多旋翼无人机输电线路飘挂物清障技术概述

多旋翼无人机输电线路飘挂物清障技术概述

尚策李新赵秦龙

中国南方电网超高压输电公司曲靖局云南曲靖655000

摘要：本文首先分析了传统清除飘挂物方式，接下来详细阐述了基于多旋翼无人机的输电线路清障装置，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。

关键词：输电架空线路；飘移物；清障装置

引言

近年来，随着社会经济的发展，电能的使用需求日益增加，对供电可靠性的要求也越来越高。作为输送电能的重要纽带，架空输电线路的运行状态时刻影响着电力系统的稳定性。根据统计，在全部的架空输电线路故障跳闸事件中，飘移物导致的跳闸事件占有很大比重，因此，及时发现和处理飘移物是线路运维工作中的重点。目前对飘移物的处理主要是采用人工拆除的方法，但人工登塔作业不仅风险高、效率低，而且在安全距离不足的情况下还需线路停电，这无疑影响了系统运行的整体稳定性。本文介绍的基于多旋翼无人机的输电线路清障装置，能够有效避免人员高空作业风险及线路停电所带来的影响，并能够针对飘移物的类型和所处位置选取不同的清障工作机构，安全、快速地处理飘移物。

1传统清除飘挂物方式

1.1停电处理

对于同塔多回输电线路现场导线上的飘挂物，在处理时安全距离不够的情况下，一般采用停电后人员登塔的处理方法。停电手续按照作业规程较为繁琐，通过人力登塔作业也增加了人身风险，停电还会影响到社会和用户正常用电，造成一定的电量和经济损失，严重影响供电可靠性指标。

1.2带电处理

带电处理飘移物有等电位与地电位两种方式。当飘移物处于杆塔横担附近，未与设备发生缠绕且拆除时不会引起线路跳闸，人员可在满足与带电设备安全距离要求的情况下进行操作时，通常采用绝缘操作杆进行处理；当飘移物与设备缠绕、人员与带电设备安全距离不满足要求，使用绝缘杆操作难度大且存在引起线路跳闸风险，组合间距、天气等因素满足等电位带电作业要求时，通常采用等电位的方式进行处理。以上两种方式均能够在线路不停电的情况下有效处理飘移物，但地电位作业受限于绝缘杆长度、作业安全距离等因素，不适用于处理距离较远的异物，且存在人员高空坠落、触电的风险；等电位作业需具备带电作业资质的人员操作，对作业工具、环境、天气均有较高要求，同样存在人员高空坠落、触电的风险。

2基于多旋翼无人机的输电线路清障装置

针对人工处理飘移物存在的短板，为了避免人员高空作业和触电风险，减少线路停电次数，安全、快速地处理飘移物，通过收集架空线路常见的飘移物类型、位置资料，同时对多旋翼无人机机身各部件构造进行分析，经最优计算和仿真，最终设计出了基于多旋翼无人机的输电线路清障装置。基于多旋翼无人机的输电线路清障装置由管体和工作机构两部分组成。第一部分为管体部分。将管体固定于无人机第二部分为工作部分，包括具有剪切、热熔、抓取功能的三个工作机构。可以根据飘移物的位置、类型，选择合适的工作机构进行处理。作业人员将选取的工作机构与管体部分可靠连接后，通过观察多旋翼无人机云台传输的实时图像，将工作机构瞄准目标物，操作遥控器控制工作机构动作。经现场运用，该装置对于塑料袋、风筝、彩带、树枝等小型飘移物均可有效处理，整个过程无需申请线路停电和登塔作业，有效地避免了人员高空作业和触电风险，对比人工处理，工作效率也大幅提升。

2.1多旋翼无人机搭载喷火装置

多旋翼无人机喷火装置由多旋翼无人机端和喷火装置端组成，其中喷火端设备由高强度密封油箱、远程点火装置、油泵装置等组合作为主要外型构架，使用国标#92及以上汽油。作业前给油箱加满油，油泵装置将汽油加压输送到喷头，经雾化装置将汽油雾化后喷出，同时地面人员通过远程控制无线点火装置，即可点燃汽油并喷出火苗来达到将飘挂物燃烧清除的效果。此喷火装置只适合在宽阔区域使用，需做好防火措施；在树木茂密或容易引起火灾的区域不建议使用，因为飘挂物燃烧后掉下来时有可能未燃烧充分，携带火苗，易引发火灾。作业后要对燃烧下来的飘挂物进行检查，确定其完全熄灭无火源，并带走处理。在适合的环境使用无人机喷火装置能准确、有效地清除飘挂物，特别是清除大型飘挂物效率更高，能及时清除飘挂物对输电线路安全运行的威胁，保证输电线路的供电可靠性。

2.2多旋翼无人机搭载自动脱钩装置

多旋翼无人机自动脱钩装置由多旋翼无人机端和脱钩装置端构成，输电线路飘挂物情况多变，此自动脱钩装置适用于大型飘挂物横跨两相时的情况。大功率八轴多旋翼无人机可携带近7.5kg的物体，作业时在横跨大型飘挂物中间位置将其勾住，操控无人机上升并将飘挂物带离，当飘挂物缠绕导线过紧，无人机最大升力峰值无法将其带离时脱钩装置可将飘挂物与无人机脱离，防止无人机损毁。此种情况飘挂物可在脱钩装置处安装钩形刀片，将飘挂物在两相中间位置割开分离。如果无人机可将飘挂物带离，由无人机运送到安全区域通过脱钩装置抛离飘挂物，此方法能让飘挂物快速脱离线路，及时解决线路安全隐患。

3发热丝清障无人机

多旋翼无人机电热丝装置由两部分组成，分别是挂接端和电热丝装置端，其中电热丝支架由高强度碳纤维构成，可耐受电热丝产生的高温，电热丝为镍铬合金，通电后可产生300℃高温，并且韧性好。清障作业时，先控制无人机飞行至指定位置，多旋翼无人机上的云台相机将把图像实时传输到地面站，作业人员结合地面站画面以及目视的方式使发热丝瞄准目标，通过捕抓机构将异物捕抓并收入捕抓口中，通过遥控器接通电源产生电流，电流流过电热丝，电热丝发热将异物熔融，在重力作用下飘挂物将熔断掉落且不易起火，达到高效清除飘挂物的目的。发热丝清障无人机适合在宽阔区域作业，作业地点需做好防火措施；因线路带电，无人机靠近线路时，飞控系统会受线路产生的磁场干扰转为姿态模式（无GPS辅助，无人机出现飘移状态），对飞手的操控要求较高。在作业过程中发热丝经由飘挂物与带电导线进行物理接触，无人机与带电导线形成等电位状态，无人机会携带一定电荷，无人机降落后，需要通过接地装置接地释放机身电荷后才可对无人机进行回收。多旋翼无人机搭载电热丝装置进行输电线路带电清除飘挂物的作业方式，具有无需人工带电登塔作业，人身风险低，工作效率等优点。

结语

处理高压架空输电线路上的飘挂异物一直是长期困扰电力系统运行维护人员的技术难题。实际作业中不受导线和异物位置、故障点周围地形环境的影响，可通过地面控制系统远距离操控清障无人机进行异物清除处理。清障无人机的应用，避免了复杂的线路停电申请，输电线路无需停电，人员不需要上塔作业，作业时间不受停电时间限制，大大提高了供电可靠性和人员作业的安全水平，保证了电网供电可靠性。实际应用证明无人机搭配清障装置确实有效提高了清障作业效率和作业安全性，在电力行业中具有非常大的应用价值，对于提高输电线路巡检水平与效率的有重大意义。清障装置采用模块化设计理念，可适配多种型号的无人机，这种方式使得清障装置拥有强大的技术延伸潜力。下一步可继续研发高空照明、激光点云扫描、机械操作手等功能模块，赋予多旋翼无人机更多的可能性与实用性。

参考文献：

[1]董伟.基于安全风险分析的输电线路状态检修方法研究[D].北京：华北电力大学，2015.

[2]魏丽娜，宁会峰，陆旺，等.多旋翼飞行器的关键技术及应用前景[J].自动化技术与应用，2016，35（9）：1-4.