引言

近年來(lái),無(wú)人機(jī)技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,電力行業(yè)逐漸重視無(wú)人機(jī)輸電業(yè)務(wù)的開(kāi)展,在架空輸電線(xiàn)路巡檢工作中,無(wú)人機(jī)搭載可見(jiàn)光掛載對(duì)輸電線(xiàn)路桿塔進(jìn)行精細(xì)化巡檢這一手段在運(yùn)維工作中發(fā)揮的作用越來(lái)越大。利用無(wú)人機(jī)搭載巡檢設(shè)備進(jìn)行巡線(xiàn),有著傳統(tǒng)巡線(xiàn)方式無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì):(1）無(wú)人駕駛,不會(huì)造成人員傷亡,安全性高:(2）不受地理?xiàng)l件限制,即使遇到自然災(zāi)害,依然能夠?qū)κ転?zāi)區(qū)域的電力線(xiàn)路進(jìn)行巡檢:(3）巡線(xiàn)速度快,每小時(shí)可達(dá)幾十千米。

使用無(wú)人機(jī)對(duì)雙回路輸電線(xiàn)路進(jìn)行巡檢時(shí),當(dāng)完成其中一回線(xiàn)路的巡檢工作,飛往另外一回線(xiàn)路進(jìn)行巡檢時(shí),從桿塔頂部跨越這一方式,從安全性和作業(yè)效率來(lái)說(shuō)都比從線(xiàn)路下方穿越的方式更佳,也是目前無(wú)人機(jī)操作人員采用最多的方式。但是就目前而言,無(wú)人機(jī)過(guò)塔過(guò)程主要依靠無(wú)人機(jī)作業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作,沒(méi)有形成系統(tǒng)的分析和總結(jié)。無(wú)人機(jī)過(guò)塔過(guò)程存在很多需要注意的地方,處理不好將有可能造成碰線(xiàn)、撞塔事故。本文將在現(xiàn)有無(wú)人機(jī)輸電巡檢技術(shù)基礎(chǔ)上,探討針對(duì)不同塔型安全、高效的過(guò)塔技術(shù)。

1無(wú)人機(jī)桿塔巡檢技術(shù)分析

1.1無(wú)人機(jī)桿塔巡檢基本流程

目前無(wú)人機(jī)對(duì)輸電線(xiàn)路桿塔進(jìn)行巡檢,普遍流程是在線(xiàn)路一側(cè)從下往上,直到地線(xiàn)掛點(diǎn),然后從桿塔頂端跨越,到另一側(cè)線(xiàn)路再?gòu)纳贤?整體路徑呈倒"U"型。

1.2作業(yè)人員操作方法

實(shí)際作業(yè)過(guò)程中,由于地形條件限制以及無(wú)人機(jī)所處的高度制約,目視無(wú)人機(jī)飛行比觀察無(wú)人機(jī)飛行控制臺(tái)進(jìn)行飛行的方式危險(xiǎn)性更高,飛行時(shí)操作人員觀察無(wú)人機(jī)飛行控制臺(tái)的圖傳及飛行參數(shù)信息進(jìn)行相關(guān)操作比較安全、高效。無(wú)人機(jī)飛行控制臺(tái)能實(shí)時(shí)顯示并保存重要的飛行姿態(tài)和飛行參數(shù)信息,定時(shí)發(fā)送遙控?cái)?shù)據(jù),控制飛行狀態(tài),監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)鏈。通過(guò)該平臺(tái),操作人員可以對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行有效控制。

1.3超視距飛行的關(guān)鍵前提

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)有3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是支撐該系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ):(1）無(wú)人機(jī)即時(shí)的圖傳畫(huà)面,能展示無(wú)人機(jī)所處環(huán)境:(2）無(wú)人機(jī)的對(duì)地高度信息,能準(zhǔn)確反映無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)地高度:(3）可以上下調(diào)節(jié)角度的云臺(tái),以便無(wú)人機(jī)在下降之前能觀察到障礙物。這3項(xiàng)技術(shù)在目前發(fā)展應(yīng)用已十分成熟,在此不再贅述其原理,直接應(yīng)用其成果即可。

2無(wú)人機(jī)過(guò)塔的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司架空輸電線(xiàn)路無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)安全工作規(guī)程要求:巡檢作業(yè)時(shí),無(wú)人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)距線(xiàn)路設(shè)備距離不宜小于5m,距周邊障礙物距離不宜小于10m。下面結(jié)合該規(guī)程對(duì)無(wú)人機(jī)作業(yè)的相關(guān)規(guī)定和作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,分析過(guò)塔過(guò)程中存在可能導(dǎo)致無(wú)人機(jī)事故的危險(xiǎn)點(diǎn):

(1）過(guò)塔時(shí),升高的高度要足夠高,并留有一定裕度,否則無(wú)人機(jī)過(guò)塔時(shí)可能會(huì)直接撞塔或因?yàn)榈舾邔?dǎo)致撞塔:(2）過(guò)塔后,下降過(guò)程要明確開(kāi)始下降的點(diǎn),如果降落時(shí)距離桿塔太近或還沒(méi)完全過(guò)塔,將不滿(mǎn)足"無(wú)人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)距線(xiàn)路設(shè)備距離不宜小于5m"的要求,甚至直接撞塔:(3）過(guò)塔后,離開(kāi)桿塔過(guò)遠(yuǎn)開(kāi)始降落,此時(shí)無(wú)人機(jī)視野朝向目標(biāo)桿塔,會(huì)忽視附近電力線(xiàn)路、信號(hào)塔、高大樹(shù)木等障礙物,在降落或調(diào)整角度的過(guò)程中很有可能撞上去。因此,選擇合適的下降點(diǎn),使下降點(diǎn)與桿塔塔頂保持合適距離十分重要。

3無(wú)人機(jī)過(guò)塔操作流程分析

結(jié)合上文分析,可以把過(guò)塔過(guò)程大致分為3個(gè)部分:(1）標(biāo)定頂架高度:(2）確認(rèn)上升高度并上升,跨過(guò)桿塔:(3）調(diào)整合適位置,下降至另一側(cè)頂架外側(cè)5m外,完成過(guò)塔。

3.1標(biāo)定桿塔高度

此時(shí)無(wú)人機(jī)完成一側(cè)線(xiàn)路頂架的巡檢工作,使無(wú)人機(jī)云臺(tái)調(diào)節(jié)至水平,調(diào)節(jié)無(wú)人機(jī)高度,當(dāng)頂架處于圖傳畫(huà)面中央時(shí),此時(shí)控制臺(tái)顯示的高度也就是頂架的高度,即無(wú)人機(jī)和桿塔頂架在同一高度。此時(shí),可以記下這個(gè)高度,完成第一步一頂架高度標(biāo)定。

3.2無(wú)人機(jī)垂直升高并過(guò)塔

當(dāng)無(wú)人機(jī)完成高度標(biāo)定后,無(wú)人機(jī)和桿塔頂架在同一高度,此時(shí)垂直升高H米。在無(wú)人機(jī)過(guò)塔前,無(wú)人機(jī)朝正前方,在圖傳上觀察前方情況,確定前方空曠再開(kāi)始跨越。跨越過(guò)程中,云臺(tái)調(diào)至俯視459,邊觀察塔材邊飛行,當(dāng)圖傳內(nèi)看不到頂架時(shí),無(wú)人機(jī)水平偏航1809,云臺(tái)依然俯視459,對(duì)準(zhǔn)塔材,懸停。

3.3調(diào)整無(wú)人機(jī)到合適位置下降

當(dāng)無(wú)人機(jī)過(guò)塔至另一側(cè)并偏航1809對(duì)準(zhǔn)桿塔,這時(shí)無(wú)人機(jī)主要任務(wù)是確定一個(gè)合適的位置開(kāi)始下降,這個(gè)位置與桿塔水平距離為D。此時(shí)云臺(tái)依然是俯視459,無(wú)人機(jī)開(kāi)始向后移動(dòng),待另一側(cè)塔頂位于圖傳中央,即可開(kāi)始垂直下降。

因?yàn)闊o(wú)人機(jī)是水平移動(dòng),高度沒(méi)有變化,所以無(wú)人機(jī)達(dá)到另一邊線(xiàn)路對(duì)高塔的垂直高度H2=H,而α=459,因此D=H2=H?，F(xiàn)在關(guān)鍵點(diǎn)在于討論D數(shù)值:(1）根據(jù)上文可知,D數(shù)值必須大于5,:(2）因?yàn)镈=H,還要考慮無(wú)人機(jī)掉高、高度傳感器數(shù)據(jù)誤差等原因,留足一定的安全裕度:(3）D數(shù)值也不能太大,距離太大,假如無(wú)人機(jī)飛出線(xiàn)路通道保護(hù)區(qū),則有可能撞上高的電力線(xiàn)路、信號(hào)塔、建筑物等。表1是各電壓等級(jí)輸電線(xiàn)路架空電力線(xiàn)路保護(hù)區(qū)距離。根據(jù)表1可以看出,不同電壓等級(jí)線(xiàn)路通道保護(hù)區(qū)的距離決定了數(shù)值D的上限,5mD≤通道保護(hù)區(qū)距離。

從安全、高效角度出發(fā),將D數(shù)值確定為10,,即H為10,。

表1各電壓等級(jí)輸電線(xiàn)路架空電力線(xiàn)路保護(hù)區(qū)距離

當(dāng)無(wú)人機(jī)完成一側(cè)線(xiàn)路頂架的巡檢工作,標(biāo)定該處頂架高度,并以此為基礎(chǔ)上升H=10,:跨越時(shí)云臺(tái)調(diào)至俯視α=459,一邊觀察塔材一邊飛行,當(dāng)圖傳內(nèi)看不到頂架時(shí),使無(wú)人機(jī)水平偏航1<09,對(duì)準(zhǔn)桿塔:無(wú)人機(jī)開(kāi)始向后移動(dòng),待另一側(cè)塔頂位于圖傳中央,此時(shí)D=H=10,,無(wú)人機(jī)在此位置垂直降落,即可安全完成過(guò)塔,開(kāi)展另一側(cè)巡檢任務(wù)。

4結(jié)語(yǔ)

超視距飛行是無(wú)人機(jī)輸電巡檢手動(dòng)飛行發(fā)展的必然趨勢(shì),無(wú)人機(jī)過(guò)塔飛行的操作技術(shù)是無(wú)人機(jī)輸電巡檢超視距飛行的重要部分。本文結(jié)合相關(guān)管理規(guī)定,詳細(xì)分析了無(wú)人機(jī)輸電巡檢過(guò)塔的各種風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),對(duì)口過(guò)塔操作技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析梳理,形成一套完善的技術(shù)總結(jié),對(duì)于實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)輸電巡檢安全、高效過(guò)塔提供了一種切實(shí)可行的方法。