上，形成飘挂物，极易造成输电线路相间短路或单相接地短路导致线路跳闸事故。而与传统的人工清除飘挂物方式相比，利用输电作业无人机，一方面提升了作业的效率，一方面也规避了人身的风险。

关键词：带电作业  无人机  输电线路  高效  安全

Development and Application of a Device for Removing Metal Floating Hanging Objects with Electric Power based on Transmission Operation UAV

ZHU  Xuanhui   WANG  Linxu

（Jiangmen Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co. Ltd.， Jiangmen ， Guangdong Province，529300 China）

Abstract： A device for live removal of metal floating objects based on transmission UAV is developed， and its feasibility is verified in practical application。Transmission lines often operate in the field and the environment is complex. In the weather with strong wind， some lighter metal drifts are often blown onto the transmission line to form floating objects， which is very easy to cause phase to phase short circuit or single-phase grounding short circuit of the transmission line， resulting in line tripping.Compared with the traditional manual removal of floating objects， the use of power transmission UAV not only improves the efficiency of operation， but also avoids personal risks.

KeyWords： Live working; drones; Transmission line;High efficientcy; Safety

1研究背景

随着我国经济与社会的蓬勃发展，电力行业作为工业化的基础及民生的保障迅速发展，但输电线路越发面临多样的外部环境与外部隐患。随着输电线路的建设，外力破坏成为输电线路运维不可逃避的严峻难题。据统计显示，外力破坏造成的电网事故呈现逐年增长的趋势，严重影响了供电可靠性。造成外力破坏的重要原因之一是物体飘挂在导线上引起线路跳闸，飘挂物往往是一些广告牌、铁皮、风筝等重量较轻的物体[1]。特别是在大风天气，输电线路周围菜地使用的大棚、临时厂棚搭载不牢固的铁皮、含有金属成分的废弃广告牌、垃圾场的部分垃圾等都是输电运维面临的安全隐患。并且，广东地处沿海，夏季经常面临台风恶劣天气，一旦有物体飘挂在导线上极易造成线路跳闸，所以输电运维中必须考虑飘挂物的应急处置。

传统的通过人工处理飘挂物的方式对作业人员的要求较高，作业风险高、操作难，还需要停电作业。一方面，线路停电会造成电力企业经济损失，对整个电网的安全运行及供电可靠性也有不利的影响;另一方面，触电和高空坠落是不可规避的风险点。其中，对于像铁皮、铝制品等金属类的飘挂物，利用目前行业内采用的激光清障仪、无人机搭载喷火装置及无人机搭载发热丝装置等方式都无法形成有效作业[2]。并且，在使用诸如高温、喷火作业的过程中，燃烧的火苗可能造成山火、点燃干枯的稻草或其他易燃物，存在不小的风险。基于此，通过输电作业无人机搭载的带电拆除金属飘挂物装置，采用的是物理方式来清除飘挂物，一方面避免人工作业的种种风险，提高了作业效率，另一方面避免了高温、喷火作业的火灾隐患，保障了作业安全。

2目前常用的输电线路飘挂物清除方式

2.1停电处理

當发生有物体飘挂在导线上的情况时，传统的做法是申请线路紧急停电[3]，再通过人工登塔作业的方式清理飘挂物，作业过程十分复杂繁琐，高空作业面临高空坠落的风险。此外，线路停电会造成企业生产、经济重大损失及社会不良的影响，也不利于整个电网的安全运行及供电可靠性。

2.2带电处理

针对输电杆塔各项导线之间距离较远，对于飘挂物距离塔身或地面的位置较低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，绝缘操作杆重量较轻、体积较小，携带方便，但受限杆身长度，只能处理10m范围内的飘挂物，不适用处理距离较高较远的物体[4]。

2.3无人机搭载发热丝装置处理

针对飘挂物本身易燃且数量较少同时地面环境复杂的情况，可以使用无人机搭载发热丝装置，但因作业时飞控系统进入线路带电附近受磁场干扰后转为姿态模式，即无GPS（Global Position System，全球定位系统）介入，无人机出现飘移状态，对飞手的操控要求较高，并且因为等电位操作无人机会携带一定电荷，作业完必须等无人机降落地面，机身通过接地装置接地释放电荷后才能安全接触，存在触电风险，且因为无人机对飘挂物有物理作用，存在因受力而坠毁的安全风险。

2.4采用激光清障仪装置及无人机搭载喷火装置处理

针对飘挂物本身易燃且数量较少的情况，如今通常使用激光清障仪及无人机搭载喷火装置进行处理，通过高温或者喷火点燃飘挂物，达到将飘挂物燃烧清除的效果。然而，这两个装置只适用于较为宽阔且地面没有可燃物的情况，必须等燃烧的飘挂物完全熄灭之后才能结束，存在易引发火灾的风险。

3输电作业无人机搭载的带电拆除金属飘挂物装置

3.1装置构造

带电拆除金属飘挂物装置采用高强度航空铝合金及3D（3-dimension，三维）打印构件组成，如图1所示，配合牵引绳（绝缘）与高强度不锈钢飞虎爪使用，如图2所示。

3.2技术原理及操作方法

带电拆除金属飘挂物装置需要搭载输电作业无人机使用，该作业无人机安装了能无线接收地面站发出的遥控指令，并控制多旋翼无人机飞行的飞控系统[5]。首先，需要经过配重测试，作业无人机必须在搭载该装置的情况下不影响原本的飞行操控，避免产生另外的风险。其次，将该装置安装在指定位置后，先将无人机放置在选定的适合作业的场地上，并将一端带有绳环的牵引绳（绝缘）穿过该装置的插销部件，再使其插销部件闭锁。最后，在牵引绳（绝缘）的另一端固定好高强度不锈钢虎爪。

带电拆除金属飘挂物装置主要分为信号处理部分与插销部件两个部分。信号处理部分一方面利用无人机供电，接收来自无人机的动作信号;另一方面，为插销部件提供动作的动力，也在需要插销部件动作时提供动作信号。插销部件负责在动作前将牵引绳及不锈钢虎爪固定在无人机下方，接着在收到动作信号后实现对牵引绳及不锈钢虎爪的投放。同时，使用小钢线制作弹簧自锁装置，使其在飞行过程中防止插销部件开关松脱。安装带电拆除金属飘挂物装置时，需要将该装置的电源线与信号线连接使用无人机的指定端口，以此为装置提供电力信号，以实现插销部件的开闭。无人机搭载的带电拆除金属飘挂物，如图3所示。

首先规划好输电作业无人机的作业路径[6]，启动并操控该作业无人机沿预先设定的航线和速度飞行至飘挂物正上方，通过无人机搭载的高清摄影云台对无人机周边环境进行管控，确保无人机作业安全，同时通过实时图传进行观测与操控，以空中视角锁定作业地点。精准锁定作业目标后，通过地面操控人员控制空中作业无人机对带电拆除金属飘挂物装置的信号处理部分传输动作信号，该信号再传输到插销部件上，实现不锈钢虎爪的投放。再借由不锈钢虎爪高空坠落的牵引力，将飘挂物拉下。另外，在金属飘挂物较大或较重时还可以通过使用更长的牵引绳，由地面作业人员手动操作（绝缘）牵引绳将该金属飘挂物拉下。

通过该带电拆除金属飘挂物装置的研制，再一次证明了无人机能在一定范围内代替人力作业，降低了人工劳动强度和减少作业风险，从而提高了工作效率。

4技术关键点及创新点

4.1技术关键点

（1）研究如何实现装置与无人机的重量分配，既能不影响无人机稳定，又能保证带电拆除（金属类）飘挂物装置的实用性。

（2）研究牵引绳的种类。牵引绳的种类有普通麻绳（不绝缘）和迪尼玛绳（绝缘），要通过对两种材料进行试验与比较，挑选出最佳材料。

（3）根据现场环境（天气、风力等级、人员密集区域等）及（金属类）飘挂物的大小、状况等选取最合适的方式方法。

4.2创新点

（1）拓宽了无人机带电拆除输电线路飘挂物的思路，代替员工登塔带电作业。

（2）与常规方式耗时长且繁琐的工序相比，该装置组装方便，提高工作效率并降低作业风险。

（3）该装置清除飘挂物不产生火苗，不存在引发山火的风险，增加作业现场的安全性。

5结语

目前，无人机在电力行业的应用中越发广泛，使用无人机解决生产问题是大势所趋。并且使用无人机作业可以规避传统工作中大量的人身风险，也能极大提升作业效率，降低人工劳动强度。带电拆除金属飘挂物装置可以很好地解决输电生产过程中真实存在的问题，并且不带来新的隐患，大大提高了输电线路供电可靠性，適合大范围推广应用。

参考文献

[1]雷冬云，白剑锋，温智慧，等.基于无人机的10kV架空配电线路漂浮异物清除装置设计[J].湖南电力，2020，40（5）：78-81，86.

[2]胡敬波，崔健.多旋翼无人机输电线路飘挂物清障技术概述[J].电子世界，2019（13）：48-49.

[3]邢文忠，陈晓彬，谢玉卫，等.基于多旋翼无人机和激光的输电线路异物清除装置的研究[J].电工技术，2018（6）：32，34.

[4]梁达强，王淞民，杨成友.配网架空导线悬挂物带电清除装置的研制[J].机电信息，2020（3）：84-85.

[5]余鹏，田杰，刘铁军，等.电动多旋翼无人机在高压电路协同巡线中的应用[J].自动化技术与应用，2021，40（2）：34-37，54.

[6]周毅，李东武，孟浩，等.遗传算法路径规划在无人机电力巡线中的应用[J].自动化技术与应用，2021，40（2）：29-33.

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