一种新型电力架线无人机

一种新型电力架线无人机

赵金刚苗克林陶永才

赵金刚苗克林陶永才

（宁夏送变电工程公司750000）

摘要：推进施工技术装备创新和全过程机械化施工。要努力改变以人工为主的传统施工方式，按照“先进性、专业化、标准化、系列化”原则，推进施工技术装备创新及应用。统筹开展施工装备研制。推进全过程机械化施工。全过程统筹兼顾，各专业协同配合，系统开展设计方法、技术装备、施工工艺创新，在施工装备方面，形成系列化装备及标准配置方案；在现场施工方面，形成全过程机械化施工的标准工艺。全面推进物料运输、基础开挖、混凝土浇筑、组塔架线、接地敷设等全过程机械化施工。

关键词：先进性；专业化；标准化；系列化

一、正文

无人机放线技术为国网公司近年来电网大建设阶段，刚刚兴起的一项高端放线技术。外省送变电已将该技术应用在多项送电线路建设当中，成效显著、优势明显。今后的电网建设当中，跨越线路、跨越农田、跨越植被的情况必将增多，无人机放线技术可以规避跨越情况下对线路、农田、植被等的各种破坏隐患，同时工作效率远远高于人工展放，且抗风能力、起降便捷程度都高于飞艇，是未来架线施工中的主流技术。未来的无人机放线技术的发展方向就是不断提高无人机的载重能力、抗风能力与飞行控制能力，使无人机更加智能，作业精确度更高。本项目旨在将无人机放线技术与我公司施工情况相结合，满足施工对抗风能力、载重能力及飞行稳定性的较高要求。所以本项目将重点研究如何提高无人机的这三项能力。项目成果将使我公司掌握系统性较强的无人机放线技术，为未来将该技术拓展到更加宽泛的放线施工领域，奠定了基础，同时提升了现有无人机放线技术水平，提升了抗风能力、载重能力及飞行稳定性，提升了公司施工能力和装备技术水平。

成果研制成功后，将应用到我公司承建的各个输电线路工程的架线施工当中。同时通过与专业生产厂家合作将成果作为产品推向市场。成果成功推广后，由于该技术施工效率高，成本较低，将为公司带来直接经济效益，公司将节省大笔人工成本，及相应青赔等费用。该技术减少了人员直接参与，施工方式安全度高，为公司带来了较大的安全效益。此外，该成果成功应用后，会带来相关的产品销售、技术培训等间接经济效益。同时，我公司的品牌效应将得到增强，知名度将提高。

二、现状分析及目的

动力伞放线，由于存在较大安全隐患、使用成本高、不环保等原因，也不能满足我公司放线工作的需求。

针对输电线路架线施工条件的普遍特点：风力强、受力波动大，在实现无人机各项功能的基础上，提出提升无人机载重能力、抗风能力及飞行稳定性的方法，研制出适应恶劣环境的架线施工用多旋翼无人机，系统解决输电线路施工中对现有无人机放线技术提出的技术难题。提升输电线路建设水平。

1）针对无人机展放初级引绳所需的各项功能，提出无人机结构设计方案、飞行控制优化方案，实现飞行控制器与各功能模块间的连接，实现各项所需功能，确保无人机受控能力好，各功能模块工作正常。能够完成展放引绳的任务。

2）针对输电线路架线施工对放线用无人机提出的更高的载重能力、抗风能力、飞行稳定性的要求，提出提升方案，实现载重能力、抗风能力、飞行稳定性的提升。能够适应较为恶劣的施工环境。

三、工作原理

多旋翼电力架线施工无人机研发主要运用空气动力学、电子学、自动控制学、机械制造学等学科理论，并结合放线施工中使用的引绳及施工环境特点，研究无人机展放初级引绳技术，研制多旋翼电力架线施工无人机，系统解决使用无人机在风力较大区域进行放线施工的技术难题，并通过各承建工程的推广应用，提升公司输电线路架线施工技术水平。

基于现有无人机放线技术，针对无人机非线性补偿反馈调节与瞬态响应的控制原理特点，使用三维仿真、运动仿真、风力试验等手段，分析影响飞行稳定性、载重能力及抗风能力的因素，验证各结构方案对无人机飞行稳定性、载重能力以及抗风能力的影响。通过试验，测试无人机飞行控制系统、各功能模块的工作状况，测试无人机载重和抗风能力的提高状况。研究提升无人机飞行稳定性、载重能力、抗风能力的最佳方法。

通过分析无人机放线施工中的环境因素与无人机飞行、工作的联系，采用数学建模、仿真分析、飞行试验、风力试验等方法，研究无人机各项功能的实现和抗风等能力的提升途径，研制出适用于我国输电线路施工要求的架线施工用多旋翼无人机。

多旋翼设计较为简单，对场地无要求，可以原地转弯，符合抗风能力目标值要求。在符合抗风能力目标值要求的方案中成本最低，飞手培训周期最短。在满足载重能力目标的前提下，采用电池作为动力源成本较低，且耗能少，对环境无污染。符合国网公司使用节能环保的施工器具的要求。

机架材料使用现在主流的碳纤维材料制作，其优点在于重量轻，强度高，普遍用于航模制作。机架选用碳纤维管及碳纤维板材料。

旋翼结构可满足载重能力的目标要求，且结构简单，设计难度低。固定式与折叠式均可满足强度要求，且结构简单，而折叠式便于运输。一般遥控航拍无人机使用的是分区域供电方式，电池数量有3-4个，但通过数传图传系统智能显示主电源即电机电源的实时电压。

要求安全性稳定性等，采用一套特殊的稳压供电电路，使用一块电池作为电源供电，从而消除因个别模块电池失效带来的隐患。最后确定供电方案为电池电源供电，通过稳压控制器分配给各个用电元器件。综合考虑经济性等因素，选用模拟信号图传系统，加配一块液晶显示器。根据飞艇抛线工作原理，综合考虑灵活性、体积小等要求，采用航模用舵机配合孔销机构以达到抛线作用。

四、效果

用于展放2-3mm初级导引绳、操作灵活、节能环保、具有较高安全性。经检查能够展放韩国丝1km，放线过程中操作灵活、安全、环保。在6级风环境下，韩国丝被风吹离线路方向50米以上，无人机依然能够正常飞行作业。载重5kg铝块能够正常飞行，未出现异常反应。试飞20余次均飞行正常，并跨越黄河段进行飞跃黄河放线作业，取得了成功。

以往使用的飞艇，每次需要给气囊填充氦气，此外还需要使用液体燃料。而无人机只用对电池进行充电，使用环保节能。

结束语：除此之外，跨越带电体，沟壑，大山，河流等情况下工作效率能够提高一倍以上，因此还能节省一部分人工费用开支。经济性不可限量。

参考文献：

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[4]屠荣平，刘永丰.10kV架空绝缘导线雷击原因及防雷措施[J].中国电业（技术版），2013，09：9-11.