基于多旋翼无人机的滑车投放装置在架空线路带电检修中的应用

基于多旋翼无人机的滑车投放装置在架空线路带电检修中的应用

金辉

（湖北省送变电工程公司湖北武汉430063）

摘要：500kV输电线路带电检修作业中，滑车为基本工器具，常规情况下与牵引绳组合使用，由高空人员将滑车挂在线路导线上，并将传递绳安装在滑车上，通过传递绳传递高空和地面上的工器具和组件。针对高空安装滑车经常需要检修人员携带滑车登塔进行安装，且耗时耗力等问题，研制了一种可以挂载在多旋翼无人机上直接投放安装到导线上的新型滑车装置。减轻了高空作业人员的负担，提高了检修作业的效率。

关键词：输电线路；无人机；滑车；带电检修

0引言

500kV输电线路大多在山区，山大树高、沟壑纵横、地形复杂。在抢修、检修作业中高空人员携带滑车和传递绳走线到达故障地点时，传递绳极易挂在高大树木的树枝上，处理起来较为繁琐，导致走线人员到达故障点时间较长，延长抢修时间，降低抢修效率。

500kV输电线路带电检修作业中，传递绳为基本工器具，常规情况下与滑车组合使用，由高空人员将滑车固定在作业点后将传递绳挂在滑车上。高空人员随后将两端绳尾垂放至地面，地面人员使用绞磨或人力拖拽等方式将作业所需材料、工器具提升至作业位置。由于传递绳较重，高空人员携带至作业点时工作强度较大；传递绳携带至作业点后，在高空作业条件下对其展放容易出现打结、缠绕等问题；将两端绳尾垂放至地面过程中，在山区受气流等外界环境影响易与附近植被造成钩挂。鉴于以上情况，特开展500kV输电线路滑车牵引绳通过无人机直接在作业点下方升空至作业导线上方进行投放安装的新作业方法，并研制适用于无人机操作的新型滑车装置。

无人机自身具有携带方便、操作简单、反应迅速、载荷丰富、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求低、可自主飞行等优势。

1新型滑车研制的关键点

本课题所涉及的技术难点包括3方面。

（1）滑车的脱钩设计。

无人机搭载滑车挂到导线上后，需要通过滑车下方导引绳的拉拽将滑车与无人机分离，滑车内部需安装联动杆来实现。

（2）无人机投放设计。

无人机搭载滑车进行投放时，滑车会随风左右摆动，很难对准导线进行安放，对飞行员操作要求高。采用全绝缘型机械臂专用引导滑轮工作的准确性。采用高精度步进电机控制机械臂动作，实现机械臂动作的点动控制，采用的柔性绝缘材料在吊装过程中吸收悬挂滑轮与导线接触时产生的晃动，弥补悬挂滑轮在导线过程中相对导线产生的位置上的误差，在无人机上配置作业用监控摄像头，以保证对机械臂动作控制的实时监控，提高机械臂引导滑轮工作的准确性。

（3）绳索防缠绕打结措施，需研究缠绕和施放方式方法，配套相关机构设计制作。

传递绳滑车要能将150m的传递绳牵引到导线上，其牵引绳至少长150m，牵引绳在轮上必需能够按层次整齐的平铺在轮上，这就需要设计摆线机构，在极小的空间内设计摆线机构，有较高的设计难度。

（4）无人机平台高抗风性和高精度定位的设计。

无人机想要准确的将滑车放置到导线上，需要无人机具备较强的抗风性和高精度的定位性能，否则无人机受风力影响会出现水平方向的漂移，造成滑车投放到导线上的难度加大。所以无人机需要安装高精度的GPS确保悬停不会出现漂移的情况。

（5）高压电场下对无人机控制系统的影响

解决特高压线路电场下对无人机控制系统的干扰，对无人机飞控部分加装高压屏蔽电路，避免因高压电场干扰对无人机造成影响，对数传及图传系统的高压屏蔽进行测试，以满足在超高压电场环境下的安全作业。

2作业方式的研究

旋翼型无人机用机械臂机械臂采用柔性绝缘材料，由软轴、球铰、夹爪及驱动部分组成，柔性机械手通过软轴与无人机连接，软轴允许各个方向产品弹性及变形，可缓冲夹爪夹持提升杆时滑轮座与导线接触产生的摩擦，吊装装置由提升杆、滑轮座、悬挂滑轮、牵引滑轮、绝缘绳组成；直流步进电机采用无线数传控制方式，在地面上即可操作机械臂作业。全绝缘型机械臂专用牵引滑轮，牵引滑轮采用高强度尼龙材料制作，绝缘性好、强度高与悬挂滑轮配合完成绝缘绳的牵引作业。其操作具体步骤如下所示。

第一步：地面人员负责检查传递绳滑车，重点检查传动机构是否灵活、牵引绳是否良好。确认装置无问题后方可使用。

第二步：地面人员将滑车装置通过绳索牵挂在无人机底部的安装板上，并检查连接是否牢靠，并将绳索穿过滑车下滑轮。

第三步：将无人机和滑车装置等放置在作业点导线外侧，飞控手开始启动无人机升空，升到导线上方后，通过无人机上安装的垂直向下的摄像头进行观察，确保滑车已经到达放置点上方，然候缓慢降落无人机，直至滑车挂住导线。

第四步：飞控手操控舵机，将绑在无人机下方的牵引绳放下，直至牵引绳到达地面，地面人员前去将牵引绳往下拽拉，将滑车与无人机上的联板脱扣分离，此时滑车整体独立放置在导线上，无人机开始降落至地面。

第五步：安专项作业指导书开始作业至工作结束。

3材料的选取

为了减少带电作业时电晕的发生几率，除滑车主轴、主架外，全部由绝缘材料构成。

4工具强度校核及现场试用

经相关机构实验验证，所制滑车能够达到机械强度要求，且满足带电作业情况下的电气强度要求。经过一系列的论证与计算后，经加工制作，与2017年5月制作完成。并在线路上进行试用，针对发现的问题对工具进行了改进。全套装置于2017年6月再次进行试验。模拟带电作业方式将无人机滑车装置连同150m防潮绝缘绳传递至导线上，总体效果良好。制作完整套装置的同时，针对线路的结构特性，制定出了完整的现场操作规程、操作细则及标准化作业指导书。

5经济指标

利用无人机在输电带电作业中的应用，可以大大提高项目作业效率，减轻作业人员的劳动强度，降低作业人员带电作业及坠落风险。缩短整个带电作业工作的时间，减少对线路运行的影响。利用高科技手段辅助工作，提高了作业人对工作的积极性。相比之前通过人携带滑车登塔安装需要2人，耗时1小时，现在无人机可以大大减少工作时间，只需15分钟就可以完成，提高了75%的工作效率。如果能够在电力系统广泛推广，其产生的巨大经济和社会效益将不可估量。

参考文献

[1]史超礼.航空概论.北京：国防工业出版社，1978.

[2]李红军.航空航天概论.北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[3]谢础.航空知识.北京：航空知识杂志社，2003.

作者简介

金辉（1977-07-28），男，汉族，籍贯：山东，学历：本科，职务：工程师，研究方向：检修专责工，主要工作、研究方向为超高压输电线路带电作业、停电检修作业、状态检修等。