架空線路無人機(jī)異物清除噴火裝置的研制

鐘明亮 王伊

摘? 要：高壓架空輸電線路在大風(fēng)等季候性天氣條件下，經(jīng)常會(huì)懸掛或纏繞一些塑料薄膜、風(fēng)箏線等，由于雨雪天氣的影響，時(shí)常會(huì)導(dǎo)致發(fā)生線路相間短路或接地故障。鑒于此，文章研制出一款高效、穩(wěn)定的異物清除噴火裝置;將其搭載于多旋翼無人機(jī)下，可在線路帶電情況下高速、有效地清除異物，極大地降低了人力物力的消耗，確保了輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：架空線路;異物清除;無人機(jī);噴火裝置

中圖分類號(hào)：TM755? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）30-0013-03

Abstract： Under monsoon weather conditions such as high winds， overhead transmission lines often hang or entangle some plastic film， kite lines， etc. Due to the influence of rain and snow， it often causes phase-to-phase short-circuit or grounding faults. In view of this， this paper develops an efficient and stable fire-breathing device for cleaning the plastic products wrapped on overhead transmission line， it is installed under the multi-rotor UAV （unmanned aerial vehicle） to quickly remove the plastic products under the condition of power on the line， thus greatly reducing the consumption of human and material resources and ensuring the safe and stable operation of the transmission line.

Keywords： overhead transmission line; plastic product removal; UAV; fire-breathing device

引言

新疆送變電工程公司管轄的輸電線路，涵蓋35kV～1100kV電壓等級(jí)，線路全長12897km。線路通道附近的大量村莊、農(nóng)戶從事著農(nóng)業(yè)種植等生產(chǎn)活動(dòng)，在大風(fēng)天氣下，風(fēng)箏線、編織袋或塑料大棚使過用的塑料布被大風(fēng)吹起，纏繞在導(dǎo)線上，雨雪天氣下有可能造成線路接地或短路的故障[1-2]。新疆常見的大風(fēng)主要有兩種類型：強(qiáng)大的冷空氣活動(dòng)所造成的大風(fēng)，風(fēng)力一般能達(dá)到5級(jí)左右，陣風(fēng)可達(dá)8～10級(jí)，以冬、春季出現(xiàn)最多;夏季午后到傍晚，當(dāng)積雨云過境時(shí)會(huì)有較大風(fēng)力產(chǎn)生，這種大風(fēng)持續(xù)時(shí)間短、風(fēng)力大、破壞性強(qiáng)。而傳統(tǒng)的架空線路異物清除方法主要有兩種：一是停電后人工上塔摘除;二是等電位帶電作業(yè)摘除。兩種方法都需要較大的人力物力，且作業(yè)復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，同時(shí)又無法保證人身安全[2]。因此，該輸電工區(qū)需要研制出一款高效、穩(wěn)定的異物清除裝置，提高工作效率，保證線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 無人機(jī)噴火裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于纏繞在導(dǎo)線上的異物主要為風(fēng)箏線、編織袋、塑料薄膜等，都為可燃物，因此可以研制一款特種作業(yè)噴火裝置，并搭載于多旋翼無人機(jī)下，靠近導(dǎo)線異物進(jìn)行噴火作業(yè)，便能夠安全、快速、高效地消除缺陷[3-5]。

目前，國內(nèi)使用的無人機(jī)噴火裝置的作業(yè)距離在3～5m，且抗風(fēng)性能差，在大風(fēng)條件下無法正常作業(yè)，難以滿足新疆輸電工區(qū)的作業(yè)要求。因此需要研制一款無人機(jī)特種作業(yè)噴火裝置，以滿足長距離、高質(zhì)量火焰的作業(yè)要求，實(shí)現(xiàn)該工區(qū)輸電線路的異物清除。本文擬提出的研制方案如下：

（1）特種球形泵替代葉輪泵;

（2）添加燃料預(yù)熱裝置;

（3）使用定制噴頭;

（4）防風(fēng)點(diǎn)火裝置替代火花塞，實(shí)現(xiàn)兩段式點(diǎn)火。

無人機(jī)噴火裝置的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖如圖1所示。

1.1 壓力系統(tǒng)

壓力系統(tǒng)主要部件為球形泵，其體積和重量較小，適合無人機(jī)搭載，有效減小重量負(fù)載，提高無人機(jī)的高空作業(yè)時(shí)間。其特點(diǎn)如下：

（1）密封可靠：任何需要防止工質(zhì)泄漏的動(dòng)密封處，都能設(shè)計(jì)成具有相當(dāng)寬度的面配合動(dòng)密封，避免了線密封結(jié)構(gòu)，使其達(dá)到可靠的密封效果;

（2）無進(jìn)排氣閥：不需要設(shè)置進(jìn)排氣閥，減少能耗減低噪音，成本低，可靠性好;

（3）結(jié)構(gòu)緊湊、零件少：只有三個(gè)運(yùn)動(dòng)件，空間占用小;

（4）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，高速變頻性能良好：由于無氣閥，零件受力潤滑好，無往復(fù)運(yùn)動(dòng)件和引起高振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)件，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，高速變頻性能良好;

（5）機(jī)械摩擦損失小：由于活塞與轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速只有主軸的一半，所以機(jī)械摩擦損失小;

（6）能耗低：由于無氣閥、密封可靠、機(jī)械摩擦損失小等特點(diǎn)，所以效率高;

球形泵的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該球形泵出口壓力為3bar、流量600ml/min，能夠很好地滿足噴頭的適配要求。泵體轉(zhuǎn)速、壓力、流量關(guān)系如圖3所示。

1.2 預(yù)熱系統(tǒng)

低溫汽油從噴頭處高速噴出，明火也難以引燃，必須對燃料進(jìn)行預(yù)熱。若直接在燃料箱中預(yù)熱存在爆炸的危險(xiǎn)，選擇在噴頭前加裝一段螺旋狀的預(yù)熱管。同時(shí)，利用防風(fēng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃的明火對其加熱，這樣在燃料噴射的過程中，會(huì)流經(jīng)預(yù)熱管，提高溫度，使燃料從噴頭噴出后更易被點(diǎn)燃，提高整套系統(tǒng)的可靠性。

1.3 定制噴頭

采用特殊設(shè)計(jì)的噴頭，其特點(diǎn)如下：

（1）高壓力可形成液柱流（0°）或扁平扇形噴霧形狀，液滴顆粒中等大小;在1至10bar工作壓力下噴射角度為5°至65°;

（2）使用內(nèi)置導(dǎo)流葉片穩(wěn)定紊流，實(shí)現(xiàn)均勻噴霧分布;

（3）噴嘴側(cè)面有銑削出的平臺(tái)，它與噴霧平面平行，對快速校準(zhǔn)噴射位置提供參照;

（4）使用特殊硬化不銹鋼材質(zhì)以延長使用壽命，提高流量控制的精準(zhǔn)度;

（5）配合球形泵的高壓力，能實(shí)現(xiàn)完全燃燒的效果。

1.4 點(diǎn)火系統(tǒng)

基于安全考慮，火焰要與整套燃料系統(tǒng)分離，并且能夠保證一次性完全點(diǎn)燃火焰，因此選擇使用兩段式點(diǎn)火方式。第一段通過防風(fēng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃設(shè)置在噴頭處的丁烷氣體，形成明火;第二段通過明火將噴頭噴射出的燃料引燃，完成火焰的噴射。

其中，防風(fēng)點(diǎn)火器通常為單次觸發(fā)式放電，如果在放電瞬間丁烷氣體未達(dá)到燃燒條件，就會(huì)發(fā)生無法點(diǎn)燃的情況，需要進(jìn)行多次點(diǎn)火，為了解決這一問題，利用原點(diǎn)火器的放電觸頭，設(shè)計(jì)了新的震蕩電路，使觸頭能夠以0.2s的間隙連續(xù)放電，由于不同電壓下產(chǎn)生的電弧長度均有不同，通過對測試，得出放電曲線如圖4所示。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，將放電觸頭間隙設(shè)定為4.5mm，調(diào)整輸入電壓，電弧長度可穩(wěn)定在5mm左右，電弧明亮，點(diǎn)火成功率達(dá)到百分之百。

圖4 點(diǎn)火裝置放電曲線

2 試驗(yàn)研究

本文研制的無人機(jī)特種作業(yè)噴火裝置的功能參數(shù)見表1。

同時(shí)，通過模擬現(xiàn)場異物工況條件，對該無人機(jī)噴火裝置進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，效果如圖5所示。通過分析得出，無人機(jī)噴火裝置噴射火焰距離為6.15m，噴火時(shí)間為5～8s，可連續(xù)噴火工作3次，平均工作時(shí)間大約5min（傳統(tǒng)異物清除工作時(shí)間1小時(shí)左右），大大提高了工作效率，且能夠滿足新疆輸電工區(qū)不同工況環(huán)境線路的異物清除，確保架空輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行[6]。

3 結(jié)論

本文通過研制無人機(jī)特種作業(yè)異物清除噴火裝置，并進(jìn)行改造升級(jí)，提高了火焰噴射距離、噴火工作時(shí)間、帶電作業(yè)效率，有效地滿足了新疆輸電工區(qū)的工況要求。此種作業(yè)方法無需停電狀態(tài)下人員登塔作業(yè)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、保證了人身安全，大大節(jié)約了人力、物力、財(cái)力等。

參考文獻(xiàn)：

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