無人機(jī)在鐵路電力工程架線施工中的應(yīng)用

周磊

摘 要：鐵路電力工程的傳統(tǒng)架線施工方法不僅消耗大量的人力資源，而且需要大量的投資。而將展放引繩工作利用無人機(jī)來部署，不僅可以減少人力，而且可以大大提高展放引繩工作的安全性，并有力保證架線施工的安全性。這種方法適用于鐵路電力工程的導(dǎo)線架設(shè)。本文著重探討無人機(jī)在鐵路電力工程架線施工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用方法，并提出具體的應(yīng)用措施，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);鐵路電力工程;架線施工

中圖分類號(hào)：U223文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）05-0118-03

Abstract： The traditional stringing construction method of railway power engineering not only consumes a lot of human resources， but also requires a lot of investment. The deployment of unmanned aerial vehicle can not only reduce the manpower， but also greatly improve the safety of the deployment work， and effectively ensure the safety of the stringing construction. This method is suitable for the lead wire erection of railway power engineering. This paper focused on the application advantages and methods of UAV in railway power engineering stringing construction， and put forward specific application measures for reference.

Keywords： UAV;railway power engineering;stringing construction

架線工程是電力工程中特別重要的部分。傳統(tǒng)的架線施工操作有的采取人工拖曳的方式，有的使用絞磨機(jī)和其他傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工。在導(dǎo)線構(gòu)建過程中涉及許多高空作業(yè)任務(wù)，例如，連接絕緣子、緊線和滑車閉鎖等，并且這些任務(wù)存在一定的安全隱患，在施工路段需穿越河流、高速公路或者人口集中區(qū)，若仍然借助傳統(tǒng)的人工架線方法，勢(shì)必會(huì)面臨道路和河航封閉等問題，這不僅會(huì)影響電力項(xiàng)目工程的進(jìn)度，而且會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。為了防止出現(xiàn)封路或其他弊端，就需要采用跨越架線的方式。在架空線路施工過程中，如何將導(dǎo)線從跨接框架的一端平穩(wěn)地傳送到另一端成為一大關(guān)鍵性問題。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。其因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于處理、操作便捷，被社會(huì)大眾廣泛地應(yīng)用于電力工程架線施工中[1]。特別是在鐵路電力架線建設(shè)過程中，使用無人機(jī)鋪設(shè)牽引繩簡(jiǎn)單、方便、安全，可以大大提高鐵路工程的安裝速率和工藝標(biāo)準(zhǔn)。

1 無人機(jī)在鐵路電力工程架線施工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)是由無線電遙控設(shè)備或其他控制器控制的飛行設(shè)備。它不需要飛行員在機(jī)艙內(nèi)駕駛，飛行過程由電子設(shè)備控制自動(dòng)進(jìn)行。飛機(jī)上不用安裝與飛行員有關(guān)的設(shè)備，這樣就能有效地節(jié)省和利用空間裝載應(yīng)用設(shè)備以完成賦予它的各種任務(wù)[2]。無人機(jī)系統(tǒng)通常包含6個(gè)部分：機(jī)身、動(dòng)力系統(tǒng)，機(jī)載設(shè)備，飛控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸裝置，圖傳設(shè)備，控制指揮（見圖1）[3]。在供電線路建設(shè)過程中，供電線路過長(zhǎng)的走廊，復(fù)雜的地勢(shì)及供電線路通過山川、森林、河流、城區(qū)等區(qū)域，均會(huì)給電力工程線路架設(shè)工作增添諸多困難，不僅會(huì)影響工程進(jìn)度，破壞生態(tài)環(huán)境，而且還可能引發(fā)安全事故。為了有效避免各項(xiàng)難題，可采用無人機(jī)部署牽引繩來進(jìn)行鐵路電力工程架線。此類方式有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1.1 有利于減少人員、物資投入，提高架線施工速率

在以往的鐵路電力工程架線建設(shè)項(xiàng)目中，人力是架線實(shí)施的主要力量。但是，由于布線工作量大，工作任務(wù)繁重，因此，布線速率低下。為了提升布線效率，必須增加大量人力資源，提升了成本?，F(xiàn)階段，隨著科技的快速進(jìn)步，無人機(jī)在鐵路布線中的應(yīng)用能有效節(jié)約人力資源，減少工程項(xiàng)目實(shí)施的投資，更重要的是，無人機(jī)的運(yùn)用可以提高鐵路電力架線工程的安裝速率[4]。

1.2 有利于減小環(huán)境因素的影響，提高架線施工速率

在利用傳統(tǒng)人力方式架設(shè)導(dǎo)線時(shí)，若在架設(shè)過程中遭遇湖泊、高山、河流、城區(qū)，經(jīng)常會(huì)對(duì)導(dǎo)線架設(shè)過程帶來一定的阻力。而在鐵路電力工程架線項(xiàng)目中應(yīng)用無人機(jī)，能夠較好地減小地形因素給工程實(shí)施所帶來的阻力，從而提升架線工作效率。

1.3 有利于保護(hù)周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境

用無人機(jī)來放置牽引繩可以有效防止高壓線路穿過森林時(shí)因樹木遮擋導(dǎo)致需要對(duì)樹木進(jìn)行砍伐的行為，從而更好地保護(hù)周圍的生態(tài)環(huán)境。

2 無人機(jī)在鐵路電力工程架空線路作業(yè)中的應(yīng)用方式

2.1 合理選用牽引繩的材料

由于無人機(jī)體積較小、重量輕，所以額定載荷和牽引功率受到限制。這就對(duì)牽引繩提出了特殊要求，選擇的牽引繩應(yīng)容易攜帶、輕巧、強(qiáng)度高且易于使用[5]。結(jié)合這些特性，需要選擇一種特殊材質(zhì)的牽引繩，并且能根據(jù)無人機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行操作，從而順利展放牽引繩，具體操作為：無人機(jī)帶動(dòng)直徑為3.5 mm的特殊迪尼瑪繩（初級(jí)牽引繩）輸送至放線段中各個(gè)位置的電桿的橫擔(dān)，然后，使用拉力機(jī)緩慢拉出直徑為12 mm的迪尼瑪牽引繩（第二級(jí)牽引繩）。松開主牽引繩后，再用第二級(jí)牽引繩牽拉直徑為15 mm的抗扭鋼絲繩（第三級(jí)牽引繩），實(shí)現(xiàn)牽引繩的展放工作。

2.2 施工準(zhǔn)備

在牽引繩展放之前，工作人員應(yīng)該選擇地勢(shì)開闊、地面兩端延伸性好、無人機(jī)視野良好的地面作為無人機(jī)起飛的起點(diǎn)。此時(shí)，首先將無人機(jī)擺放在平地上，然后展開機(jī)翼并調(diào)試裝置。必須在無人機(jī)下方懸掛一個(gè)約1 m長(zhǎng)的配重，并將牽引繩部分安裝在無人機(jī)下方的鎖中，以防止?fàn)恳K在空中飄浮不定，卷入機(jī)翼而造成意外發(fā)生。

2.3 展放作業(yè)

①準(zhǔn)備工作完成后，就可以操作無人機(jī)。無人機(jī)起飛前，操作員要雙手握住無人機(jī)。這樣可以防止在平地上起飛時(shí)無人機(jī)平穩(wěn)性不足，從而有效降低無人機(jī)的功效，并提高其航程范圍。

②遙控操作員可以通過遙控機(jī)器屏幕上實(shí)時(shí)顯示的情況了解并掌握無人機(jī)駕駛的地形，以及時(shí)調(diào)整無人機(jī)沿目標(biāo)方向移動(dòng)，并使其將牽引繩引導(dǎo)至目標(biāo)電桿。

③無人機(jī)起飛時(shí)，必須確保牽引繩的線盤處于靈活狀態(tài)，以提高無人機(jī)和牽引繩之間的靈活性，保持飛行穩(wěn)定性。

④無人機(jī)附著牽引繩從每個(gè)直線桿的頂部持續(xù)飛行，牽引繩落在各個(gè)電桿的頂部，無人機(jī)接著朝前方飛行直到終端桿位置。在到達(dá)終端桿之后，可以利用遙控器在最佳的區(qū)域使無人機(jī)松開下部的牽引繩，并在配重的助力下使?fàn)恳K實(shí)現(xiàn)下落。

⑤當(dāng)無人機(jī)釋放牽引繩之后，它會(huì)轉(zhuǎn)向并飛到起飛區(qū)，然后降落以完成牽引繩的放置。

⑥展開所有牽引繩后，電力工程施工人員將每根桿頂部的牽引繩放入預(yù)設(shè)的滑輪中，驅(qū)動(dòng)由牽引機(jī)放置的牽引繩，并使用現(xiàn)有的牽引繩，將第二級(jí)牽引繩帶到每根電桿橫擔(dān)區(qū)域，最后，三級(jí)牽引繩穿過每個(gè)電桿，鋼芯鋁絞線通過三級(jí)牽引繩實(shí)現(xiàn)展放。

2.4 施工安全要求

①在實(shí)現(xiàn)牽引繩的展放以后，需要把初級(jí)牽引繩置于電桿上的預(yù)懸掛滑輪中，以避免鋪設(shè)的牽引繩被外部環(huán)境所損壞。

②各個(gè)電桿均需要通過測(cè)試的滑輪，以確保其可以穩(wěn)定運(yùn)行和自由旋轉(zhuǎn)。一旦存在問題，應(yīng)在第一時(shí)間進(jìn)行檢修或者換取新的部件。

③在拖曳作業(yè)過程中，桿塔上的工作人員需要把控好牽引繩的操作，為了防止跳槽，特別是當(dāng)牽引繩被障礙物絆住時(shí)，應(yīng)及時(shí)傳達(dá)牽引場(chǎng)立即暫停作業(yè)，在將障礙物清走之后再進(jìn)行拖拽作業(yè)。

④牽引繩與主牽引繩和第二級(jí)牽引繩之間的連接采用抗彎接頭和轉(zhuǎn)子，以避免打結(jié)。

⑤在無人機(jī)飛行之前，通過風(fēng)向標(biāo)風(fēng)速儀對(duì)風(fēng)速和風(fēng)向及其他參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，以確定其是否可以運(yùn)行，一般嘗試順風(fēng)飛行。

⑥現(xiàn)場(chǎng)安排專人指揮，始終遵守指揮人員的命令，并堅(jiān)持觀察風(fēng)向、風(fēng)速、湍流等情況。通常來說，無人機(jī)的抗風(fēng)能力有限，需在5級(jí)風(fēng)速下才能正常作業(yè)。若作業(yè)區(qū)域風(fēng)力比規(guī)定的抗風(fēng)級(jí)別大，應(yīng)馬上停止操作，避免出現(xiàn)飛行事故。

⑦放置牽引繩時(shí)，無人機(jī)要與既有架空線路保持一定的安全距離，以免牽引繩被風(fēng)刮到既有架空線路上，從而造成意外事件。

⑧所有關(guān)鍵的過境點(diǎn)需要專人看管，特別要注意直徑為3.5 mm的初級(jí)牽引繩，不要丟下橫架框架;在高速公路交叉口位置，應(yīng)保持在同地面之間的安全距離內(nèi)。

⑨在操作過程中，操作員應(yīng)該保護(hù)好牽引繩，以避免線盤散落，并防止出現(xiàn)摩擦、打結(jié)等問題。

3 無人機(jī)在電力領(lǐng)域的未來發(fā)展

通常情況下，對(duì)于牽引繩展放工作，傘電機(jī)的使用更為頻繁，但從經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面來考慮，無人機(jī)更具優(yōu)勢(shì)。另外，隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展和進(jìn)步，無人機(jī)的技術(shù)水平也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并逐漸向智能化、先進(jìn)化的趨勢(shì)發(fā)展，已開始推廣應(yīng)用于電力領(lǐng)域。無人機(jī)在架空線路施工中的應(yīng)用可以顯著提高牽引繩的展放速率和工藝標(biāo)準(zhǔn)，并促進(jìn)架空線路的高效施工。同時(shí)，它可以提高后期電力線路的運(yùn)營(yíng)效率，降低各種運(yùn)營(yíng)成本。隨著自動(dòng)化、大數(shù)據(jù)、無線網(wǎng)絡(luò)等科學(xué)技術(shù)的有效應(yīng)用，無人機(jī)技術(shù)將得到深入發(fā)展，其在架空線路建設(shè)中的應(yīng)用前景也將不斷深化，為鐵路電力工程的發(fā)展提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。

4 結(jié)語

利用傳統(tǒng)人力方式架設(shè)導(dǎo)線時(shí)局限性較大，而使用無人飛行器為鐵路電力工程部署牽引繩，不僅有利于節(jié)省人力、物力，減少地形阻力，提高架線工作效率，而且有利于保護(hù)周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。此外，無人機(jī)技術(shù)還能增強(qiáng)展放引繩的安全性，在鐵路電力工程的輸電線路建設(shè)中非常值得推廣。

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