喷火无人机在线路导地线异物消缺的应用分析

李彦锋，高梓瑞，梁江涛，杨延斌

（云南电网有限责任公司大理供电局，云南 大理 671000）

0 前言

架空输电线路会因大风气候带来许多漂浮物悬挂或缠绕于架空输电线路导地线上，大部分漂浮物缠绕或悬挂位置多在绝缘子串与导线的连接金具处、导线的间隔棒和防震锤也多是异物悬挂的主要位置。由于部分漂浮异物的尾带较长，容易在导线间缠绕，经下雨或在潮湿环境中长时间以后，绝缘性能变差，易造成输电线路跳闸，影响供电可靠性，危急电网安全稳定运行。须尽快进行清除，以保证输电线路的稳定运行。

1 异物消缺喷火无人机

应用于架空输电线路导地线异物消缺的喷火无人机多以M600 为基础改装完成的携带喷火器的无人机。主要由无人机、喷火器、地面操作站（遥控器）三部分构成。

1）M600 无人机是一款六旋翼飞行器，其飞行载荷为6 kg，1 组电池（6 块）在高海拔山区的平均飞行时间为25 分钟，结合在进行喷火消缺作业时悬停消耗电能增加的情况，1 组电池的平均飞行时间大约在18 分钟左右。

2）喷火器由储油罐、喷枪、抽油装置、电子打火装置等部位构成，装设于无人机底部，通过接入无人机供电系统进行取电。

3）地面操作站主要由无人机遥控、喷火器遥控构成，其中喷火器遥控单独控制喷火器的出油及打火工作。

4）由以上三个部分组成的无人机喷火系统，在实际应用中根据风向、地形不同，可喷出的火焰长度约在3-6 米的区间，若在极度逆风的环境中，会出现无法点火或火焰无法有效喷射的情况。

同时，由于搭载喷火器的原因，使得大疆M600 无人机在无人机机身上难以安装可见光摄像头，部分喷火无人机仅搭载一个小型FPV 摄像头，该摄像头存在像素模糊，难以观测作业区域周围信息的劣势。在这一难题的解决处理上，后文中将作讲解。

2 使用情况分析

2.1 实例一

2.1.1 使用过程中发现问题

1）喷火器在喷火时，机载FPV 摄像头所传回图像数据较为模糊，同时对周围地貌情况回传的图像数据也不清晰，导致无法准确定位无人机与缠绕异物间的等高平面；

2）工作过程中环境风速较大，风向较乱，喷火器点火耗费时间较长，尝试打火5 次才点火成功。

2.1.2 应对措施

由于风向不定，工作组采用离导线约1 米的距离处尝试喷火消缺。

无人机使用过程中的标高以及位置校准工作由2 名地面工作人员（1 人使用望远镜观测无人机高度位置，进行定高信息报送；1 人在地面与异物缠绕处成1 条直线处观测无人机水平位置，进行水平位置信息报送）分别进行口头报送信息，由无人机驾驶员进行相应校准。喷火器操作人员根据地面工作人员报送抵达预定位置信息进行喷火器出油点火工作。

2.1.3 使用成效及经验总结

无人机空中位置难以校准，需研究定高定位方法；风向较乱，结合季节与时间特性，应选择风较小的时段开展消缺工作；地面工作人员使用望远镜对无人机位置信息进行观测所得的信息不准确，易造成操作手对位置判断错误的情况。

2.2 实例二

2.2.1 使用过程中发现问题

1）风速较大，风向较乱，火焰虽是在顺风侧喷射，但由于风速较大，严重影响无人机稳定，导致火焰长时间无法有效灼烧到异物上；

2）该线路导线排列方式为三角形排列，中相导线在上方，喷火无人机需进入电场进行作业，无人机作业下方2 米区域即是下相导线，受电场干扰极大，无人机定位系统状态提示为“姿态模式”（该模式不同于无人机平常使用时的“GPS 模式”，“GPS 模式”下无人机会根据GPS 信息进行自我校准及增稳，在“姿态模式”下，无人机无法完成坐标自我校准，机身位置会受风向影响出现较大偏离，需操作人员进行手动位置修正）。在强风作用下，无人机摆动较大，加大作业难度。

2.2.2 应对措施

工作首次使用小型无人机在空中定位的方式为喷火无人机进行标高工作，基于不影响信号的因素，与喷火无人机作业区域距离拉大至10 米，仅为喷火无人机进行标高工作。由于作业点下方周围空旷，地面水平位置标定仍由地面工作人员进行。

2.2.3 使用建议

1）若工作地段风向较乱，风力较大时，选择风较小的时段开展消缺工作；

2）姿态模式下，无人机失去部分自主校准能力，操作难度加大，对无人机的操控上，需要有丰富姿态模式驾驶经验的操作手才能胜任；

3）通过小型无人机的图传信息，可以更清晰、直观反映喷火无人机在空中的位置、姿态信息，方便喷火无人机及时对无人机姿态进行修正。

2.3 实例三

2.3.1 使用过程中发现问题

1）该杆段垂直高差较大，与路边无人机起飞点的相对高差约为50 余米，异物缠绕于架空地线上，为气象局所使用的气象监测装置，由于气象球破裂，导致尾绳随风飘荡，缠绕于架空地线上；

2）架空地线较细，缠绕物尾绳较细，相对高差较大，无人机到达作业区域存在困难。

2.3.2 现场应对措施

仍使用小型无人机完成标高工作，此次工作由小型无人机规划喷火无人机航线，小型无人机与中型无人机在同一起降点起飞，通过小型无人机测算飞行高度，水平距离等为喷火无人机规划航线，航线规划完成后仍停于作业区域10 米远处，为喷火无人机进行标高定水平位置的工作。地面工作人员在作业点下方区域使用望远镜观测无人机与地线之间的间距，为无人机操作人员提供距离信息。

2.3.3 使用成效及经验总结

1）由于现场高差大、水平距离远，操控喷火无人机基本处于超视距操作，需地面配合人员，标高无人机操作人员与喷火无人机操作手密切配合，及时提供实时位置信息及飞机姿态信息；

2）超视距情况下，为有效保证喷火无人机飞行安全，需小型标高无人机远离喷火无人机作业区域20 米以上，以应对可能发生的意外情况；

3）地面配合人员需尽量结合喷火无人机实时位置，为喷火无人机提供一定距离信息，如喷火无人机喷枪与架空地线或导线的实际距离，若距离低于1.5 米需及时告警提醒，以避免发生喷枪触碰架空地线或导线造成坠机。

2.4 实例四

2.4.1 使用过程中发现问题

1）该杆段为钢管塔，且为同塔双回，由于风向为向线路外侧方向，在线路外侧进行喷火消缺难以进行，火焰难以喷出；

2）选定作业区域在两条线路中间，存在作业区域较窄，作业区域内导地线排列对无人机操作要求较高，须注意触碰上方地线坠机或由于误操作无人机触碰导线后坠机的风险。

2.4.2 现场应对措施

仍使用小型无人机完成标高工作，时刻为喷火无人机驾驶员提供高度信息，喷火无人机驾驶员通过该信息，以及在地面观察得出的无人机水平面位置信息操控无人机。喷火器遥控人员根据无人机驾驶员给出的信号进行点火工作。由于本次消缺工作中，风向为向导线外侧吹，导致从导线内侧开展消缺的方案没有效果，火焰长度不足。综合考虑同塔双回六相导线间距满足无人机作业区域要求，以喷火无人机在同塔双回六相导线中悬停以顺风喷射火焰的方式对异物进行消缺。

2.4.3 经验总结

1）面对35 kV 同塔双回线路使用喷火无人机在导线间开展消缺的，需多方面考虑作业环境是否满足喷火无人机飞行，若间距较小，小于喷火无人机翼展2.5 倍的，作业中意外坠机风险较高，不建议使用；

2）使用喷火无人机进行消缺，若现场存在一定大风情况，视情况，在保证安全的前提下选择顺风侧悬停喷火效果较好。

3 消缺关键点

根据以上实际使用，结合不同高海拔地区各类特殊地形特点，现对喷火无人机应用于架空输电线路导地线异物消缺的使用条件进行以下建议：

3.1 作业方法及环境

1）使用小型无人机标高辅以地面观察人员报位配合喷火无人机操作手的方式是目前适用于使用喷火无人机开展导地线异物消缺的最优方法，该方法能保证喷火无人机悬停位置准确，以达到快速消缺的目的。但在实际作业过程中由于需要小型无人机标高手、喷火无人机操作手、地面观察手密切配合，有条不紊，故需要在作业开展前提前沟通完善作业中的报送信息的口号、方式等，以保证作业安全；

2）部分作业场景可能导致喷火无人机处于姿态模式，姿态模式下，无人机失去部分自主校准能力，操作难度加大，对无人机的操控上，需要有丰富姿态模式驾驶经验的操作手才能胜任；在该模式下开展作业需结合现场实际，在保证设备安全的前提下开展作业，若风力超过安全作业风力等级，不建议开展作业；

3）大风是影响喷火无人机有效作业的因素，建议根据地域风力特性选取合适的时段开展喷火无人机消缺作业，若现场存在一定大风情况，视情况，在保证安全的前提下选择顺风侧悬停喷火效果较好；

4）建议将无人机作业人员与喷火器操作人员分别指定，无人机作业人员须时刻关注无人机状态并作出相应调整。（部分喷火无人机将喷火器打火出油装置与无人机遥控器关联在了一起，这样不利于无人机操作人员应对突发情况）；

5）对于35 kV 同塔双回线路使用喷火无人机在导线间开展消缺的，需多方面考虑作业环境是否满足喷火无人机飞行，若间距较小，小于喷火无人机翼展2.5 倍的，作业中意外坠机风险较高，不建议使用。

3.2 作业关键点

1）无人机作业点（喷火点）与异物之间的直线距离在3 米以上为宜；

2）喷火无人机作业点附近需准备灭火器，安排不少于2 人管理灭火器以应对应急火灾情况；

3）喷火无人机作业完成后，降落前选取合适高度、合适区域进行泄油工作（环境允许可进行喷火泄油）；

4）严格按照相关作业规定作业。

3.3 不建议使用喷火无人机的环境

1）消缺作业点处于无人机禁飞区处；

2）消缺作业点周围林木繁茂处；

3）复杂交叉跨越不利于无人机起降飞行的区域（如：作业区域下方有交叉跨越的绝缘导线，城市绿化带、商铺等）；

4）特定环境下有更好、更安全、风险更低的消缺方式时（如带电作业消缺、激光清障仪消缺等）。

4 结束语

喷火无人机现已有效应用于大部分架空输电线路导地线异物消缺的工作中，但受限于燃料为汽油，作业过程中会带来一定作业风险。同时，由于各消缺现场情况复杂不一，在使用时，须充分分析作业点周围环境，辨识可能存在的风险，并提出落实风险防范措施后，在保证人身、设备、电网安全的前提下开展相关作业。在作业方式上，建议使用文中所述，使用小型无人机标高辅以地面观察人员报位配合喷火无人机操作手的方式开展喷火消缺。