空中遠(yuǎn)程控制的輸電線路超高樹木清障裝置

黃凱

【摘 要】本文屬于電子機(jī)械控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高空修剪樹枝方面，應(yīng)用在林業(yè)、電力等部門。

【關(guān)鍵詞】遠(yuǎn)程控制;輸電線路;機(jī)型

1.背景和現(xiàn)有技術(shù)狀況

電力輸電線路保護(hù)區(qū)內(nèi)的樹木不斷生長靠近帶電運(yùn)行的導(dǎo)線，當(dāng)小于安全距離的情況下，會(huì)引起帶電導(dǎo)線對(duì)樹木放電，造成電力網(wǎng)絡(luò)故障跳閘，影響居民和工業(yè)正常用電需要，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)森林火災(zāi)。

運(yùn)維人員對(duì)輸電走廊內(nèi)存在隱患的超高樹木，需要與樹主協(xié)商，一同辦理林業(yè)砍伐證后進(jìn)行砍伐，在未得到樹主以及相關(guān)林業(yè)部門的許可，不能自行砍伐，且現(xiàn)場部分青苗賠償協(xié)調(diào)工作阻力大，給運(yùn)維工作造成很大的困難?？紤]到不觸犯林業(yè)法的同時(shí)又不傷害樹主的經(jīng)濟(jì)利益，輸電運(yùn)維人員采取對(duì)超高樹木進(jìn)行截枝的辦法，將樹木與帶電導(dǎo)線的距離保持在安全范圍。

目前截枝的方法有：

（1）人工利用手鋸或者電鋸配合梯子、鋸齒腳扣等登高工具進(jìn)行高空截枝;

（2）使用帶伸縮長桿的電動(dòng)鋸、高枝剪;

（3）國外電力線路走廊的超高樹木砍伐則借助載人直升機(jī)技術(shù)。

2.現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)及本申請(qǐng)?zhí)岚敢鉀Q的技術(shù)問題

輸電通道超高樹木截枝作業(yè)中存在問題如下：

（1）人工利用手鋸、電鋸配合梯子或鋸齒腳扣等登高工具進(jìn)行高空截枝，安全隱患大，且截枝高度通常在3～4米左右。對(duì)于臨時(shí)發(fā)現(xiàn)的樹障隱患點(diǎn)，當(dāng)無法滿足人工砍伐的安全距離時(shí)，需進(jìn)行停電砍伐，影響電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo);

（2）使用帶伸縮桿的電動(dòng)鋸、高枝剪，雖然避免人工登高作業(yè)的安全隱患，但是截枝高度一般在5～6米左右，無法達(dá)到砍伐立方量小于法律規(guī)定盜伐樹木標(biāo)準(zhǔn)3立方米的目標(biāo)，存在法律風(fēng)險(xiǎn)，仍需要事先進(jìn)行協(xié)調(diào)工作;

（3）載人直升機(jī)技術(shù)應(yīng)用，成本太高。

3.本文提案的技術(shù)方案的詳細(xì)闡述

整套設(shè)備由雙圓鋸電動(dòng)修剪裝置、微型攝像頭、無人機(jī)三個(gè)主體構(gòu)成。下面詳細(xì)介紹：

雙圓鋸電動(dòng)修剪裝置，為對(duì)輸電走廊超高樹木進(jìn)行一次性長距離的隱患樹枝修剪，選擇作業(yè)范圍較大的圓盤鋸。且避免單個(gè)圓鋸的反扭矩對(duì)無人機(jī)飛行干擾。采用不同旋轉(zhuǎn)方向的兩個(gè)圓鋸，相互抵消反扭矩，并通過對(duì)裝置的扭力矩的平衡計(jì)算，采取力矩最小位置為連接點(diǎn)，兩側(cè)重量合理分配的方式保證扭力矩對(duì)無人機(jī)的影響降到最小。

又因?yàn)橐臣舻臉淠痉N類不同，所以綜合考量采用2個(gè)直徑為15cm的輕質(zhì)硬度圓盤鋸?fù)瑫r(shí)，在后面加一直徑為6cm的砂輪片保證不存在樹皮的粘連防止裝置被卡住，也對(duì)未切斷的細(xì)枝條經(jīng)行清理。該裝置的示意如圖1：

其中1標(biāo)注的為兩個(gè)直徑為15cm，厚度為2mm的輕質(zhì)硬度鋼齒圓鋸（見圖2），外加倒齒，可加大對(duì)樹枝的切割能力。2為一直徑為6cm的金屬砂輪，保證機(jī)械不被細(xì)嫩紙條樹皮黏附而影響正常工作。在其輪心各有一臺(tái)額定電壓為36V，額定轉(zhuǎn)速為24000轉(zhuǎn)/分鐘的無刷電機(jī)。3為計(jì)算出的扭力矩最小點(diǎn)，放置鎖扣與0.75m長的碳纖維桿連接。

此裝置水平放置并通過0.75m長輕質(zhì)碳纖維桿與無人機(jī)相連。輕質(zhì)碳纖維絕緣管具備彈性，用于緩沖切割裝置與樹枝碰撞的沖擊力。且桿件長0.75m，是為了防止異物對(duì)螺旋槳的干擾保證無人機(jī)水平面無樹障。纖維桿通過可控電動(dòng)鎖扣連接在無人機(jī)上，在裝置遇到危險(xiǎn)時(shí)可控制電動(dòng)鎖扣開鎖以保證無人機(jī)的安全，整體裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

配套獨(dú)立電源和控制系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。獨(dú)立電源和控制部由36V 4Ah的18650型號(hào)鋰聚合電池和配套30A的電子調(diào)速器組成，如圖3。電子調(diào)速器將鋰電池的直流電源轉(zhuǎn)換成供給無刷電機(jī)的三相交流電源，而控制線直接連接無人機(jī)的飛行控制輸出端口，這樣就可以利用無人機(jī)配置的控制信道來操控電動(dòng)鎖扣對(duì)連接桿的固定，以便在裝置被卡住時(shí)及時(shí)使無人機(jī)與裝置分離而保證無人機(jī)的安全性。

（1）微型攝像頭，搭載在無人機(jī)的遠(yuǎn)程第一視角（FPV）攝像裝置，將圖像下傳至地面操控手，助于操控手判斷砍伐點(diǎn)和相對(duì)安全距離。本裝置配置FOXEER生產(chǎn)的HS1222型號(hào)，79g，尺寸40*40*40mm，SONY機(jī)芯，3M以上像素。

（2）無人機(jī)，進(jìn)行截枝作業(yè)時(shí)必定產(chǎn)生一個(gè)反作用力。所以配置一套抗緩沖性能好、且載重能力強(qiáng)的大槳葉無人機(jī)。且為該截枝裝置設(shè)計(jì)了一個(gè)易于從無人機(jī)裝卸的平臺(tái)。

該機(jī)型為6旋翼，具備穩(wěn)定的數(shù)字控制信號(hào)系統(tǒng)，包括控制電控鎖扣的的及時(shí)開鎖、還有無人機(jī)本身的飛行控制穩(wěn)定、抗干擾的控制信號(hào)發(fā)射和接受源。載重3kg以上，飛行穩(wěn)定。

4.與以上最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本文提案有何技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

1、基于無人機(jī)的空中精準(zhǔn)定位技術(shù)，搭載團(tuán)隊(duì)自我開發(fā)的智能輸電線路旁清障裝置，再利用第一視角遠(yuǎn)程視頻可做到對(duì)超高樹木待修剪樹冠的精準(zhǔn)定位。對(duì)超高樹木樹冠的修建高度可以在10米以上，利于運(yùn)維人員和樹主及林業(yè)部門協(xié)調(diào)，降低協(xié)調(diào)成本。又可以代替人工砍伐安全距離不夠的情況，既安全消除隱患，又免去線路停電。把無人機(jī)低空飛行技術(shù)與輸電線路旁超高樹木樹冠裁剪結(jié)合一起，給輸電線路走廊清障處理提供一個(gè)新的方法。

2、就1處超高樹木隱患點(diǎn)來說，根據(jù)福建省電力有限公司相關(guān)規(guī)定，在福建地區(qū)對(duì)線路走廊內(nèi)非征用土地上的林木進(jìn)行清理補(bǔ)償，平均1畝超高木補(bǔ)償費(fèi)用在3500左右，而利用空中截枝裝置對(duì)超高樹木進(jìn)行截枝，使導(dǎo)線與樹木距離達(dá)到安全距離，不侵犯樹主的利益，又不用進(jìn)行青苗補(bǔ)償費(fèi)用支出或者更少的補(bǔ)償款支出，很大程度提高經(jīng)濟(jì)效益。

（作者單位：國網(wǎng)福建電力有限公司檢修分公司）