四旋翼无人机在高压输电带电作业中的应用
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摘 要：介绍了无人机在高压输电线路中的应用，通过操作四旋翼无人机完成高压电场的带电作业操作。实践证明，可有效地避免带电作业人员进入强电场作业，提高带电作业的安全系数，具有较高的实用价值和推广意义。
关键词：无人机；输电线路；带电作业；拆除异物
中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：
0引言
由于输电线路长期在自然环境中运行，难免受到外部环境条件的影响，在春秋等多风季节，多有防尘网、塑料布、风筝线等悬挂在输电线路导、地线上，的情况发生[1]。若不及时清除，极易造成相间短路或带电设备对周围物体放电，导致线路非计划停运，甚至引发安全事故[2]。传统的处理异物方法主要是靠人员进入输电线路导、地线的强电场内进行带电人工清理，作业人员劳动强度大，安全风险大，因此需要研制一种使作业人员不进入高压强电场的轻巧、简便的并能快速处理线路异物的清理工具，以确保输电线路的供电可靠性[3]。
1清除异物方法
1.1带电抛绳清除异物
线路对地距离在18M以下，导线水平排列，上下排列的杆形，一般情况下可以使用抛掷绝缘绳索的方法处理异物，具体做法是在绳索上安装钩物器，上下移动绳索钩住异物，进而拆除异物[4]。但是，如果导线是上下排列形式，会导致绳索与异物悬挂点不在一个平面，拆除难度会大大增加。
1.2等电位清楚异物
线路对地距离在18M以下，导线三角型排列，由于导线相间距离较近，都无法使用抛掷绝缘绳拆除的方法，只能使用等电位作业法进行拆除。
线路对地距离在18M以上，导线水平排列，由于导线对地距离太高无法使用抛掷绝缘绳拆除的方法，只能使用等电位作业法进行拆除。
1.3停电清除异物
线路对地距离在18M以上，导线上下排列，由于导线对地距离太高又是上下排列，只能在保证线间距离大于带电作业规定值时才使用等电位作业法进行拆除。如果安全距离不足，只能申请停电处理。
1.4带电清除异物环境要求
带电作业主要考虑风、雨、雪、雾、雷、温度和湿度等。 当风力超过一定级别，作业人员、工具设备等受风力影响较大；绝缘工具在雨、雪、雾天气下，绝缘性能降低，容易造成工具闪络；雷电可引起电网系统过电压，过电压将使带电设备和绝缘工具有可能发生闪络或击穿而受到破坏，威胁人身和设备安全；当气温低于O℃，高于+38℃时，作业人员操作比较困难；当空气相对湿度大于80%时，对绝缘工具影响较大，特别是绝缘绳索的绝缘强度明显下降，放电电压降低，泄漏电流增加，导致发热冒烟，产生明火，烧断绳索[5]。所以在这些情况下，一般不准进行带电作业。
2 无人机选取
由于科技不断发展，带电清理异物方法也在不断改进，多种新型工器具被采用来辅助抛掷绳索，降低工作人员进入电场的几率，保证人身安全。飞行器就是其中一种，飞机的模型见表1所示。其中，直升机操控起来动作较为灵活，可以做的花样更多一些，但操作难度高。直升机的纵向稳定性获得原理比较复杂，总得来说其克服扰动恢复原有状态的能力较弱，适用于杆塔观察。 固定翼飞机主要通过其水平尾翼来获得纵向稳定性，从而确保其在飞行时能主动修复扰动带来的影响。由于水平尾翼距离飞机重心位置的距离长，所以稳定性好，适用于线路巡视[6]。四翼飞行器体积小，灵活，具有将近500克的载重能力，理论上适合带电作业，可以带绝缘绳飞行.
3 使用四翼飛行器带电清除异物
3.1四旋翼无人机带绝缘绳索穿越带电导、地线
现场选择了一条无压线路，进行了实验，将四翼飞行器系上绝缘绳索，放置在悬挂异物的导线两侧，慢慢控制飞行器起飞将绳索带过导线慢慢落下，实验过程中飞行器飞行平稳，飞行器能贴近导线飞行可有效控制线间距离。在无压线路进行测试结果显示，利用多旋翼无人机进行透绳作业方法是可行的。
为了验证在带电线路上是否受到电磁干扰，分别在110kV和220kV线路进行测试，为保证安全根据人身与带电体的距离为标准，110kV保持1.3m，220kV保持2.1米的安全距离。实测中发现，当旋翼机在接近此距离时会发出指南针异常的警告，考虑到旋翼机需要在两相导线之间进行穿越，所以在进行操作时，不得在接近导线处悬停，这样就避免出现指南针异常现象的发生。
在带绝缘绳透绳和在无压线路上所做的测试一样，顺利完成了在110kV和220kV导线和架空地线上的透绳，并顺利完成了模拟处理导线异物的工作。
3.2影响因素
四旋翼无人机在带电线路上工作，需要考虑到飞机本身是工程塑料相对绝缘，但是电机、电调、飞控和GPS都是电子元件并通过电线连接，在电场中会产生电位差，从而产生电流影响电子元件的正常工作，所以对带电体一定要保持足够的安全距离，经过现场不断地测试，制定了旋翼机在悬停时对带电体的安全距离如下：35kV线路安全距离：2米；110kV线路：3米；220kV线路：4米。
穿越两相导线和导线与架空地线飞行时，旋翼机必须从两相过导线与架空地线的中间迅速穿越，这样才能有效的保证安全距离和飞机电子元件受到电磁干扰的可能性。
4结论
经过对四旋翼无人机在无压线路上和带电线路上进行的测试，利用四旋翼无人机在高压带电线路上进行作业时可行的。实际操作中，将绝缘绳索固定在四旋翼无人机上进行透绳作业，这种方式可以应用到带电处理导线异物、带电挂绝缘软梯进行等电位作业，这样就可以节省人员登塔进行透绳工作，也大大缩短了工作时间和强度，提高了工作效率。
参考文献
[1] Zheng T， Wu G， Yan Y ，et al.Inspection and communication system of robot for high-voltage transmission lines[J].Engineering Journal of Wuhan Daxne Xuebao，2012，45（2）；235-240.
[2] 吴斌 电力巡线用无人机监控系统[P].中国专利：CN202435518U，2012-09-12.
[3] 汪骏，沈建，陈方东，段文运；直升机水冲洗带电超高压输电线路绝缘子[J]；电力建设；2007（08）：24-25.
[4] 罗昳昀，米立，王原.无人机在输电线路巡检中的应用[J].通信电源技术2018，35（12）：98-99+101.
[5] 谭金石，柳林，祖为国.直升机电力巡检中的电力线测距方法[J].测绘科学，2012，37（03）：63-65.
[6] 陶承志，黄禹铭，李宇程，邹毅立.无人机电力巡检技术[J].中国科技信息，2016（18）：24-25.
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