小型無人直升機(jī)在特高壓線路架線中的應(yīng)用探索

楊建東

（山東誠信工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

引言

十一五期間我國相繼建成了1000kV和±800kV交直流特高壓線路，國家電網(wǎng)公司在"十二五"規(guī)劃中提出今后我國將建設(shè)聯(lián)接大型能源基地與主要負(fù)荷中心的"三縱三橫"特高壓骨干網(wǎng)架和13項直流輸電工程（其中特高壓直流10項），形成大規(guī)模"西電東送"、"北電南送"的能源配置格局。到2015年，基本建成以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的堅強智能電網(wǎng)，形成"三華"、西北、東北三大同步電網(wǎng)。

交直流特高壓工程的開工建設(shè)在新技術(shù)、新設(shè)備、新材料、新工藝等方面取得了一大批國內(nèi)外領(lǐng)先的創(chuàng)新成果，形成了世界上試驗?zāi)芰ψ顝姷奶馗邏?、大電網(wǎng)試驗研究體系。

作為世界上電壓等級最高、輸送容量最大、送電距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的交直流輸電線路工程，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了巨大作用，如向上直流特高壓肩負(fù)著向上海世博會送電的重任。交直流特高壓工程跨越黃河、漢江、長江，跨越距離大、鐵塔高度高，同時長江、漢江屬于通航河流，船只多，以上因素給特高壓交直流架線施工帶來了較大風(fēng)險。能否選擇一種既能保證工程的安全、高效，減少不必要的環(huán)境污染、民事協(xié)調(diào)對進(jìn)度造成的影響，又能確保工期滿足里程碑計劃，提高經(jīng)濟(jì)效益的施工機(jī)具牽引初導(dǎo)引繩呢？答案是肯定的，小型無人直升機(jī)就可以有效解決上述問題。

1 必然性

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，環(huán)境不可避免的遭受人為的破壞，國家對工程建設(shè)的審批要求越來越嚴(yán)格，尤其是環(huán)評。向上線工程伊始，國家電網(wǎng)公司就提出了以建設(shè)"資源節(jié)約，環(huán)境友好"工程為目標(biāo)，全面推行"兩型一化"、"兩型三新"項目建設(shè)，大力開展技術(shù)創(chuàng)新與科技創(chuàng)新，全面優(yōu)化環(huán)保措施，在節(jié)約土地，控制噪聲、改善環(huán)境、保護(hù)生態(tài)等各方面都取得實質(zhì)性重大突破，全面實現(xiàn)建設(shè)綠色和諧工程的建設(shè)目標(biāo)。要實現(xiàn)以上目標(biāo)，就必然應(yīng)用到新設(shè)備、新技術(shù)、新材料、新工藝。在輸電線路工程架線施工階段對環(huán)境破壞性較大的是導(dǎo)引繩的展放過程，在以往工程架線階段導(dǎo)引繩的展放一般采用人工展放，在通過高山峽谷、江河湖泊、密集林區(qū)、建筑、電力線路、農(nóng)作物時十分困難，并且經(jīng)常伴隨著林木砍伐、青苗賠償、封航停運等情況的發(fā)生，而且人力展放導(dǎo)引繩作業(yè)強度大、工作效率低、存在諸多不安全因素。同時需用人員較多，大量人員的走動及垃圾的亂扔給環(huán)境造成一定影響。綜合以上因素分析，利用飛行器展放導(dǎo)引繩是不錯的選擇，現(xiàn)有的展放導(dǎo)引繩的飛行器有動力傘、飛艇、直升機(jī)等，而在上述幾種飛行器中小型無人直升機(jī)具有較大的優(yōu)勢，可最大限度滿足以上要求，具備在輸電線路中推廣和應(yīng)用。

自上個世紀(jì)50年代開始大型直升機(jī)在國外的輸電線路施工中發(fā)揮了巨大作用，取得重大的應(yīng)用成果，如美國應(yīng)用直升機(jī)帶電換裝導(dǎo)線間隔棒，加裝護(hù)線條，在帶電的交直流超高壓線上維修架空地線、沖洗絕緣子、舊塔拆除、新塔吊裝、新導(dǎo)線架設(shè)；前蘇聯(lián)1981年在一條跨越伏爾加河的500kV雙回路線路的搶建施工中成功對126m高的拉線跨越塔分段吊裝。我國自上世紀(jì)至今也多次使用大型直升機(jī)在輸電線路中施工并取得了寶貴的施工經(jīng)驗。雖然大型直升機(jī)在輸電線路施工中發(fā)揮了重大作用，但與小型無人直升機(jī)相比還有一定的劣勢，如大型直升機(jī)由于人工駕駛危險性高，需較高的駕駛技術(shù)，駕駛?cè)藛T培訓(xùn)周期長，直升機(jī)產(chǎn)生的噪音和塵土污染較大，使用費用高，研制周期長，核心技術(shù)難以掌握[1]。小型無人直升機(jī)的研制相對就簡單的多，核心技術(shù)易于掌握，安全系數(shù)高，操作簡易，可以應(yīng)用于非大型物件的吊裝、運輸?shù)容旊娋€路施工。

小型無人機(jī)能實現(xiàn)自動巡線的功能，利用先進(jìn)的視頻識別系統(tǒng)，無人機(jī)將自動跟蹤巡線并自動保持與帶電線路的安全距離，通過可見光與紅外監(jiān)測技術(shù)，通過圖像實時傳輸來識別運行線路所存在的一些問題。小型無人機(jī)系統(tǒng)研究的最終目的是實現(xiàn)送電線路初級導(dǎo)引繩的全自主展放。

綜上所述，小型無人直升機(jī)的研制及推廣應(yīng)用是社會發(fā)展的必然產(chǎn)物，代表著社會生產(chǎn)力的提高和社會發(fā)展的進(jìn)步，是將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于實際的具體表現(xiàn)之一，是"四新"技術(shù)在輸電線路工程的體現(xiàn)之一。

2 可行性

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，原先被國外廠商壟斷的制造技術(shù)已逐漸被國內(nèi)的眾多企業(yè)所掌握，而且具有自主知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品的型號也越來越多，基本可以滿足輸電線路工程施工的需要。與塔件的吊裝所采用的大型直升機(jī)不同，展放導(dǎo)引繩采用小型無人直升機(jī)就可以完成?，F(xiàn)在有很多施工企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)合作采取共同開發(fā)的方式，把科學(xué)技術(shù)（科研成果）直接轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，這樣做企業(yè)既節(jié)省了研發(fā)經(jīng)費同時又縮短了施工工期，而且科研單位更可以將科研成果應(yīng)用于實際，達(dá)到了雙方共贏的目的。施工企業(yè)可以根據(jù)工程需要要求科研單位量身定做滿足施工的小型無人直升機(jī)，如江蘇送變電公司與總參第60研究所合研的天鷹-3小型無人直升機(jī)在向上線長江大跨越就成功用于牽引初級導(dǎo)引繩，開創(chuàng)了世界電力工程領(lǐng)域的先河，為小型無人直升機(jī)的推廣應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗。以上論述充分說明小型無人直升機(jī)在我國輸電線路施工領(lǐng)域具有可行性、實用性。

3 實用性

3.1 應(yīng)用廣泛，受場地限制小，環(huán)保

小型無人直升飛機(jī)具有可以在狹小場地起飛和降落、使用維護(hù)方便、線路巡視作業(yè)準(zhǔn)確、高效等優(yōu)勢，是輸電線路巡檢的理想裝備。

除巡線外還可以應(yīng)用到線路施工的眾多方面，如高山、跨越電力線路、鐵路、高速公路、普通線路導(dǎo)地線展放施工，用于牽引初導(dǎo)引繩等。

在同等效率的情況下小型無人直升機(jī)設(shè)備數(shù)量少，體積小，占地面積相對較小，可有效減少樹木砍伐，青苗損壞及其它植被的破壞，環(huán)保效果明顯。

3.2 使用方便，易于操作

小型無人直升機(jī)移動方便，設(shè)備操作人員、配合人員相對較少，小型直升飛機(jī)屬于運動器材，航空審批手續(xù)相對簡單，在跨越通航河流時無需封航，施工時間由自己靈活掌握。

3.3 安全高效

采用無人直升機(jī)巡線，不僅可以大大提高線路巡視質(zhì)量和效率，還可以降低維護(hù)人員作業(yè)風(fēng)險和工作強度，改善工作環(huán)境，提升輸電線路運行維護(hù)管理水平。

采用飛艇放線施工不穩(wěn)定；采用動力傘放線操作人員存在一定安全隱患；采用有人直升機(jī)放線一方面費用高昂，另一方面施工組織難度大，安全風(fēng)險高；采用人力展放導(dǎo)引繩費時費力，而且需要大量人工，人員素質(zhì)良莠不齊，管理困難，同時因人工展放導(dǎo)引繩植被破壞性較大容易帶來民事及環(huán)保問題，而阻礙施工進(jìn)度；小型無人直升機(jī)由于采用遠(yuǎn)程遙控，飛機(jī)飛行安全穩(wěn)定，安全事故發(fā)生率低，從而可有效降低施工作業(yè)中施工人員的安全風(fēng)險，大大提高安全系數(shù)。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益高

與采用的飛艇、動力傘和有人直升機(jī)等放線施工飛行器相比，小型無人直升機(jī)不僅操作簡便，而且施工速度快，價格低廉，與其它飛行器相比利潤可觀，例如向上線胡家灘長江大跨越在牽引初導(dǎo)引繩中就節(jié)約40萬元左右的有人直升機(jī)租賃費用，飛艇反復(fù)充氣費用較高，同時與人力展放相比可減少一筆可觀的樹木砍伐、青苗賠償及河道封航費用。

4 研制難點及方向

小型無人機(jī)研制的關(guān)鍵技術(shù)核心是實現(xiàn)無人機(jī)在輸電線路架線施工展放初級導(dǎo)引繩的過程中，通過對初級導(dǎo)引繩與鐵塔頂部放線滑車的感應(yīng)識別，自動實時地調(diào)整自身飛行軌跡，使?fàn)恳某跫墝?dǎo)引繩能輕松落入放線滑車內(nèi)，達(dá)到人工干預(yù)少、施工效率高的目標(biāo)。因此小型無人直升機(jī)的自動化程度是研制的關(guān)鍵，自動化程度的提高可有效解決施工應(yīng)用中出現(xiàn)的不可預(yù)見因素，極大提高安全性能、操作性、實用性。同時在航程、安全性、荷載能力、最大牽引力方面需進(jìn)一步有所改進(jìn)，因為以上四點同樣是檢驗小型無人直升機(jī)能否值得大力推廣的因素之一。

為確保小型無人直升機(jī)在牽引初級導(dǎo)引繩、巡線方面及其它方面的實用，在研制前施工單位就應(yīng)把直升機(jī)的有關(guān)參數(shù)、達(dá)到的效果等提前通知科研單位如需要的最大荷載、飛行時間、怎樣能更有利于的巡線，在巡線時監(jiān)測系統(tǒng)更能有效發(fā)現(xiàn)金具、導(dǎo)線、絕緣子、銷釘及桿塔器材上的缺陷等，以便于科研單位根據(jù)實際情況開展設(shè)計。

5 應(yīng)用前景展望

采用小型無人直升機(jī)展放初導(dǎo)引繩施工工藝，有效提高了輸電線路放線施工功效，減少了外部環(huán)境的影響給施工帶來的風(fēng)險，降低了施工人員的勞動強度及工程施工成本，有利于輸電線路工程沿線環(huán)境保護(hù)。小型無人直升機(jī)的研制周期短，適應(yīng)性強，使用過程中安全、高效、實用，同時具有垂直起降、空中定點懸停、低空低速等特性，充分滿足了線路施工在各種地形條件和技術(shù)條件下的要求，在我國的特高壓交直流及500kV線路施工中已得到應(yīng)用，積累了一定的實踐經(jīng)驗和理論基礎(chǔ)，適合于在新建設(shè)輸電線路工程中推廣。

6 應(yīng)用實例

向上線特高壓直流胡家灘長江大跨越位于湖北省赤壁市赤壁鎮(zhèn)，耐張段長度3.401km，共有四基鐵塔，其中兩基跨江塔高度為198.5m，兩基錨塔高度為55m，江北錨塔NXS1A、跨越塔NXS2A，江南跨越塔NXS3A、錨塔NXS4A。導(dǎo)線采用4*AACSR/EST-640/290,地線一根采用LBGJ14-340-14AC鋁包鋼絞線，另一根采用OPGW光纜，本次初導(dǎo)引繩展放采用總參60研究所研制的天鷹-3號無人直升機(jī)。該機(jī)機(jī)長3.6m，機(jī)寬0.6m，旋翼直徑3.4m，適用風(fēng)速5級以下，飛行偏差5-10m，作業(yè)抗風(fēng)能力4級，最大起飛重量100kg，任務(wù)荷載能力 20kg，續(xù)航時間 1h，最大飛行速度120km/h，飛行半徑30km，工作環(huán)境溫差 -20～+50℃，起降場地10mx10m，最大牽引力200N。在向上±800kV特高壓直流輸電線路胡家灘長江大跨越初導(dǎo)引繩展放過程中，從起飛到展放完畢，只用了40分鐘，全過程不封航，安全高效，效果理想。

7 施工中注意事項

7.1 系統(tǒng)可靠性

直升機(jī)牽引系統(tǒng)的聯(lián)接應(yīng)正確可靠，直升機(jī)的吊掛能力和吊掛系統(tǒng)必須牢固可靠，起飛前對各部件進(jìn)行檢查，嚴(yán)格按操作說明進(jìn)行操作。

7.2 速度控制

直升機(jī)懸掛重錘后以不超過3米/秒的速度牽引迪尼瑪繩慢速向前飛行，專用張力機(jī)帶張力展放。直升機(jī)帶張力牽引能力需滿足要求，并能夠很好地與專用張力機(jī)的展放速度配合。

7.3 切繩操作

無人機(jī)到達(dá)指定地點后，施工人員接到繩體，發(fā)出命令后無人機(jī)方可準(zhǔn)確及時的進(jìn)行切繩操作。對于采用雙切刀的，操作順序應(yīng)正確、迅速，無人機(jī)在此過程中須穩(wěn)定懸停，確保能夠承受切繩前后荷載變化引起的沖擊。

7.4 通訊及人員配合

塔上及地面通信設(shè)備應(yīng)保持暢通，信號的傳輸及時、準(zhǔn)確、可靠。指揮人員，各個塔位人員，地勤人員及時聯(lián)系溝通，緊密配合，同時高空作業(yè)人員須按《安全工作規(guī)程》有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，采取必要的安全防護(hù)措施。

結(jié)束語

小型無人遙控直升機(jī)體積小、重量輕，航空審批手續(xù)簡單，最大限度的減少對自然環(huán)境的破壞及青苗賠償，節(jié)約了成本，避免了封航帶來的麻煩，有效解決了施工進(jìn)度與安全的關(guān)系。

根據(jù)我國輸電線路電壓等級實際情況，科研部門應(yīng)積極研制滿足不同電壓等級、全天候安全適用的小型無人直升機(jī)，以適應(yīng)我國輸電線路在架線、巡線等各方面的需要。

小型無人直升機(jī)在特高壓直流輸電線路工程中的成功運用為工程積累了寶貴的經(jīng)驗，在今后的工程中值得推廣和應(yīng)用。

[1]盛大凱，黃克信.關(guān)于應(yīng)用直升機(jī)進(jìn)行輸電線路的思考[J].電力建設(shè)，2008，（8）；44-45.