旋翼無(wú)人機(jī)展放牽引繩技術(shù)在輸電線路施工中的應(yīng)用

高志琪

(甘肅第一建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

我國(guó)是一個(gè)發(fā)電與用電大國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年我國(guó)全年總發(fā)電量為81 122億kWh，全社會(huì)用電為83 128億kWh，35 kV及以上輸電線路回路長(zhǎng)度已達(dá)到21.56億m。西電東輸、電力扶貧、電力代替能源傳輸、特高壓電網(wǎng)建設(shè)等大型電力項(xiàng)目的建設(shè)方興未艾，而這些電力項(xiàng)目的實(shí)施都伴隨著大量的輸電線路建設(shè)。傳統(tǒng)的輸電線路工程架線施工大多采用人工架設(shè)、動(dòng)力傘展放牽引的方式進(jìn)行，但在某些輸電線路施工環(huán)境的過(guò)于復(fù)雜的情況下，如森林、湖泊、河流、山區(qū)等人工難以進(jìn)入?yún)^(qū)域，或存在如高速公路、鐵路、經(jīng)濟(jì)類(lèi)果園等障礙物區(qū)域，若采用傳統(tǒng)施工方法，不僅消耗大量的人力、時(shí)間及成本，還存在較大的風(fēng)險(xiǎn)[1]。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。旋翼無(wú)人機(jī)是最常見(jiàn)的無(wú)人機(jī)類(lèi)型之一，其便于操作、飛行穩(wěn)定、性價(jià)比較高，目前已在拍攝、交通、監(jiān)控、應(yīng)急救災(zāi)、農(nóng)業(yè)、軍事、消防、能源、國(guó)土資源勘查、電力等多個(gè)領(lǐng)域取得了很好的應(yīng)用，技術(shù)也日趨成熟完善。無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展為復(fù)雜環(huán)境下傳統(tǒng)人工架設(shè)輸電線路難度大、風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題提供了新的解決方案[2]。多旋翼無(wú)人機(jī)全天候、安全性能高、定位快速準(zhǔn)確等特點(diǎn)，較傳統(tǒng)的人工放線，可有效克服地貌及施工作業(yè)環(huán)境復(fù)雜等不利因素，特別適用于山高、坡陡、溝深的山區(qū)。目前，旋翼無(wú)人機(jī)展放輸電線路牽引繩的技術(shù)正在被逐步推廣。下面介紹旋翼無(wú)人機(jī)展放牽引繩技術(shù)在輸電線路施工中的應(yīng)用。

1 技術(shù)原理及特點(diǎn)

1.1 技術(shù)原理

無(wú)人機(jī)展放牽引繩的技術(shù)原理如圖1所示，其工藝原理主要是通過(guò)無(wú)人機(jī)攜帶牽引繩進(jìn)行線路展放。將配備有牽引繩繩盤(pán)的展放軸架固定在場(chǎng)地地面上，作業(yè)人員用遙控器操縱無(wú)人機(jī)起飛并在場(chǎng)地上懸停，操作人員通過(guò)重錘將I級(jí)牽引繩的繩頭與無(wú)人機(jī)下方的脫鉤裝置相連固定，然后操作人員控制無(wú)人機(jī)攜帶牽引繩飛過(guò)第一基桿塔頂部；在無(wú)人機(jī)拖住I級(jí)牽引繩飛過(guò)桿塔時(shí)，桿塔上的高空人員將I級(jí)牽引繩穿過(guò)放線滑車(chē)，再將牽引繩懸掛在無(wú)人機(jī)上，繼續(xù)遙控?zé)o人機(jī)飛行，飛往下一基桿塔并重復(fù)上述動(dòng)作，直到飛行至計(jì)劃的終點(diǎn)桿塔，至此完成I級(jí)牽引繩的展放工作。I級(jí)牽引繩展放完成后，進(jìn)行后續(xù)各級(jí)牽引繩的展放[3]。

圖1 無(wú)人機(jī)展放牽引繩的技術(shù)原理示意圖

不難看出，無(wú)人機(jī)進(jìn)行展放牽引繩施工工藝原理較為簡(jiǎn)單，與人工作業(yè)施工的最大區(qū)別就是用無(wú)人機(jī)代替人工作業(yè)。工藝難點(diǎn)主要在于無(wú)人機(jī)設(shè)備選型以及精度控制等方面，需要施工人員在使用無(wú)人機(jī)輸電線路施工的時(shí)候，充分做好無(wú)人機(jī)設(shè)備的性能檢驗(yàn)和飛行控制等活動(dòng)，保證無(wú)人機(jī)放線施工活動(dòng)可以按照原計(jì)劃內(nèi)容展開(kāi)全面施工，從而確保最終的施工成效。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

相較于傳統(tǒng)的人工高空展線，使用無(wú)人機(jī)來(lái)在高空展放牽引繩具有如下特點(diǎn)。

1) 高便捷性。無(wú)人機(jī)可輕松飛躍如高山、深溝、湖泊、林地、農(nóng)田等復(fù)雜作業(yè)環(huán)境，有效提高了作業(yè)的便捷性。

2) 高安全性。無(wú)人員在高空作業(yè)，可以降低人員高空施工的安全隱患，提高了整個(gè)輸電線路施工的安全性。

3) 高效率性。無(wú)人機(jī)體積相對(duì)較小、操作方便，可以很好地提高展放引繩的效率。

4) 經(jīng)濟(jì)性。隨著無(wú)人機(jī)操作人員數(shù)量的增加與無(wú)人機(jī)價(jià)格的下降，在輸電線路施工通過(guò)無(wú)人機(jī)來(lái)展放牽引引繩可以降低施工成本。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

在某電網(wǎng)輸電200 kV線路工程中，施工地區(qū)需跨越生長(zhǎng)期農(nóng)田，且地區(qū)樹(shù)木覆蓋率很高，通過(guò)人力或者畜力運(yùn)輸材料比較困難，交通運(yùn)輸成本較大，并且風(fēng)險(xiǎn)較高，如果鋪設(shè)便道，對(duì)農(nóng)田資源將產(chǎn)生巨大的浪費(fèi)；同時(shí)，一些高聳的樹(shù)木也不利于動(dòng)力傘作業(yè)，存在一定的安全隱患。針對(duì)以上問(wèn)題，考慮使用無(wú)人機(jī)展放牽引繩來(lái)進(jìn)行輸電線路施工。

2.2 專(zhuān)用機(jī)具設(shè)備選型

無(wú)人機(jī)放牽引繩的專(zhuān)用機(jī)具與設(shè)備選擇主要包括遙控?zé)o人機(jī)、牽引繩、重錘(或沙袋)以及牽引機(jī)、張力機(jī)、放線走板、張力卸扣、旋轉(zhuǎn)器等架線機(jī)具等，其中最重要的為無(wú)人機(jī)的選擇及牽引繩的選擇。

2.2.1 無(wú)人機(jī)選擇

由于其結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性等原因，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用于輸電線路施工中的無(wú)人機(jī)大多選用是旋翼無(wú)人機(jī)，其操控操作方便、性能強(qiáng)，可垂直起降和懸停，且飛行性能穩(wěn)定。在短距離常規(guī)項(xiàng)目施工時(shí)，常采用多旋翼小型無(wú)人機(jī)。根據(jù)該項(xiàng)目的工程特點(diǎn)，采用某公司生產(chǎn)的D690x六軸小型多旋翼無(wú)人機(jī)，其相關(guān)性能參數(shù)如表1所示。

表1 本項(xiàng)目所采用的無(wú)人機(jī)主要指標(biāo)參數(shù)

2.2.2 牽引繩選擇

牽引繩的參數(shù)性能對(duì)于后續(xù)無(wú)人機(jī)施工作業(yè)有著重要的影響。牽引繩選擇應(yīng)根據(jù)無(wú)人機(jī)的承載力、牽引力以及作業(yè)條件及要求確定。該項(xiàng)目選用目前線路施工應(yīng)用較為廣泛的迪尼瑪繩作為牽引繩，相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 迪尼瑪牽引繩相關(guān)指標(biāo)參數(shù)

迪尼瑪繩是一種采用迪尼瑪高強(qiáng)度聚乙烯纖維運(yùn)用線體加強(qiáng)工藝制成的超圓滑敏感的繩體，其表面加入了潤(rùn)滑因子，改進(jìn)了線繩表面的涂層，具有密度低、拉力強(qiáng)、絕緣性能好、延伸率低、耐高溫耐腐蝕、耐疲勞、耐磨等特點(diǎn)。

2.3 施工準(zhǔn)備

無(wú)人機(jī)展放牽引繩之前需做好相關(guān)準(zhǔn)備工作。

1) 線路調(diào)查。首先對(duì)展線場(chǎng)地、飛行線路及其環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，掌握?qǐng)龅丶熬€路的地形、地貌、道路、其他線路等情況，對(duì)于無(wú)人機(jī)飛行而言，尤其要關(guān)注飛行線路上是否存在電磁波干擾。若場(chǎng)地或線路存在隱患應(yīng)提前做好針對(duì)性的防控措施。

2) 無(wú)人機(jī)試飛。根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)規(guī)劃好飛行路線，作業(yè)人員操作無(wú)人機(jī)進(jìn)行全程試飛行，檢查后續(xù)正式飛行中可能存在問(wèn)題，確保后續(xù)正式施工時(shí)無(wú)人機(jī)不會(huì)受到沿線環(huán)境的影響。

3) 確定職能分工。制定崗位責(zé)任制，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行明確分工，確定各個(gè)工種職能分工。

4) 安全技術(shù)交底。為確保后續(xù)正式施工時(shí)的應(yīng)用質(zhì)量和效率，需對(duì)相關(guān)作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)安全交底，交底內(nèi)容包括作業(yè)流程，無(wú)人機(jī)作業(yè)操作方法、技術(shù)要點(diǎn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及要求，質(zhì)量安全要求及控制措施，交底完成后簽字保存記錄。

2.4 放線施工

無(wú)人機(jī)展放牽引繩的施工流程如圖2所示。

圖2 無(wú)人機(jī)展放牽引繩施工流程

在展放I級(jí)牽引繩時(shí)需要根據(jù)施工耐張段(基耐張桿塔之間即為一個(gè)耐張段)進(jìn)行實(shí)施，無(wú)人機(jī)展放牽引繩的工作應(yīng)選擇適合無(wú)人機(jī)飛行作業(yè)的天氣進(jìn)行，避免在大風(fēng)、雨雪等天氣下進(jìn)行。

1) 場(chǎng)地布置。在待展線輸電線路的兩端，選一處視野較好、地形比較空曠的場(chǎng)地作為無(wú)人機(jī)的起飛場(chǎng)地。根據(jù)每卷牽引繩與每個(gè)耐張段長(zhǎng)度，在考慮弧垂的情況下合理布置張力場(chǎng)和牽引場(chǎng)。將牽引繩卷軸通過(guò)專(zhuān)用軸架安裝固定在場(chǎng)地上，避免其在后續(xù)展放過(guò)程中發(fā)生纏繞。

2) 滑車(chē)懸掛。按照施工方案要求，在每個(gè)桿塔頂端左右兩側(cè)各懸掛安裝一個(gè)牽引繩專(zhuān)用的放線滑車(chē)。

3) 無(wú)人機(jī)準(zhǔn)備。安裝無(wú)人機(jī)的各個(gè)部件并在地面進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，檢測(cè)無(wú)人機(jī)是否正常。地面檢查無(wú)問(wèn)題后，通過(guò)遙控操作，在場(chǎng)地進(jìn)行試飛，檢查無(wú)人機(jī)在飛行狀態(tài)下是否能正常工作。

4) 首檔展放。從地面軸架的牽引繩上引出端頭與重錘連接好并倒出余繩，將其固定在無(wú)人機(jī)下方的脫鉤裝置上，然后作業(yè)人員控制無(wú)人機(jī)，攜帶牽引繩向第一桿塔飛行，牽引繩在無(wú)人機(jī)的牽引下，在無(wú)人機(jī)后慢慢展放。

5) 通過(guò)滑車(chē)。無(wú)人機(jī)飛過(guò)桿塔頂時(shí)，作業(yè)人員遙控?zé)o人機(jī)的飛行，讓牽引繩落在桿塔頂部，遙控?zé)o人機(jī)進(jìn)行減速、懸停，懸停飛行高度約為高于塔頂20 m。此時(shí)，塔上作業(yè)人員將牽引繩安裝入滑車(chē)。

6) 檔中展放。遙控?zé)o人機(jī)攜帶牽引繩繼續(xù)飛往下一個(gè)桿塔，在飛行中根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)與周邊環(huán)境適時(shí)調(diào)整無(wú)人機(jī)飛行高度及航線，并控制好牽引繩的張力，使?fàn)恳K順利通過(guò)障礙物，完成檔中展放。

7) 無(wú)人機(jī)著陸。重復(fù)上述動(dòng)作，直到飛行至計(jì)劃的終點(diǎn)桿塔，完成本施工區(qū)段的牽引繩展放。展放完畢后，無(wú)人機(jī)著陸，將展放好的牽引繩繩頭綁扎牢固，完成I級(jí)牽引繩展線。

后續(xù)的各級(jí)牽引繩逐級(jí)通過(guò)機(jī)動(dòng)絞磨和張牽機(jī)再進(jìn)行鋪設(shè)展放，直到完成主牽引繩(鋼絲繩)的展放為止。

2.5 控制要點(diǎn)

對(duì)于無(wú)人機(jī)展放牽引繩作業(yè)而言，其控制要點(diǎn)主要有現(xiàn)場(chǎng)管控操作、無(wú)人機(jī)操作、迪尼瑪牽引繩使用三個(gè)方面。

2.5.1 現(xiàn)場(chǎng)管控要點(diǎn)

1) 在無(wú)人機(jī)正式進(jìn)行展放作業(yè)時(shí)，每個(gè)桿塔應(yīng)配備1人，負(fù)責(zé)將牽引繩放入預(yù)先安裝在桿塔頂端的滑車(chē)內(nèi)，或?qū)o(wú)人機(jī)拋下的牽引繩固定在桿塔頂短。同時(shí)，每個(gè)桿塔的作業(yè)人員都須配備對(duì)講機(jī)，在無(wú)人機(jī)展線作業(yè)時(shí)隨時(shí)保持信號(hào)暢通，以便在作業(yè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)與無(wú)人機(jī)操作人員或指揮員進(jìn)行溝通。

2) 在無(wú)人機(jī)展線作業(yè)過(guò)程中，作業(yè)人員需根據(jù)放線數(shù)據(jù)及天氣情況，對(duì)放線操作參數(shù)適時(shí)、細(xì)致地進(jìn)行調(diào)整與管理，保證各項(xiàng)放線數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

3) 滑車(chē)對(duì)于各級(jí)展線的流暢性有著十分重要的影響。每個(gè)桿塔安裝懸掛的滑車(chē)都應(yīng)為經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)合格，可正常流暢轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)卡頓、異響等情況。對(duì)有問(wèn)題的滑車(chē)應(yīng)及時(shí)更換或修理，不得使用。

2.5.2 無(wú)人機(jī)使用要點(diǎn)

1) 提前對(duì)無(wú)人機(jī)檢查，并確保無(wú)人機(jī)電池電量滿足現(xiàn)場(chǎng)施工。同時(shí)做好與相關(guān)單位、人員的聯(lián)系對(duì)接，確定作業(yè)區(qū)域內(nèi)可進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行作業(yè)。正式施工前應(yīng)進(jìn)行試飛試驗(yàn)，檢查無(wú)人機(jī)及周邊環(huán)境的狀態(tài)，確保后續(xù)牽引繩展線作業(yè)的正常運(yùn)行。

2) 在進(jìn)行無(wú)人機(jī)展線時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照施工方案與作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的要求設(shè)置無(wú)人機(jī)的操作和監(jiān)控體系，確保遙控操作的可靠有效，通信聯(lián)絡(luò)的暢通高效，使得無(wú)人機(jī)作業(yè)做到完全可知可控、可用可靠。

3) 一般電力線路施工無(wú)人機(jī)的抗風(fēng)等級(jí)為5級(jí)，在無(wú)人機(jī)展線作業(yè)時(shí)，一旦環(huán)境風(fēng)力超過(guò)無(wú)人機(jī)所得規(guī)定的抗風(fēng)限制級(jí)別，操作人員應(yīng)立即遙控?zé)o人機(jī)進(jìn)行著陸，停止飛行作業(yè)，防止出現(xiàn)風(fēng)力過(guò)大而致無(wú)人機(jī)墜落的情況。

4) 在無(wú)人機(jī)展線作業(yè)時(shí)，應(yīng)對(duì)無(wú)人機(jī)的牽引荷載進(jìn)行控制，不得使無(wú)人機(jī)所牽引的荷載超過(guò)允許值，以免出現(xiàn)無(wú)人機(jī)墜落等情況。

2.5.3 迪尼瑪牽引繩使用要點(diǎn)

1) 牽引繩在軸架上盤(pán)線及展線時(shí)應(yīng)注意防護(hù)，避免軸架周?chē)考蝹麪恳K。同時(shí)牽張?jiān)O(shè)備的張力輪、導(dǎo)向輪、連接器放線滑車(chē)等與牽引繩接觸的部位應(yīng)隨時(shí)注意檢查，確保光滑無(wú)毛，防止因操作不當(dāng)造成設(shè)備及工具損傷牽引繩。

2) 在無(wú)人機(jī)展線及后續(xù)的牽引過(guò)程中，桿塔上的高空作業(yè)人員時(shí)刻注意看護(hù)好牽引繩的運(yùn)行，防止跳出滑車(chē)槽。當(dāng)牽引繩掛到障礙物時(shí)，立即通過(guò)對(duì)講機(jī)通知無(wú)人機(jī)做操作人員與指揮人員，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證牽引繩展放安全高效進(jìn)行。

3) 在電力線路施工時(shí)，使用無(wú)人機(jī)展放牽引繩技術(shù)雖需要使用無(wú)人機(jī)設(shè)備，增加了相應(yīng)的成本。但是，對(duì)于整個(gè)施工過(guò)程而言，采用無(wú)人機(jī)展放牽引繩及時(shí)，有效避免了毀壞莊稼、林木的情況，不會(huì)產(chǎn)生生態(tài)破壞行為，節(jié)省了人力成本，同時(shí)也有效提高了作業(yè)人員施工作業(yè)的安全性，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)水平得到快速提升，在電力系統(tǒng)工程的應(yīng)用也越來(lái)越常見(jiàn)。在跨越障礙地形輸電線路施工中，采用無(wú)人機(jī)展線技術(shù)，可避免施工作業(yè)對(duì)原有森林、農(nóng)作物、果園等的損毀和清理工作，提升施工作業(yè)的安全性、經(jīng)濟(jì)性，可供推廣。