無(wú)人機(jī)在輸電線路帶電作業(yè)中的研究與應(yīng)用

吳二波，呂 瀟，王 軍，楊 霄，趙志剛，吉鵬飛，杜 鑫

(國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司檢修分公司,河北 石家莊 050000)

近年來(lái)，隨著生產(chǎn)生活用電量的需求逐步增大，高壓輸電線路作為國(guó)家電網(wǎng)中的骨干網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行方式極為復(fù)雜，平時(shí)很難進(jìn)行停電檢修工作，因此對(duì)于高壓輸電線路必須采用帶電檢修方式消除缺陷?，F(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)高壓線路進(jìn)行帶電檢修作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員穿著屏蔽服攜帶繩索登塔，通過(guò)跨二短三法、吊籃法、軟梯法等方法進(jìn)出電場(chǎng)進(jìn)行線路檢修，該方法對(duì)人員體力及安全措施要求較高，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。另外現(xiàn)有技術(shù)中的，對(duì)高壓線路進(jìn)行帶電檢修作業(yè)時(shí)，受作業(yè)地域地形影響較大，不利于檢修人員順利開(kāi)展工作，且極大地增加了作業(yè)人員檢修時(shí)的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，為解決這些難題，我們已將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于輸電線路帶電作業(yè)[1]，并進(jìn)行了一些研究和探索。

1 作業(yè)方法及工器具的選擇

考慮到我們主要須解決的問(wèn)題是如何選擇一種方法，在帶電的情況下使人員能快速準(zhǔn)確的到達(dá)作業(yè)點(diǎn)，并有一個(gè)穩(wěn)定的操作平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)，因此我們經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用，最終選擇了使用無(wú)人機(jī)攜帶研制的自動(dòng)掛鉤將傳遞繩掛在作業(yè)點(diǎn)，使用傳遞繩完成電動(dòng)檢修平臺(tái)的傳遞，從而進(jìn)入電場(chǎng)完成作業(yè)。

無(wú)人機(jī)：操作穩(wěn)定，定位準(zhǔn)確，高荷載八旋翼無(wú)人機(jī)（如圖1所示）。

圖1 八旋翼無(wú)人機(jī)

拋繩器：用于掛載高強(qiáng)度絕緣繩，到達(dá)作業(yè)位置，通過(guò)遙控使高強(qiáng)度絕緣繩脫離（如圖2所示）。

圖2 無(wú)人機(jī)拋繩器

自動(dòng)掛勾：無(wú)人機(jī)提升高強(qiáng)度絕緣繩，將活動(dòng)掛鉤閉鎖裝置勾住導(dǎo)線，活動(dòng)掛鉤受力至溝槽位置，掛鉤掛牢導(dǎo)線，自動(dòng)掛鉤閉鎖裝置自動(dòng)鎖止（如圖所示）。

圖3 自動(dòng)掛鉤

高強(qiáng)度絕緣繩：設(shè)置2條繩子，一粗一細(xì)，細(xì)繩與拋繩器、掛鉤連接，粗繩分別與掛鉤和電動(dòng)升降裝置相連；

電動(dòng)升降裝置：與高強(qiáng)度絕緣繩相連，并且可通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)升降，承載檢修人員沿連接于自動(dòng)掛鉤上的高強(qiáng)度絕緣繩上下移動(dòng)（如圖4所示）。

圖4 電動(dòng)升降裝置

后備保護(hù)絕緣繩：作為高空作業(yè)人員的后備保護(hù)，一端與自動(dòng)掛鉤相連，另一端固定于地面。

2 作業(yè)方法及工器具的選擇

2.1 無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)定位拋繩

將無(wú)人機(jī)下端連接拋繩器，拋繩器下端連接細(xì)高強(qiáng)度絕緣繩和自動(dòng)掛鉤，自動(dòng)掛鉤分別將粗高強(qiáng)度絕緣繩和后備保護(hù)絕緣繩連接。通過(guò)遙控器操控?zé)o人機(jī)帶動(dòng)高強(qiáng)度絕緣繩和后備保護(hù)絕緣繩上升，通過(guò)機(jī)載攝像頭觀察無(wú)人機(jī)和掛鉤位置，待掛鉤到達(dá)高壓導(dǎo)線上需要檢修的位置，進(jìn)而確定自動(dòng)掛鉤位置；控制無(wú)人機(jī)越過(guò)高壓導(dǎo)線，停穩(wěn)后進(jìn)行拋繩。

2.2 掛鉤準(zhǔn)確進(jìn)入作業(yè)位置

無(wú)人機(jī)將自動(dòng)掛鉤提升至指定位置，進(jìn)行拋繩，拋繩后自動(dòng)掛鉤的活動(dòng)掛鉤接觸導(dǎo)線，在重力的作用下，自動(dòng)掛鉤緩慢下滑，待導(dǎo)線進(jìn)入自動(dòng)掛鉤至鎖住，即完成搭線作業(yè)，自動(dòng)掛鉤掛設(shè)在高壓導(dǎo)線上。

2.3 電動(dòng)升降裝置準(zhǔn)備就緒

完成搭線后，自動(dòng)掛鉤將粗高強(qiáng)度絕緣繩和后備保護(hù)繩上端固定在導(dǎo)線上，地面配合人員將粗高強(qiáng)度絕緣繩和后備保護(hù)繩固定于地面上，防止繩子擺動(dòng)。將粗高強(qiáng)度絕緣繩連接到電動(dòng)升降裝置中的卡盤上，并操控電動(dòng)升降裝置，在地面進(jìn)行試驗(yàn)，電動(dòng)升降裝置提升稍高于地面時(shí)，關(guān)閉升降機(jī)構(gòu)。

2.4 乘坐電梯進(jìn)行檢修作業(yè)

檢修人員乘坐電動(dòng)升降裝置（相當(dāng)于電梯），并且系好安全帶，操控電動(dòng)升降裝置上升至合適的檢修位置，進(jìn)行檢修作業(yè)；檢修完成后，操控電動(dòng)升降裝置下降至地面。

2.5 無(wú)人機(jī)拆卸升降裝置

首先將電動(dòng)升降裝置從粗高強(qiáng)度絕緣繩上拆下，然后將固定于地面上的絕緣繩拆下；將無(wú)人機(jī)下連接輔助掛鉤，并控制無(wú)人機(jī)飛至自動(dòng)掛鉤上方，通過(guò)無(wú)線高清拍攝組件觀察，將輔助掛鉤與自動(dòng)掛鉤上的鎖止圓環(huán)相鉤?。豢刂茻o(wú)人機(jī)上升，當(dāng)自動(dòng)掛鉤脫離高壓導(dǎo)線后，控制無(wú)人機(jī)攜帶搭掛件飛至地面，將粗高強(qiáng)度絕緣繩和后備保護(hù)絕緣繩從自動(dòng)掛鉤上取下。

3 本方法的突出點(diǎn)

通過(guò)設(shè)置能夠掛于高壓導(dǎo)線的自動(dòng)掛鉤，可有效降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，便于輸電線路檢修。自動(dòng)掛鉤連接有粗高強(qiáng)度絕緣繩，能夠方便檢修人員乘坐升降組件上升至檢修位置，而且自動(dòng)掛鉤還連接有后備保護(hù)絕緣繩，2根絕緣繩可固定于地面，便于檢修人員的檢修工作，同時(shí)也提高了檢修人員的安全性。

設(shè)有無(wú)人機(jī)，在檢修作業(yè)時(shí)，將高強(qiáng)度絕緣繩和后備保護(hù)絕緣繩通過(guò)自動(dòng)掛鉤掛設(shè)在導(dǎo)線上；檢修完成后，也便于將自動(dòng)掛鉤在高壓導(dǎo)線上取下。

本方法提供的高壓線路檢修組合裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于攜帶，易于操作，適用于不同環(huán)境的高壓線路檢修作業(yè)，特別是山區(qū)、丘陵、河海湖泊等人員到達(dá)困難的線路檢修，選取人員、車輛能夠到達(dá)或缺陷位置，通過(guò)升降組件與高強(qiáng)度絕緣繩的配合，直達(dá)作業(yè)位置，極大減輕作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了高壓線路檢修作業(yè)的提升效率，也提高了高壓線路檢修作業(yè)的安全性。

4 安全效益

4.1 提升作業(yè)安全性

解決了部分塔形組合間隙[2]不足的問(wèn)題。將進(jìn)出電場(chǎng)時(shí)鐵塔與導(dǎo)線間的組合間隙轉(zhuǎn)變成了地面與導(dǎo)線間的組合間隙，避免了因部分塔形帶電作業(yè)組合間隙較小、安全風(fēng)險(xiǎn)增大的情況出現(xiàn)。

全程提供可靠的后備保護(hù)。等電位人員升降全過(guò)程均處于雙繩保護(hù)后備保護(hù)狀態(tài)，作業(yè)的安全性得到了充分保障。

4.2 提高作業(yè)效率

4.2.1 縮短進(jìn)出電場(chǎng)所用時(shí)間

采用高壓輸電線路無(wú)人機(jī)結(jié)合電動(dòng)升降裝置進(jìn)出等電位作業(yè)方法，可以讓等電位人員直接從地面到達(dá)導(dǎo)線作業(yè)點(diǎn)，節(jié)省了傳統(tǒng)方法中攀登鐵塔、沿導(dǎo)線到達(dá)作業(yè)位置所用的時(shí)間，在試驗(yàn)中總體節(jié)省了2～4 h，有效提高了工作效率。

4.2.2 減少作業(yè)人員數(shù)量

以生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用最多的吊籃法進(jìn)出電場(chǎng)為例，傳統(tǒng)方法需要配置至少1名工作負(fù)責(zé)人、1名專責(zé)監(jiān)護(hù)人、3名地面配合人員、2名地電位配合人員、一名等電位人員，共計(jì)8人；新方法僅需1名工作負(fù)責(zé)人、1名地面配合人員、1名無(wú)人機(jī)駕駛員、1名等電位人員，共計(jì)4人，無(wú)人機(jī)駕駛員可以視情況兼任安全監(jiān)護(hù)人，效果顯著。

待作業(yè)人員從電動(dòng)升降裝置上轉(zhuǎn)移到地面，使用無(wú)人機(jī)吊起自動(dòng)掛鉤，將繩索吊運(yùn)至地面，作業(yè)全部完成。無(wú)需高空配合人員拆卸工具、傳遞工具，有效降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 結(jié)束語(yǔ)

高壓輸電線路是國(guó)家電網(wǎng)中的骨干網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其輸電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式極為復(fù)雜，進(jìn)行帶電檢修作業(yè)時(shí)對(duì)人員體力及安全措施要求較高。采用無(wú)人機(jī)自動(dòng)掛拆裝置，便于檢修人員的檢修工作，提高了檢修人員的安全性，提高了工作效率，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。