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浅析无人机跨江放线问题

发布时间:2018-11-20 01:06:10 文章来源:未来智讯    
    浅析无人机跨江放线问题作者: 杨智伟 王琼晶 李盛杰   摘 要:近几年,无人机技能应用越来越广泛,在输电领域的使用增长的尤其明显,其中施工放线和日常巡线使用最多。在施工放线中,无人机会受到地形的影响,不同环境、不同地形中放线得到的效果差异很大。文章以放线实例为基础,着重说明了无人机在跨江放线中出现的局部问题和解决方案,并提出了一些个人的思索以及主见。
  关键词:无人机;跨江放线;解决方案
  1 背景简介
  无人机是无人驾驶飞机的简称(Unmanned Aerial Vehicle),是利用无线电遥控设备和自备的程序抑制装置的不载人飞机,包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器(20-100公里空域),如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。从某种角度来看,无人机能够在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务,能够被看作是“空中机器人”。
  目前,在电力行业中,无人机应用已经十分普遍,如施工放线、复杂地域巡线等等,无人机的普遍使用极大的提高了事务效率,同时也降低了事务成本。2009年1月,国家电网公司正式立项研制无人直升机巡检系统。2013年3月,国家电网公司出台《国家电网公司输电线路直升机、无人机和人工协同巡检模式试点事务方案》。方案指出,建立直升机、无人机和人工巡检相互协同的新型巡检模式是维持智能电网发展的迫切需要,目前公司系统直升机巡检作业正在逐渐向规范化、制度化方向发展,为此公司选定山东、冀北、山西、湖北、四川、重庆、浙江、福建、辽宁、青海十个检修公司作为试点单位,利用2-3年时间开展新型巡检模式试点事务。[8]到2015年,国网公司系统将全面推广直升机、无人机和人工巡检相互协同的输电线路新型巡检模式。
  无人机的应用在输电线路上逐步起初辽阔起来了,而且不但仅局限于巡线,还在输电线路架设中起了大作用。特别是一些长距离、大档距放线,比如跨江放线等方面。
  2 无人机放线的优点
  (1)适用范围广,适用于各种电压等级的放线。[2]
  (2)作用地形范围广,无论是山区、丘陵、平原、高原、河流等等都可以跨越,不受限制。[2]
  (3)气候影响较传统飞艇放线来说较小,无人机放线对于天气情况等要求比飞艇放线要低,所以,可作业的时间多,提高了事务效率。而且,飞艇放线操作对照麻烦。[2]
  (4)无人机体积小,质量轻,运输方便,使用灵活。[2]
  3 跨江放线应用及其遇到的问题
  作者所在单位于2014年配置了一台六旋翼无人机,用于输电线路放线。传统的放线技能要耗费较大的人力物力,且花费的时间较长,而后有了飞艇放线,然而由于飞艇放线受到自然环境,特别是风的影响对照大,因此,在有了无人机以后准时引进了无人机。
  无人机参数如下:
  飞机尺寸:90*90*68(cm)
  轴距:83cm
  重量:8kg
  最大载重:12kg
  最大飞行速度:4m/s
  续航时间:有效载荷:500g(搭载6S3P电池组时),续航时间约为30钟。
  有效载荷:5000g(搭载6S2P电池组时),续航时间为12分钟。
  爬升速率:2m/s
  巡航速度:3m/s
  事务温度:-10℃-60℃
  机翼类型:旋翼
  起飞下降方式:垂直
  相对于在其他各种地形放线,在跨江放线施工较为困难。现以国网泸州供电公司220kV泸纳线27#-28#跨江放线为实例,对于跨江放线的施工方案进行分析研讨。
  国网泸州供电公司220kV泸纳一二线27#-28#两基跨越长江航道,其档距为1244m,两基塔落差约110m,因为需要对该段线路展放一根ADSS光纤,所以需要跨江放线,现场示意图如图1所示。
  图1中A、E两点是塔基位置,A点在山顶上,且AB段树木较多。两基塔的档距为1244m,高差约110m,BC段是江面,B点是放线地点,CD段是堤坝,走势较为平缓。
  这样的地形条件对于无人机各方面要求都对照高,如果直接从A点放到E点,因为AB段树木较多,AE段距离又对照长,当飞机飞出一定距离的时候,韩国丝会因为自重变成弧垂,一旦韩国丝挂在树枝上导致飞机在空中出现长时间停顿,无人机的续航能力有可能无法满足这种距离的飞行。
  如果直接从E点放到A点,因为落差较大,飞机需要先向上提升到一定的高度之后才能继续向前飞行,那么这个飞行距离更加大了。
  针对这样的情况,经过研讨,制定了如下的施工方案:将该档放线分成三段进行,分辨为AB、BC、CE三段,先将AB、CE两段在江岸上的一级牵引绳放好,然后起初在B点使用无人机放线至C点,最终将三段韩国丝接好就能够展放二级牵引绳了。这种方案极大的提高了飞机的平安性,保证了飞机可以在携带载荷的情况下可以抵达目的地,且因为CE段对照坦荡,可以人工直展放,所以只需在B点就能一次性展放完成。
  在施工过程中,AB、CE段线顺利的展放完成,然而在跨江放线的时候遇到了几个问题,问题如下:
  (1)由于档距较大,且落差较大,当无人机飞行距离达到一定距离以后,即使以蓝天作为背景,操作手也不容易看见飞机,对于飞机位置的抑制只可全靠感觉,不可以精确的定位,可能造成飞机撞到导线的结果。
  (2)档距较大,在上述施工中,韩国丝断裂了两次,估计原因是因为刮伤的原因,这就造成了反复施工,反而浪费了更多时间。
  (3)在放线过程中,当无人机将一级牵引绳(韩国丝)带上空中之后,由于牵引绳的自重,导致其有局部线掉到水中,有于受到水流的力量影响,后面局部的牵引绳都会掉到水中,水流对于牵引绳产生的冲力越来越大,会超过无人机可以承受的拉力,当拉力超过无人机自身的升力,则会导致无人机坠机。(如图2所示)   (4)当飞机上升高度超过导线的时候,在抛线的时候有可能因为风力的原因使牵引线挂在金具上(最终一次施工出现的问题)。
  以上情况直接导致本次施工失败了四次,两次因为韩国丝断裂,另外两次因为飞机承受载荷过大,无法继续飞行。
  4 问题解决方案
  在施工中出现这些问题之后,技能人员共同讨论问题的解决方案,最终决定,在无人机起飞的时候先把飞机提升至合适的高度后,再向前飞行,这样就可以保证,韩国丝可以尽量少的落入水中,这就削减了水流在韩国丝上的作用力,保证飞机可以飞到目的地。通过这个方案,解决了上述提出的第三个问题,最后将ADSS展放成功。施工结束以后,各位都在思索有没有更科学的解决方案。
  闭门造车是解决不了问题的,现场技能员们借鉴了应急救援中心的操作手在金沙江放线的经验,并根据六旋翼无人机的特点,更正了我们前面的施工方案,新的施工方案如下。(如图3所示)
  (1)在B点安排一个事务人员接线,需要配备一个对讲机;(2)操作手在A塔处筹备放线;(3)在飞机起飞之前将韩国丝带上一定的拉力,使得韩国丝不会因为自重降落过低;(4)在导线下方,以一定角度由顺风侧向逆风侧飞行前进,保证在抛线的时候,可以减小风力的影响;(5)当操作手将飞机飞远后,B点的事务人员需要通过对讲机告知操作手飞机的位置,以及后续的飞行方向(能够利用飞机悬停在适当位置,让B点人员能拿到线,然而考虑到平安问题,否定了该方案)。
  5 结束语
  在无人机跨江放线中,如果一级牵引绳一旦落入水中,即使成功放线,也需要三个人的力量才能将牵引绳从水中捞起来,如果可以保证牵引绳不落入水中,就能够轻松的完成放线事务。新方案主要是将无人机起飞位置提高了,同时抑制牵引绳不落入水中,惟有这样才能实现跨江放线。对于复杂地形的放线,需要进过更加仔细的实地考察,明白各种地形的影响,这样才能制定出能一次性成功的方案。
  同时,明白现有条件的限制,改变一些条件。目前,存在的一些问题如下:(1)六旋翼无人机的动力在目前看来还是不足够,提升飞机动力,使飞机可以承受更大的重量,这个能够考虑将六旋翼换成八旋翼机。(2)韩国丝在树木较多的地方容易被挂断,不过目前还没有能找到另一种线能够代替其作为一级牵引绳。(3)当飞机飞到较远距离的时候,对操作手的视线很高的要求,因此能够联合巡线技能,将飞机上装上摄像头,可以保证操作手能够精确的抵达指定的地点。而且在没有进行放线的时候,还能够将飞机作为巡线机使用。如果要实现上述结果,就需要更大动力的飞机才可以承受。
  以上提出的问题是能够在短时间内解决的问题,相信如果实现了上述的问题,无人机跨江放线就能够和在坦荡地带放线一样轻松了。
  参考文献
  [1]周志文,周昌昌,路明悦.浅析固定翼无人机在输电线路巡视中应用[J].管理实践,2012(11):431-435.
  [2]唐 .无人直升机在输电线路施工中放线作业的研讨[J].电力讯息,2015.
  [3]杨海.无人直升机展放初导绳施工工艺探讨[J].机电信息,2014.
  [4]杨建东.小型无人直升机在特高压线路架线中的应用探索[J].中国新技能新产品,2011,19(120):141-142.
  [5]苏凯.无人机在输电线路架设中的应用[J].四川建筑,2015,35(5):176-177.
  [6]高压架空输电线路施工[M].中国电力出版社.
  [7]架空输电线路施工工艺通用技能手册[M].中国电力出版社.
  [8]国家电网公司输电线路直升机、无人机和人工协同巡检模式试点事务方案[Z].国家电网公司.
  作者简介:杨智伟(1990-),男,四川泸州人,事务单位:国网泸州供电公司检修分公司,助理工程师,从事输电线路平安管理事务4年,研讨方向:输电运行、检修管理。
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