摘 要：高压架空输电线路在大风等季候性天气条件下，经常会悬挂或缠绕一些塑料薄膜、风筝线等，由于雨雪天气的影响，时常会导致发生线路相间短路或接地故障。鉴于此，文章研制出一款高效、稳定的异物清除喷火装置；将其搭载于多旋翼无人机下，可在线路带电情况下高速、有效地清除异物，极大地降低了人力物力的消耗，确保了输电线路的安全稳定运行。
引言
       新疆送变电工程公司管辖的输电线路，涵盖 35kV~1100kV 电压等级，线路全长 12897km。线路通道附近的大量村庄、农户从事着农业种植等生产活动，在大风天气下，风筝线、编织袋或塑料大棚使过用的塑料布被大风吹起，缠绕在导线上，雨雪天气下有可能造成线路接地或短路的故障[1-2]。新疆常见的大风主要有两种类型：强大的冷空气活动所造成的大风，风力一般能达到 5 级左右，阵风可达8~10 级，以冬、春季出现最多；夏季午后到傍晚，当积雨云过境时会有较大风力产生，这种大风持续时间短、风力大、破坏性强。而传统的架空线路异物清除方法主要有两种：一是停电后人工上塔摘除；二是等电位带电作业摘除。两种方法都需要较大的人力物力，且作业复杂、劳动强度大、效率低，同时又无法保证人身安全[2]。因此，该输电工区需要研制出一款高效、稳定的异物清除装置，提高工作效率，保证线路安全稳定运行。
1 无人机喷火装置的结构设计
       由于缠绕在导线上的异物主要为风筝线、编织袋、塑料薄膜等，都为可燃物，因此可以研制一款特种作业喷火装置，并搭载于多旋翼无人机下，靠近导线异物进行喷火作业，便能够安全、快速、高效地消除缺陷[3-5]。目前，国内使用的无人机喷火装置的作业距离在 3~5m，且抗风性能差，在大风条件下无法正常作业，难以满足新疆输电工区的作业要求。因此需要研制一款无人机特种作业喷火装置，以满足长距离、高质量火焰的作业要求，实现该工区输电线路的异物清除。本文拟提出的研制方案如下：
（1）特种球形泵替代叶轮泵；
（2）添加燃料预热装置；
（3）使用定制喷头；
（4）防风点火装置替代火花塞，实现两段式点火。
       无人机喷火装置的结构系统图如图 1 所示。
1.1 压力系统
       压力系统主要部件为球形泵，其体积和重量较小，适合无人机搭载，有效减小重量负载，提高无人机的高空作业时间。其特点如下：
（1）密封可靠：任何需要防止工质泄漏的动密封处，都能设计成具有相当宽度的面配合动密封，避免了线密封结构，使其达到可靠的密封效果；
（2）无进排气阀：不需要设置进排气阀，减少能耗减低 噪音，成本低，可靠性好；
（3）结构紧凑、零件少：只有三个运动件，空间占用小；
（4）运转平稳，高速变频性能良好：由于无气阀，零件受力润滑好，无往复运动件和引起高振动的运动件，运转平稳，高速变频性能良好；
（5）机械摩擦损失小：由于活塞与转盘的转速只有主轴的一半，所以机械摩擦损失小；
（6）能耗低：由于无气阀、密封可靠、机械摩擦损失小等特点，所以效率高；球形泵的结构如图 2 所示。
       该球形泵出口压力为 3bar、流量 600ml/min，能够很好地满足喷头的适配要求。泵体转速、压力、流量关系如图 3所示。 

1.2 预热系统
       低温汽油从喷头处高速喷出，明火也难以引燃，必须对燃料进行预热。若直接在燃料箱中预热存在爆炸的危险，选择在喷头前加装一段螺旋状的预热管。同时，利用防风点火装置点燃的明火对其加热，这样在燃料喷射的过程中，会流经预热管，提高温度，使燃料从喷头喷出后更易被点燃，提高整套系统的可靠性。
1.3 定制喷头
       采用特殊设计的喷头，其特点如下：
（1）高压力可形成液柱流（0°）或扁平扇形喷雾形状，液滴 颗 粒 中 等 大 小 ；在 1 至10bar 工作压力下喷射角度为5°至 65°；
（2）使用内置导流叶片稳定紊流，实现均匀喷雾分布；
（3）喷嘴侧面有铣削出的平台，它与喷雾平面平行，对快速校准喷射位置提供参照；
（4）使用特殊硬化不锈钢材质以延长使用寿命，提高流量控制的精准度；
（5）配合球形泵的高压力，能实现完全燃烧的效果。
1.4 点火系统
       基于安全考虑，火焰要与整套燃料系统分离，并且能够保证一次性完全点燃火焰，因此选择使用两段式点火方式。第一段通过防风点火装置点燃设置在喷头处的丁烷气体，形成明火；第二段通过明火将喷头喷射出的燃料引燃，完成火焰的喷射。
       其中，防风点火器通常为单次触发式放电，如果在放电瞬间丁烷气体未达到燃烧条件，就会发生无法点燃的情况，需要进行多次点火，为了解决这一问题，利用原点火器的放电触头，设计了新的震荡电路，使触头能够以 0.2s 的间隙连续放电，由于不同电压下产生的电弧长度均有不同，通过对测试，得出放电曲线如图 4 所示。经过大量实验，将放电触头间隙设定为 4.5mm，调整输入电压，电弧长度可稳定在 5mm 左右，电弧明亮，点火成功率达到百分之百。 

       同时，通过模拟现场异物工况条件，对该无人机喷火装置进行试验验证，效果如图 5 所示。通过分析得出，无人机喷火装置喷射火焰距离为 6.15m，喷火时间为 5~8s，可连续喷火工作 3 次，平均工作时间大约 5min（传统异物清除工作时间 1 小时左右），大大提高了工作效率，且能够满足新疆输电工区不同工况环境线路的异物清除，确保架空输电线路的安全稳定运行[6]。
3 结论
       本文通过研制无人机特种作业异物清除喷火装置，并进行改造升级，提高了火焰喷射距离、喷火工作时间、带电作业效率，有效地满足了新疆输电工区的工况要求。此种作业方法无需停电状态下人员登塔作业，降低了劳动强度、保证了人身安全，大大节约了人力、物力、财力等。
参考文献：
[1]李昊．电力输电线路的运行维护及故障排除[J]．黑龙江科学，2014，5（11）：231.
[2]刘明亮，杨厚峰．导线易漂浮物清除工具的研制与应用[J]．自动化博览，2011，29（S2）：185-187.
[3]曹燕军．输电线路异物清除机器人机构设计与分析[D]．沈阳：沈阳理工大学，2015.
[4]梁伟，陈杰，刘洋，等．清除架空线路异物的新型装置及其试验研究[J]．中国电业（技术版），2015，66（9）：57-59.
[5]赵慧斌，马兴誉．电线异物遥控夹线爬行烧除机简述[J].科技情报开发与经济，2011，21（33）：194-197.
[6]金立军，姚春羽，闫书佳，等．基于航拍图像的输电线路异物识别[J]．同济大学学报（自然科学版），2013，41（2）：277-281．

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