無(wú)人機(jī)高壓輸電線路異物清除裝置

嚴(yán)偉佳，徐 欣，席曉強(qiáng)，王東林，華 鑫，寇 淼

(1.國(guó)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(wú)人機(jī)高壓輸電線路異物清除裝置

嚴(yán)偉佳1，徐 欣1，席曉強(qiáng)1，王東林1，華 鑫1，寇 淼2

(1.國(guó)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(duì)高壓輸電線路上各種可燃異物的清理問(wèn)題，研制了一種無(wú)人機(jī)高壓輸電線路異物清除裝置，即利用六旋翼無(wú)人機(jī)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(wú)需靠近輸電線路，通過(guò)遠(yuǎn)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(wú)人機(jī)；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(jìn)行遠(yuǎn)距離電力輸配，輸電線路的安全是整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)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(duì)地距離減小，從而引起相間短路或單相接地等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大面積停電，帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，為保證輸電線路的運(yùn)行安全，必須及時(shí)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(yùn)行的可靠性，給用戶(hù)的生產(chǎn)、生活帶來(lái)不便，同時(shí)還會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

(2)?在帶電情況下利用絕緣斗臂車(chē)、絕緣操作桿、絕緣繩索，或是吊籃和軟梯等工具進(jìn)行人工摘除。這種帶電作業(yè)方式危險(xiǎn)性高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)較長(zhǎng)，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(shí)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(jī)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(xiǎn)。其主要缺陷是需要登塔放置和回收機(jī)器，在不同線徑上行走時(shí)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(dá)到異物清除的目的。

(3)?利用無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)異物清除裝置研制

3.1 工作原理

我國(guó)的高壓輸電線路通常采用鋼芯鋁絞線，鋼的熔點(diǎn)為1?300—1?500?℃，鋁的熔點(diǎn)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(diǎn)及燃點(diǎn)一般在500?℃以下。這就為采用噴火燃燒的方法對(duì)異物進(jìn)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(shí)外焰溫度可達(dá)1?000?℃以上。為了最大限度地降低火焰對(duì)線纜的傷害，裝置通過(guò)圖傳系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)控制噴火位置以及噴火時(shí)間。

3.2 系統(tǒng)組成

無(wú)人機(jī)輸電線路異物清除裝置系統(tǒng)組成如圖1所示，主要由無(wú)人機(jī)、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(wú)人機(jī)異物清除裝置系統(tǒng)組成

(1)?無(wú)人機(jī)。選用六旋翼無(wú)人機(jī)。該無(wú)人機(jī)為多旋翼飛行器，運(yùn)動(dòng)靈活，可通過(guò)控制螺旋槳的轉(zhuǎn)速進(jìn)行上下、前后、左右、偏航等運(yùn)動(dòng)，可進(jìn)行垂直起降和定點(diǎn)懸停，對(duì)起降場(chǎng)地條件要求不高，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。此外，六旋翼無(wú)人機(jī)還具有操控、檢修和維護(hù)簡(jiǎn)單，訓(xùn)練和維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。與四旋翼無(wú)人機(jī)相比，六旋翼無(wú)人機(jī)多出了2個(gè)冗余旋翼，提高了運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，在受到外力干擾或部分旋翼受損時(shí)，仍能保持水平飛行并安全返航。

(2)?定位系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)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(cè)量單元)進(jìn)行導(dǎo)航定位。為進(jìn)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，可以使無(wú)人機(jī)獲得厘米級(jí)的定位精度。該系統(tǒng)采用雙天線測(cè)向技術(shù)，具備較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，能保障無(wú)人機(jī)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(zhǎng)度，使無(wú)人機(jī)能夠與輸電線路保持足夠的距離，減少帶電線路對(duì)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(shí)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(dòng)總閥、電磁閥、噴嘴、防風(fēng)罩、點(diǎn)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(wú)線電遙控器與噴槍控制器進(jìn)行通信，控制點(diǎn)火裝置進(jìn)行高壓放電點(diǎn)燃燃料，同時(shí)還可以通過(guò)汽油泵和電磁閥來(lái)控制噴油量和噴火時(shí)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(tái)相機(jī)來(lái)完成圖像采集工作，該相機(jī)具有良好的防抖功能，拍攝畫(huà)面穩(wěn)定流暢。

圖像采集和傳輸系統(tǒng)使用無(wú)線鏈路動(dòng)態(tài)適應(yīng)技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)(低延時(shí))傳輸攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面，地面工作人員可以通過(guò)與無(wú)人機(jī)遙控器相連的手機(jī)、電腦等裝置進(jìn)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(yuǎn)離輸電線路進(jìn)行作業(yè)。此外，配有圖像系統(tǒng)的異物清除裝置除可進(jìn)行異物處理外，還能進(jìn)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(dú)立的控制系統(tǒng):一套用于噴火裝置的控制；另一套是與無(wú)人機(jī)配套的控制系統(tǒng)，可用于除無(wú)人機(jī)、云臺(tái)相機(jī)及噴火系統(tǒng)以外裝置的控制。

3.4 工作過(guò)程

使用本裝置進(jìn)行異物清除任務(wù)時(shí)，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(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)等裝置的控制。

執(zhí)行作業(yè)任務(wù)時(shí)，首先打開(kāi)噴火系統(tǒng)控制器電源及遙控器電源，手動(dòng)打開(kāi)位于噴槍上的總閥。開(kāi)啟無(wú)人機(jī)及其遙控器電源，控制無(wú)人機(jī)起飛，定點(diǎn)懸停在要清理的異物附近，使噴槍對(duì)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(diǎn)火，點(diǎn)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(wú)人機(jī)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(shí)，可以通過(guò)圖像采集和傳輸系統(tǒng)傳遞過(guò)來(lái)的圖像，實(shí)時(shí)觀察輸電線路及異物的情況，及時(shí)調(diào)整無(wú)人機(jī)和噴槍的狀態(tài)。

4 試驗(yàn)研究

無(wú)人機(jī)異物清除裝置相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 無(wú)人機(jī)異物清除裝置相關(guān)參數(shù)

目前，研制的無(wú)人機(jī)異物清除裝置已在國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司蘇州供電公司投入使用。實(shí)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(shí)際噴火時(shí)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(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

利用無(wú)人機(jī)搭載噴火裝置對(duì)可燃異物進(jìn)行噴火處理，使異物熔化、燃燒的方法，能夠在帶電情況下對(duì)可燃異物進(jìn)行快速清理，確保輸電線路安全平穩(wěn)運(yùn)行。處理過(guò)程中，無(wú)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(dòng)強(qiáng)度，為企業(yè)節(jié)省了大量的人力物力。未來(lái)可以考慮在現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上加載激光測(cè)距或視覺(jué)測(cè)量等模塊，用于測(cè)量噴火裝置與異物間的距離，便于操作人員進(jìn)行更精準(zhǔn)的操作。

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

席曉強(qiáng)(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(yùn)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(dòng)化設(shè)備研發(fā)工作。

2016-12-18；

2017-03-19。

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