無人機(jī)在輸電線路工程施工中的應(yīng)用研究

李偉 董苾琛 馮斌

湖北省送變電工程公司 湖北 武漢 430000

無人機(jī)是新出現(xiàn)的智能化工作及搭載設(shè)備，在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中呈現(xiàn)出越來越大的應(yīng)用價值。近年來，無人機(jī)也被引入到輸電線路測距、架線、巡檢等各個環(huán)節(jié)，體現(xiàn)出越來越大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，發(fā)揮著越來越重要的作用。筆者結(jié)合近年來無人機(jī)在輸電線路中的應(yīng)用情況，探討了其應(yīng)用的價值，及操作注意事項。

1 無人機(jī)的分類及其選型

無人機(jī)是指利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。按照動力方式，可分為旋翼直升機(jī)和固定翼直升機(jī)。其中旋翼直升無人機(jī)為目前市場主流，它以旋翼為推動方式，可實現(xiàn)垂直起降和空中懸停。按照旋翼數(shù)目，一般又有四旋翼、六旋翼、八旋翼等不同類別；按照動力方式的差異，又可分為旋翼帶尾槳、共軸反槳和多旋翼等不同類別。根據(jù)空機(jī)質(zhì)量大小，無人機(jī)又分為大型無人機(jī)（大于116kg）、中型無人機(jī)（大于7kg，小于116kg）和小型無人機(jī)（小于7kg）等不同類別。

在輸電線路施工巡檢中，大多選用中型無人機(jī)和小型無人機(jī)。其中，在中等距離的多任務(wù)精細(xì)化中，一般選用單旋翼帶尾槳式中型無人機(jī)；在短距離常規(guī)故障巡檢和架線施工時，可選用電動多旋翼小型無人機(jī)。

2 無人機(jī)在展放導(dǎo)引繩中的應(yīng)用

目前，在輸電線路施工架線時，展放導(dǎo)引繩包括人工展放、動力器展放兩大形式。根據(jù)所選用動力器的不同，又分別可選用動力傘展放、飛艇展放和無人機(jī)展放。傳統(tǒng)的人工展放、動力傘展放、飛艇展放形式存在明顯弊端。

人工展放作為一種傳統(tǒng)施工方式，需要提前準(zhǔn)備施工通道。受施工地域環(huán)境因素影響大，在跨越江河、高山等復(fù)雜地貌時難以施工，且對生態(tài)環(huán)境破壞較大，青苗賠償金額高，綜合效益較低。

動力傘展放和飛艇展放都是著眼于“脫離地面”，從空中通道完成展放。這兩種方式減少生態(tài)破壞、減少青苗賠償且提高了施工效率，有效解決了特殊地理環(huán)境和施工環(huán)境下的導(dǎo)引繩展放難題。

相比較而言，動力傘展放的載重量大、飛行距離遠(yuǎn)，可實現(xiàn)長距離不間斷作業(yè)。但是，動力傘飛行的安全性低，只能由一位操作人員駕駛，具體施工過程中時常發(fā)生安全事故，影響了安全文明施工，極易造成人員傷亡風(fēng)險。飛行穩(wěn)定性差，低速飛行、懸停、爬升等飛行狀態(tài)不佳，在飛行過程中一旦錯過塔位或者在相鄰塔位高差大時，后續(xù)操作不便。動力傘自重重，體積大，不便運輸，同時需要較長跑道進(jìn)行起降，輸電線路架線施工現(xiàn)場往往處于野外，難以滿足運輸和起降條件。

遙控飛艇展放引導(dǎo)繩相較動力傘而言，飛行安全性更高，載重量也較大。但同時在飛行過程中易受到氣壓、風(fēng)力等因素影響，同樣存在飛行穩(wěn)定性差，人員安全施工風(fēng)險大；自身體積大、對起降場地要求高等弊端。

無人機(jī)展放引導(dǎo)繩與遙控飛艇、動力傘相比較而言，最大的優(yōu)勢體現(xiàn)在三個方面：一是由“有人操作”到“無人操作”。只需人員在地面裝配、操控，無須人員上天飛行，極大地降低了人員安全風(fēng)險。二是由“大”變“小”。無人機(jī)的自重小、體積小，對運輸要求大大降低，同時，起降方便，可實現(xiàn)垂直起降，只需要準(zhǔn)備一片平整空地，無須起降跑道。三是由“粗放操作”變“精準(zhǔn)操控”。無人機(jī)的可控性更高，遙控信號更加溫度、靈敏。小型無人機(jī)的動力來源主要是電池電能，不受氣壓等因素影響，在高海拔地區(qū)、風(fēng)向不穩(wěn)定的大風(fēng)地區(qū)操作更穩(wěn)定。同時，在無人機(jī)加裝攝影、攝像設(shè)備后，可與地面實時傳輸圖像，共享操作圖景，進(jìn)一步提升了作業(yè)精準(zhǔn)度。與此同時，無人機(jī)展放也有一定缺陷，例如載重小、飛行距離短、連續(xù)作業(yè)時間短。

目前，我司在選用無人機(jī)放線時，一般選用需滿足下述參數(shù)的無人機(jī)。

飛機(jī)自重有效載重續(xù)航時間控制距離抗風(fēng)環(huán)境影像系統(tǒng)飛行功能2～5kg 4～6kg不少于30min 5～10 km少于8m/s可視范圍1000m可任意位置空中懸停、任意方向飛行，急剎車，失控自然返航，能實現(xiàn)遙控放線，電池持久性好

3 無人機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用

目前，輸電線路巡檢主要是通過人工巡檢的形式來完成，由檢測人員通過肉眼觀察、望遠(yuǎn)鏡觀察來檢測線路外觀狀況，通過紅外熱成像儀來觀察線路發(fā)熱狀況，通過測距儀來檢測線路安全距離等指標(biāo)是否符合線路安全運行規(guī)范。人工巡檢的形式易受地形影響、惡劣天氣影響，且巡檢效率低下，已經(jīng)不能完全滿足我國日益增多的特高壓輸電線路安全運行維護(hù)工作的需要。借助無人機(jī)來開展輸電線路巡檢作業(yè)，可有效解決人工巡檢的上述缺陷，表現(xiàn)出如下優(yōu)勢：

第一，提高觀測精度。無人機(jī)通過空中飛行，擺脫了傳統(tǒng)地形束縛，可通過遞近觀察來近距離、多角度觀測輸電線路中的絕緣子、導(dǎo)地線以及金具設(shè)備。與傳統(tǒng)的地面觀測相比，觀測精度更高。同時，無人機(jī)可選型搭載各類不同的觀測設(shè)備器具，查找多種類別的缺陷故障。

第二，擺脫地形、氣象束縛。傳統(tǒng)人工巡檢時，如遇到高山密林、江河湖海、峽谷深淵、高海拔地區(qū)等復(fù)雜地形條件時，巡檢難度極大。同時，如遭遇冰凍、霧霜等惡劣自然天氣時，也難以開展巡檢作業(yè)。無人機(jī)巡檢作業(yè)可克服地形、氣象限制，實現(xiàn)全地域作業(yè)。

第三，提高觀測效率。無人機(jī)具有快速飛行、空中懸停等操作特點，既可快速完成大區(qū)域內(nèi)巡檢，又可針對特定區(qū)域開展精細(xì)巡檢，同時可實時將巡檢圖像數(shù)據(jù)傳輸回控制中心，進(jìn)行實時診斷分析。相較人工巡檢而言，觀測效率大大提升。

無人機(jī)巡檢作業(yè)時，應(yīng)注意如下操作注意事項：巡檢時應(yīng)保持通視狀態(tài)下作業(yè)，選用自主或增穩(wěn)飛行模式，巡檢飛行速度一般應(yīng)小于10米/秒；不可長時間沿線路正上方飛行，與周邊障礙物距離不小于10米；不可長時間在重要設(shè)備、線路正上方懸停，與線路設(shè)備距離一般不小于5米。

4 無人機(jī)在輸電線路測距中的應(yīng)用

對輸電線路特別是特高壓輸電線路開展精準(zhǔn)故障測距是保障線路安全穩(wěn)定運行的一項重要基礎(chǔ)性工作。傳統(tǒng)測距技術(shù)具有測距范圍小、精度低、地形限制多等局限。

無人機(jī)測距具有工作范圍廣、獲取數(shù)據(jù)快、維護(hù)成本低、測量結(jié)果準(zhǔn)、自主化加載空間大等特點，可顯著提升測距的質(zhì)量、安全和效率。在具體作業(yè)時，可分別加載激光測距單元、超聲波測距單元、傾角測量單元，精準(zhǔn)策略障礙物與輸電線路之間的障礙距離。