淺析無(wú)人機(jī)跨江放線問(wèn)題

摘 要：近幾年，無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在輸電領(lǐng)域的使用增長(zhǎng)的尤其明顯，其中施工放線和日常巡線使用最多。在施工放線中，無(wú)人機(jī)會(huì)受到地形的影響，不同環(huán)境、不同地形中放線得到的效果差異很大。文章以放線實(shí)例為基礎(chǔ)，著重說(shuō)明了無(wú)人機(jī)在跨江放線中出現(xiàn)的部分問(wèn)題和解決方案，并提出了一些個(gè)人的思考以及看法。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；跨江放線；解決方案

1 背景簡(jiǎn)介

無(wú)人機(jī)是無(wú)人駕駛飛機(jī)的簡(jiǎn)稱（Unmanned Aerial Vehicle），是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機(jī)，包括無(wú)人直升機(jī)、固定翼機(jī)、多旋翼飛行器、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)。廣義地看也包括臨近空間飛行器（20-100公里空域），如平流層飛艇、高空氣球、太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)等。從某種角度來(lái)看，無(wú)人機(jī)可以在無(wú)人駕駛的條件下完成復(fù)雜空中飛行任務(wù)和各種負(fù)載任務(wù)，可以被看作是“空中機(jī)器人”。

目前，在電力行業(yè)中，無(wú)人機(jī)應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，如施工放線、復(fù)雜地域巡線等等，無(wú)人機(jī)的普遍使用極大的提高了工作效率，同時(shí)也降低了工作成本。2009年1月，國(guó)家電網(wǎng)公司正式立項(xiàng)研制無(wú)人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)。2013年3月，國(guó)家電網(wǎng)公司出臺(tái)《國(guó)家電網(wǎng)公司輸電線路直升機(jī)、無(wú)人機(jī)和人工協(xié)同巡檢模式試點(diǎn)工作方案》。方案指出，建立直升機(jī)、無(wú)人機(jī)和人工巡檢相互協(xié)同的新型巡檢模式是堅(jiān)持智能電網(wǎng)發(fā)展的迫切需要，目前公司系統(tǒng)直升機(jī)巡檢作業(yè)正在逐步向規(guī)范化、制度化方向發(fā)展，為此公司選定山東、冀北、山西、湖北、四川、重慶、浙江、福建、遼寧、青海十個(gè)檢修公司作為試點(diǎn)單位，利用2-3年時(shí)間開(kāi)展新型巡檢模式試點(diǎn)工作。[8]到2015年，國(guó)網(wǎng)公司系統(tǒng)將全面推廣直升機(jī)、無(wú)人機(jī)和人工巡檢相互協(xié)同的輸電線路新型巡檢模式。

無(wú)人機(jī)的應(yīng)用在輸電線路上逐漸開(kāi)始廣闊起來(lái)了，而且不僅僅局限于巡線，還在輸電線路架設(shè)中起了大作用。特別是一些長(zhǎng)距離、大檔距放線，比如跨江放線等方面。

2 無(wú)人機(jī)放線的優(yōu)點(diǎn)

（1）適用范圍廣，適用于各種電壓等級(jí)的放線。[2]

（2）作用地形范圍廣，無(wú)論是山區(qū)、丘陵、平原、高原、河流等等都能夠跨越，不受限制。[2]

（3）氣候影響較傳統(tǒng)飛艇放線來(lái)說(shuō)較小，無(wú)人機(jī)放線對(duì)于天氣情況等要求比飛艇放線要低，所以，可作業(yè)的時(shí)間多，提高了工作效率。而且，飛艇放線操作比較麻煩。[2]

（4）無(wú)人機(jī)體積小，質(zhì)量輕，運(yùn)輸方便，使用靈活。[2]

3 跨江放線應(yīng)用及其遇到的問(wèn)題

作者所在單位于2014年配置了一臺(tái)六旋翼無(wú)人機(jī)，用于輸電線路放線。傳統(tǒng)的放線技術(shù)要耗費(fèi)較大的人力物力，且花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，而后有了飛艇放線，但是由于飛艇放線受到自然環(huán)境，特別是風(fēng)的影響比較大，因此，在有了無(wú)人機(jī)以后及時(shí)引進(jìn)了無(wú)人機(jī)。

無(wú)人機(jī)參數(shù)如下：

飛機(jī)尺寸：90*90*68（cm）

軸距：83cm

重量：8kg

最大載重：12kg

最大飛行速度：4m/s

續(xù)航時(shí)間：有效載荷：500g（搭載6S3P電池組時(shí)），續(xù)航時(shí)間約為30鐘。

有效載荷：5000g（搭載6S2P電池組時(shí)），續(xù)航時(shí)間為12分鐘。

爬升速率：2m/s

巡航速度：3m/s

工作溫度：-10℃-60℃

機(jī)翼類型：旋翼

起飛降落方式：垂直

相對(duì)于在其他各種地形放線，在跨江放線施工較為困難?，F(xiàn)以國(guó)網(wǎng)瀘州供電公司220kV瀘納線27#-28#跨江放線為實(shí)例，對(duì)于跨江放線的施工方案進(jìn)行分析研究。

國(guó)網(wǎng)瀘州供電公司220kV瀘納一二線27#-28#兩基跨越長(zhǎng)江航道，其檔距為1244m，兩基塔落差約110m，因?yàn)樾枰獙?duì)該段線路展放一根ADSS光纖，所以需要跨江放線，現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖1所示。

圖1中A、E兩點(diǎn)是塔基位置，A點(diǎn)在山頂上，且AB段樹木較多。兩基塔的檔距為1244m，高差約110m，BC段是江面，B點(diǎn)是放線地點(diǎn)，CD段是堤壩，走勢(shì)較為平緩。

這樣的地形條件對(duì)于無(wú)人機(jī)各方面要求都比較高，如果直接從A點(diǎn)放到E點(diǎn)，因?yàn)锳B段樹木較多，AE段距離又比較長(zhǎng)，當(dāng)飛機(jī)飛出一定距離的時(shí)候，韓國(guó)絲會(huì)因?yàn)樽灾匦纬苫〈梗坏╉n國(guó)絲掛在樹枝上導(dǎo)致飛機(jī)在空中出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間停頓，無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力有可能無(wú)法滿足這種距離的飛行。

如果直接從E點(diǎn)放到A點(diǎn)，因?yàn)槁洳钶^大，飛機(jī)需要先向上提升到一定的高度之后才能繼續(xù)向前飛行，那么這個(gè)飛行距離更加大了。

針對(duì)這樣的情況，經(jīng)過(guò)研究，制定了如下的施工方案：將該檔放線分成三段進(jìn)行，分別為AB、BC、CE三段，先將AB、CE兩段在江岸上的一級(jí)牽引繩放好，然后開(kāi)始在B點(diǎn)使用無(wú)人機(jī)放線至C點(diǎn)，最后將三段韓國(guó)絲接好就可以展放二級(jí)牽引繩了。這種方案極大的提高了飛機(jī)的安全性，保證了飛機(jī)能夠在攜帶載荷的情況下能夠到達(dá)目的地，且因?yàn)镃E段比較開(kāi)闊，能夠人工直展放，所以只需在B點(diǎn)就能一次性展放完成。

在施工過(guò)程中，AB、CE段線順利的展放完成，但是在跨江放線的時(shí)候遇到了幾個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題如下：

（1）由于檔距較大，且落差較大，當(dāng)無(wú)人機(jī)飛行距離達(dá)到一定距離以后，即使以藍(lán)天作為背景，操作手也不容易看見(jiàn)飛機(jī)，對(duì)于飛機(jī)位置的控制只能全靠感覺(jué)，不能夠精確的定位，可能造成飛機(jī)撞到導(dǎo)線的結(jié)果。

（2）檔距較大，在上述施工中，韓國(guó)絲斷裂了兩次，估計(jì)原因是因?yàn)楣蝹脑?，這就造成了重復(fù)施工，反而浪費(fèi)了更多時(shí)間。

（3）在放線過(guò)程中，當(dāng)無(wú)人機(jī)將一級(jí)牽引繩（韓國(guó)絲）帶上空中之后，由于牽引繩的自重，導(dǎo)致其有部分線掉到水中，有于受到水流的力量影響，后面部分的牽引繩都會(huì)掉到水中，水流對(duì)于牽引繩產(chǎn)生的沖力越來(lái)越大，會(huì)超過(guò)無(wú)人機(jī)能夠承受的拉力，當(dāng)拉力超過(guò)無(wú)人機(jī)自身的升力，則會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)墜機(jī)。（如圖2所示）

（4）當(dāng)飛機(jī)上升高度超過(guò)導(dǎo)線的時(shí)候，在拋線的時(shí)候有可能因?yàn)轱L(fēng)力的原因使?fàn)恳€掛在金具上（最后一次施工出現(xiàn)的問(wèn)題）。

以上情況直接導(dǎo)致本次施工失敗了四次，兩次因?yàn)轫n國(guó)絲斷裂，另外兩次因?yàn)轱w機(jī)承受載荷過(guò)大，無(wú)法繼續(xù)飛行。

4 問(wèn)題解決方案

在施工中出現(xiàn)這些問(wèn)題之后，技術(shù)人員共同討論問(wèn)題的解決方案，最后決定，在無(wú)人機(jī)起飛的時(shí)候先把飛機(jī)提升至合適的高度后，再向前飛行，這樣就能夠保證，韓國(guó)絲能夠盡量少的落入水中，這就減少了水流在韓國(guó)絲上的作用力，保證飛機(jī)能夠飛到目的地。通過(guò)這個(gè)方案，解決了上述提出的第三個(gè)問(wèn)題，最終將ADSS展放成功。施工結(jié)束以后，大家都在思考有沒(méi)有更科學(xué)的解決方案。

閉門造車是解決不了問(wèn)題的，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員們借鑒了應(yīng)急救援中心的操作手在金沙江放線的經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)六旋翼無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)，更正了我們前面的施工方案，新的施工方案如下。（如圖3所示）

（1）在B點(diǎn)安排一個(gè)工作人員接線，需要配備一個(gè)對(duì)講機(jī)；（2）操作手在A塔處準(zhǔn)備放線；（3）在飛機(jī)起飛之前將韓國(guó)絲帶上一定的拉力，使得韓國(guó)絲不會(huì)因?yàn)樽灾叵陆颠^(guò)低；（4）在導(dǎo)線下方，以一定角度由順風(fēng)側(cè)向逆風(fēng)側(cè)飛行前進(jìn)，保證在拋線的時(shí)候，能夠減小風(fēng)力的影響；（5）當(dāng)操作手將飛機(jī)飛遠(yuǎn)后，B點(diǎn)的工作人員需要通過(guò)對(duì)講機(jī)告知操作手飛機(jī)的位置，以及后續(xù)的飛行方向（可以利用飛機(jī)懸停在適當(dāng)位置，讓B點(diǎn)人員能拿到線，但是考慮到安全問(wèn)題，否定了該方案）。

5 結(jié)束語(yǔ)

在無(wú)人機(jī)跨江放線中，如果一級(jí)牽引繩一旦落入水中，即使成功放線，也需要三個(gè)人的力量才能將牽引繩從水中撈起來(lái)，如果能夠保證牽引繩不落入水中，就可以輕松的完成放線工作。新方案主要是將無(wú)人機(jī)起飛位置提高了，同時(shí)控制牽引繩不落入水中，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)跨江放線。對(duì)于復(fù)雜地形的放線，需要進(jìn)過(guò)更加仔細(xì)的實(shí)地考察，了解各種地形的影響，這樣才能制定出能一次性成功的方案。

同時(shí)，了解現(xiàn)有條件的限制，改變一些條件。目前，存在的一些問(wèn)題如下：（1）六旋翼無(wú)人機(jī)的動(dòng)力在目前看來(lái)還是不足夠，提升飛機(jī)動(dòng)力，使飛機(jī)能夠承受更大的重量，這個(gè)可以考慮將六旋翼?yè)Q成八旋翼機(jī)。（2）韓國(guó)絲在樹木較多的地方容易被掛斷，只是目前還沒(méi)有能找到另一種線可以代替其作為一級(jí)牽引繩。（3）當(dāng)飛機(jī)飛到較遠(yuǎn)距離的時(shí)候，對(duì)操作手的視線很高的要求，因此可以結(jié)合巡線技術(shù)，將飛機(jī)上裝上攝像頭，能夠保證操作手可以精確的到達(dá)指定的地點(diǎn)。而且在沒(méi)有進(jìn)行放線的時(shí)候，還可以將飛機(jī)作為巡線機(jī)使用。如果要實(shí)現(xiàn)上述結(jié)果，就需要更大動(dòng)力的飛機(jī)才能夠承受。

以上提出的問(wèn)題是可以在短時(shí)間內(nèi)解決的問(wèn)題，相信如果實(shí)現(xiàn)了上述的問(wèn)題，無(wú)人機(jī)跨江放線就可以和在開(kāi)闊地帶放線一樣輕松了。

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作者簡(jiǎn)介：楊智偉（1990-），男，四川瀘州人，工作單位：國(guó)網(wǎng)瀘州供電公司檢修分公司，助理工程師，從事輸電線路安全管理工作4年，研究方向：輸電運(yùn)行、檢修管理。