噴火無人機(jī)在線路導(dǎo)地線異物消缺的應(yīng)用分析

李彥鋒，高梓瑞，梁江濤，楊延斌

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局，云南 大理 671000）

0 前言

架空輸電線路會因大風(fēng)氣候帶來許多漂浮物懸掛或纏繞于架空輸電線路導(dǎo)地線上，大部分漂浮物纏繞或懸掛位置多在絕緣子串與導(dǎo)線的連接金具處、導(dǎo)線的間隔棒和防震錘也多是異物懸掛的主要位置。由于部分漂浮異物的尾帶較長，容易在導(dǎo)線間纏繞，經(jīng)下雨或在潮濕環(huán)境中長時間以后，絕緣性能變差，易造成輸電線路跳閘，影響供電可靠性，危急電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。須盡快進(jìn)行清除，以保證輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 異物消缺噴火無人機(jī)

應(yīng)用于架空輸電線路導(dǎo)地線異物消缺的噴火無人機(jī)多以M600 為基礎(chǔ)改裝完成的攜帶噴火器的無人機(jī)。主要由無人機(jī)、噴火器、地面操作站（遙控器）三部分構(gòu)成。

1）M600 無人機(jī)是一款六旋翼飛行器，其飛行載荷為6 kg，1 組電池（6 塊）在高海拔山區(qū)的平均飛行時間為25 分鐘，結(jié)合在進(jìn)行噴火消缺作業(yè)時懸停消耗電能增加的情況，1 組電池的平均飛行時間大約在18 分鐘左右。

2）噴火器由儲油罐、噴槍、抽油裝置、電子打火裝置等部位構(gòu)成，裝設(shè)于無人機(jī)底部，通過接入無人機(jī)供電系統(tǒng)進(jìn)行取電。

3）地面操作站主要由無人機(jī)遙控、噴火器遙控構(gòu)成，其中噴火器遙控單獨(dú)控制噴火器的出油及打火工作。

4）由以上三個部分組成的無人機(jī)噴火系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)風(fēng)向、地形不同，可噴出的火焰長度約在3-6 米的區(qū)間，若在極度逆風(fēng)的環(huán)境中，會出現(xiàn)無法點(diǎn)火或火焰無法有效噴射的情況。

同時，由于搭載噴火器的原因，使得大疆M600 無人機(jī)在無人機(jī)機(jī)身上難以安裝可見光攝像頭，部分噴火無人機(jī)僅搭載一個小型FPV 攝像頭，該攝像頭存在像素模糊，難以觀測作業(yè)區(qū)域周圍信息的劣勢。在這一難題的解決處理上，后文中將作講解。

2 使用情況分析

2.1 實(shí)例一

2.1.1 使用過程中發(fā)現(xiàn)問題

1）噴火器在噴火時，機(jī)載FPV 攝像頭所傳回圖像數(shù)據(jù)較為模糊，同時對周圍地貌情況回傳的圖像數(shù)據(jù)也不清晰，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確定位無人機(jī)與纏繞異物間的等高平面；

2）工作過程中環(huán)境風(fēng)速較大，風(fēng)向較亂，噴火器點(diǎn)火耗費(fèi)時間較長，嘗試打火5 次才點(diǎn)火成功。

2.1.2 應(yīng)對措施

由于風(fēng)向不定，工作組采用離導(dǎo)線約1 米的距離處嘗試噴火消缺。

無人機(jī)使用過程中的標(biāo)高以及位置校準(zhǔn)工作由2 名地面工作人員（1 人使用望遠(yuǎn)鏡觀測無人機(jī)高度位置，進(jìn)行定高信息報送；1 人在地面與異物纏繞處成1 條直線處觀測無人機(jī)水平位置，進(jìn)行水平位置信息報送）分別進(jìn)行口頭報送信息，由無人機(jī)駕駛員進(jìn)行相應(yīng)校準(zhǔn)。噴火器操作人員根據(jù)地面工作人員報送抵達(dá)預(yù)定位置信息進(jìn)行噴火器出油點(diǎn)火工作。

2.1.3 使用成效及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

無人機(jī)空中位置難以校準(zhǔn)，需研究定高定位方法；風(fēng)向較亂，結(jié)合季節(jié)與時間特性，應(yīng)選擇風(fēng)較小的時段開展消缺工作；地面工作人員使用望遠(yuǎn)鏡對無人機(jī)位置信息進(jìn)行觀測所得的信息不準(zhǔn)確，易造成操作手對位置判斷錯誤的情況。

2.2 實(shí)例二

2.2.1 使用過程中發(fā)現(xiàn)問題

1）風(fēng)速較大，風(fēng)向較亂，火焰雖是在順風(fēng)側(cè)噴射，但由于風(fēng)速較大，嚴(yán)重影響無人機(jī)穩(wěn)定，導(dǎo)致火焰長時間無法有效灼燒到異物上；

2）該線路導(dǎo)線排列方式為三角形排列，中相導(dǎo)線在上方，噴火無人機(jī)需進(jìn)入電場進(jìn)行作業(yè)，無人機(jī)作業(yè)下方2 米區(qū)域即是下相導(dǎo)線，受電場干擾極大，無人機(jī)定位系統(tǒng)狀態(tài)提示為“姿態(tài)模式”（該模式不同于無人機(jī)平常使用時的“GPS 模式”，“GPS 模式”下無人機(jī)會根據(jù)GPS 信息進(jìn)行自我校準(zhǔn)及增穩(wěn)，在“姿態(tài)模式”下，無人機(jī)無法完成坐標(biāo)自我校準(zhǔn)，機(jī)身位置會受風(fēng)向影響出現(xiàn)較大偏離，需操作人員進(jìn)行手動位置修正）。在強(qiáng)風(fēng)作用下，無人機(jī)擺動較大，加大作業(yè)難度。

2.2.2 應(yīng)對措施

工作首次使用小型無人機(jī)在空中定位的方式為噴火無人機(jī)進(jìn)行標(biāo)高工作，基于不影響信號的因素，與噴火無人機(jī)作業(yè)區(qū)域距離拉大至10 米，僅為噴火無人機(jī)進(jìn)行標(biāo)高工作。由于作業(yè)點(diǎn)下方周圍空曠，地面水平位置標(biāo)定仍由地面工作人員進(jìn)行。

2.2.3 使用建議

1）若工作地段風(fēng)向較亂，風(fēng)力較大時，選擇風(fēng)較小的時段開展消缺工作；

2）姿態(tài)模式下，無人機(jī)失去部分自主校準(zhǔn)能力，操作難度加大，對無人機(jī)的操控上，需要有豐富姿態(tài)模式駕駛經(jīng)驗(yàn)的操作手才能勝任；

3）通過小型無人機(jī)的圖傳信息，可以更清晰、直觀反映噴火無人機(jī)在空中的位置、姿態(tài)信息，方便噴火無人機(jī)及時對無人機(jī)姿態(tài)進(jìn)行修正。

2.3 實(shí)例三

2.3.1 使用過程中發(fā)現(xiàn)問題

1）該桿段垂直高差較大，與路邊無人機(jī)起飛點(diǎn)的相對高差約為50 余米，異物纏繞于架空地線上，為氣象局所使用的氣象監(jiān)測裝置，由于氣象球破裂，導(dǎo)致尾繩隨風(fēng)飄蕩，纏繞于架空地線上；

2）架空地線較細(xì)，纏繞物尾繩較細(xì)，相對高差較大，無人機(jī)到達(dá)作業(yè)區(qū)域存在困難。

2.3.2 現(xiàn)場應(yīng)對措施

仍使用小型無人機(jī)完成標(biāo)高工作，此次工作由小型無人機(jī)規(guī)劃噴火無人機(jī)航線，小型無人機(jī)與中型無人機(jī)在同一起降點(diǎn)起飛，通過小型無人機(jī)測算飛行高度，水平距離等為噴火無人機(jī)規(guī)劃航線，航線規(guī)劃完成后仍停于作業(yè)區(qū)域10 米遠(yuǎn)處，為噴火無人機(jī)進(jìn)行標(biāo)高定水平位置的工作。地面工作人員在作業(yè)點(diǎn)下方區(qū)域使用望遠(yuǎn)鏡觀測無人機(jī)與地線之間的間距，為無人機(jī)操作人員提供距離信息。

2.3.3 使用成效及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1）由于現(xiàn)場高差大、水平距離遠(yuǎn)，操控噴火無人機(jī)基本處于超視距操作，需地面配合人員，標(biāo)高無人機(jī)操作人員與噴火無人機(jī)操作手密切配合，及時提供實(shí)時位置信息及飛機(jī)姿態(tài)信息；

2）超視距情況下，為有效保證噴火無人機(jī)飛行安全，需小型標(biāo)高無人機(jī)遠(yuǎn)離噴火無人機(jī)作業(yè)區(qū)域20 米以上，以應(yīng)對可能發(fā)生的意外情況；

3）地面配合人員需盡量結(jié)合噴火無人機(jī)實(shí)時位置，為噴火無人機(jī)提供一定距離信息，如噴火無人機(jī)噴槍與架空地線或?qū)Ь€的實(shí)際距離，若距離低于1.5 米需及時告警提醒，以避免發(fā)生噴槍觸碰架空地線或?qū)Ь€造成墜機(jī)。

2.4 實(shí)例四

2.4.1 使用過程中發(fā)現(xiàn)問題

1）該桿段為鋼管塔，且為同塔雙回，由于風(fēng)向?yàn)橄蚓€路外側(cè)方向，在線路外側(cè)進(jìn)行噴火消缺難以進(jìn)行，火焰難以噴出；

2）選定作業(yè)區(qū)域在兩條線路中間，存在作業(yè)區(qū)域較窄，作業(yè)區(qū)域內(nèi)導(dǎo)地線排列對無人機(jī)操作要求較高，須注意觸碰上方地線墜機(jī)或由于誤操作無人機(jī)觸碰導(dǎo)線后墜機(jī)的風(fēng)險。

2.4.2 現(xiàn)場應(yīng)對措施

仍使用小型無人機(jī)完成標(biāo)高工作，時刻為噴火無人機(jī)駕駛員提供高度信息，噴火無人機(jī)駕駛員通過該信息，以及在地面觀察得出的無人機(jī)水平面位置信息操控?zé)o人機(jī)。噴火器遙控人員根據(jù)無人機(jī)駕駛員給出的信號進(jìn)行點(diǎn)火工作。由于本次消缺工作中，風(fēng)向?yàn)橄驅(qū)Ь€外側(cè)吹，導(dǎo)致從導(dǎo)線內(nèi)側(cè)開展消缺的方案沒有效果，火焰長度不足。綜合考慮同塔雙回六相導(dǎo)線間距滿足無人機(jī)作業(yè)區(qū)域要求，以噴火無人機(jī)在同塔雙回六相導(dǎo)線中懸停以順風(fēng)噴射火焰的方式對異物進(jìn)行消缺。

2.4.3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1）面對35 kV 同塔雙回線路使用噴火無人機(jī)在導(dǎo)線間開展消缺的，需多方面考慮作業(yè)環(huán)境是否滿足噴火無人機(jī)飛行，若間距較小，小于噴火無人機(jī)翼展2.5 倍的，作業(yè)中意外墜機(jī)風(fēng)險較高，不建議使用；

2）使用噴火無人機(jī)進(jìn)行消缺，若現(xiàn)場存在一定大風(fēng)情況，視情況，在保證安全的前提下選擇順風(fēng)側(cè)懸停噴火效果較好。

3 消缺關(guān)鍵點(diǎn)

根據(jù)以上實(shí)際使用，結(jié)合不同高海拔地區(qū)各類特殊地形特點(diǎn)，現(xiàn)對噴火無人機(jī)應(yīng)用于架空輸電線路導(dǎo)地線異物消缺的使用條件進(jìn)行以下建議：

3.1 作業(yè)方法及環(huán)境

1）使用小型無人機(jī)標(biāo)高輔以地面觀察人員報位配合噴火無人機(jī)操作手的方式是目前適用于使用噴火無人機(jī)開展導(dǎo)地線異物消缺的最優(yōu)方法，該方法能保證噴火無人機(jī)懸停位置準(zhǔn)確，以達(dá)到快速消缺的目的。但在實(shí)際作業(yè)過程中由于需要小型無人機(jī)標(biāo)高手、噴火無人機(jī)操作手、地面觀察手密切配合，有條不紊，故需要在作業(yè)開展前提前溝通完善作業(yè)中的報送信息的口號、方式等，以保證作業(yè)安全；

2）部分作業(yè)場景可能導(dǎo)致噴火無人機(jī)處于姿態(tài)模式，姿態(tài)模式下，無人機(jī)失去部分自主校準(zhǔn)能力，操作難度加大，對無人機(jī)的操控上，需要有豐富姿態(tài)模式駕駛經(jīng)驗(yàn)的操作手才能勝任；在該模式下開展作業(yè)需結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，在保證設(shè)備安全的前提下開展作業(yè)，若風(fēng)力超過安全作業(yè)風(fēng)力等級，不建議開展作業(yè)；

3）大風(fēng)是影響噴火無人機(jī)有效作業(yè)的因素，建議根據(jù)地域風(fēng)力特性選取合適的時段開展噴火無人機(jī)消缺作業(yè)，若現(xiàn)場存在一定大風(fēng)情況，視情況，在保證安全的前提下選擇順風(fēng)側(cè)懸停噴火效果較好；

4）建議將無人機(jī)作業(yè)人員與噴火器操作人員分別指定，無人機(jī)作業(yè)人員須時刻關(guān)注無人機(jī)狀態(tài)并作出相應(yīng)調(diào)整。（部分噴火無人機(jī)將噴火器打火出油裝置與無人機(jī)遙控器關(guān)聯(lián)在了一起，這樣不利于無人機(jī)操作人員應(yīng)對突發(fā)情況）；

5）對于35 kV 同塔雙回線路使用噴火無人機(jī)在導(dǎo)線間開展消缺的，需多方面考慮作業(yè)環(huán)境是否滿足噴火無人機(jī)飛行，若間距較小，小于噴火無人機(jī)翼展2.5 倍的，作業(yè)中意外墜機(jī)風(fēng)險較高，不建議使用。

3.2 作業(yè)關(guān)鍵點(diǎn)

1）無人機(jī)作業(yè)點(diǎn)（噴火點(diǎn)）與異物之間的直線距離在3 米以上為宜；

2）噴火無人機(jī)作業(yè)點(diǎn)附近需準(zhǔn)備滅火器，安排不少于2 人管理滅火器以應(yīng)對應(yīng)急火災(zāi)情況；

3）噴火無人機(jī)作業(yè)完成后，降落前選取合適高度、合適區(qū)域進(jìn)行泄油工作（環(huán)境允許可進(jìn)行噴火泄油）；

4）嚴(yán)格按照相關(guān)作業(yè)規(guī)定作業(yè)。

3.3 不建議使用噴火無人機(jī)的環(huán)境

1）消缺作業(yè)點(diǎn)處于無人機(jī)禁飛區(qū)處；

2）消缺作業(yè)點(diǎn)周圍林木繁茂處；

3）復(fù)雜交叉跨越不利于無人機(jī)起降飛行的區(qū)域（如：作業(yè)區(qū)域下方有交叉跨越的絕緣導(dǎo)線，城市綠化帶、商鋪等）；

4）特定環(huán)境下有更好、更安全、風(fēng)險更低的消缺方式時（如帶電作業(yè)消缺、激光清障儀消缺等）。

4 結(jié)束語

噴火無人機(jī)現(xiàn)已有效應(yīng)用于大部分架空輸電線路導(dǎo)地線異物消缺的工作中，但受限于燃料為汽油，作業(yè)過程中會帶來一定作業(yè)風(fēng)險。同時，由于各消缺現(xiàn)場情況復(fù)雜不一，在使用時，須充分分析作業(yè)點(diǎn)周圍環(huán)境，辨識可能存在的風(fēng)險，并提出落實(shí)風(fēng)險防范措施后，在保證人身、設(shè)備、電網(wǎng)安全的前提下開展相關(guān)作業(yè)。在作業(yè)方式上，建議使用文中所述，使用小型無人機(jī)標(biāo)高輔以地面觀察人員報位配合噴火無人機(jī)操作手的方式開展噴火消缺。