基于多旋翼无人机的电力线路清障喷火装置设计

基于多旋翼无人机的电力线路清障喷火装置设计

朱敏杰周云王成皓侯梦龙

（深圳供电局有限公司广东省深圳市518020）

摘要：架空输电线路上经常容易缠绕被风吹起的风筝、风筝线、塑料薄膜、横幅等外飘物，为了保障输电线路的安全运行，避免线路跳闸及其他安全事故，本文设计了一种基于多旋翼无人机的电力线路清障喷火装置，通过前期测试和实际应用，验证了该装置具有较高的效率和安全性。同传统手段对比突显该设计优越效果，值得推广应用。

关键词：外飘物；无人机；喷火装置；

ThedesigenofatransmissionlinesWreckerFlameThrowerdevicebasedonmultirotorUVAs

ZHUMinjie

（ShenzhenPowerSupplyBureauCoLtd，ShenzhenGuangdongProvince，518020）

Abstract：Overheadtransmissionlinesalwayshavebeenwrappedinfloatingsubject，suchaswindblownkites，kiteline，plasticfilm，bannersandsoon.Inordertoensurethesafeoperationofthetransmissionline，toavoidtransmissionlinestripsandotheraccidentsoccuring，thispaperdesignsawreckerflamethrowerdevicebasedonmultirotorUVAs，whichusedontransmissionlines.throughthetestandpracticalapplication，provethatthedevicehasthehighefficiencyandsafety.Bycontrastwiththetraditionalmethod，thedesignhighlightsthesuperioreffect，itisworthyofpopularizationandapplication.

Keywords：floating；UAV；flamethrower

风筝、风筝线、塑料薄膜、横幅等外飘物，极易被风吹起缠绕至高压架空输电线路上，若不及时处理，易造成线路跳闸，严重者将引起大面积停电，造成巨大经济损失。

传统的外飘物拆除手段一般采用紧急停电处理或绝缘斗臂车带电处理。紧急停电处理需向调度申请停电，输电部门组织人员出线拆除外飘物；绝缘斗臂车带电处理尽管效率高于停电处理，但还需分析现场天气是否具备带电作业条件、斗臂车高度是否足够等。这些方法都存在效率低、作业风险高的缺点。

近两年，利用无人机搭载的输电线路易熔断外飘物清理装置处理细小的外飘物（风筝线、钓鱼线等），对比传统的外飘物拆除手段，效率有较明显的提升，同时降低了作业及电网风险。但该类装置无法处理塑料薄膜、横幅等较大外飘物。因此，迫切需要研制一种高效、使用范围广的拆除异物装置。

设计方案

搭载方案

多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机。其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力。其具有操控性强，可垂直起降和悬停的特点。随着多旋翼无人机飞控定位技术的进步，加上超声波、视觉定位等技术的运用，多旋翼无人机的定点悬停精度越来越高、稳定性也更强。利用多旋翼无人机搭载的清障喷火装置能够在导线缠绕外飘物处精准悬停，对易燃外飘物喷火使其燃烧碳化脱离电力线路。

多旋翼无人机的重心与飞行的平稳性也有紧密联系。重心偏移过大会导致不同旋翼臂电机出力差异较大，造成部分电机过热存在安全隐患。因此，搭载装置需具备根据实际情况调节重心的功能，保证喷火装置的安装对多旋翼无人机的重心不造成影响。

喷火装置方案

通过了解目前已有的喷火装置，主要有油式和气式两种。油式喷火装置工作时，燃烧的油极易四处飞溅，装置下方的房屋、树木等有较强的火灾隐患；其次，汽油燃烧会产生大量含碳成分颗粒物的黑烟，烟尘会降低相间空气绝缘强度，导致线路跳闸。

工作时气罐灌入丁烷气体，操作人员通过装置遥控器开启压力调节电路，使气罐内压力升高到设定值，然后本装置挂载于无人机上，喷火装置朝向与无人机第一视角朝向一致，操控人员通过第一视角观察外飘物位置，控制无人机在外飘物附近悬停，操作人员通过遥控器开启喷射开关，液态丁烷即通过管路和电磁阀到达喷嘴的气化腔，在气化腔气化后喷射出去，被点火器点燃形成火焰。

喷火装置相关技术

喷火装置的压力调节功能通过PTC元件调节气罐内丁烷气体喷射压力，使喷射的距离比类似产品更远，也便于安全设置气罐内的压力值。

喷嘴前设置气化腔，液态丁烷到达喷嘴前先在气化腔内部分气化，气化吸热原理使喷嘴在喷火时温度不会升高到危险程度，保护了喷嘴内的气体管道不会因为高温而融化。

此外，装置还使用遥控接收机的遥控信号侦测功能来保护装置，当侦测到遥控信号异常时，主控板关闭喷火装置而消除潜在的安全风险。

应用分析

工作效率

利用多旋翼无人机搭载的喷火装置清除外飘物，单次作业时间仅需5-10分钟，相比动辄几个小时的传统外飘物拆除手段效率有大幅提高。

作业风险

利用多旋翼无人机搭载的喷火装置清除外飘物，不需要登塔或带电作业，大大降低了人员登高、带电作业的风险，保障人身安全。

此外，喷火装置喷嘴距离无人机旋翼最前端50cm，喷火装置火焰最长距离可达2.5m。无人机可在外飘物外3m左右的距离进行喷火作业，为无人机的安全操控预留充足的距离，同时保证输电线路和多旋翼无人机的安全。

效益

以深圳电网为例，利用多旋翼无人机处理外飘物，相对于人工作业，单次减少非计划停电时间8小时，节约抢修费2.5万，避免电网经济损失80万元。

结论

（1）本文详细叙述了研制多旋翼无人机搭载的电力线路清障喷火装置的必要性，装置设计思路。对比以往的外飘物拆除手段，该装置在工作效率、效益、安全性上优势巨大，且处理外飘物的种类也较多，值得进行更多的深入研究及应用推广。

参考文献：

[1]符长青，曹兵.多旋翼无人机技术基础[M].清华大学出版社，2016.

[2]蔡国玮.无人驾驶旋翼飞行器系统[M].清华大学出版社，2012.

[3]刘维生.正温度系数PTC热敏电阻介绍[J].电子制作.2002

[4]张宏志，屈小虎.输电线路可燃物清理四旋翼平台设计[J].电工技术，2015.

作者简介：

朱敏杰（1991），男，汉，湖北十堰，助理工程师，本科，架空输电线路运行维护451224041@qq.com；