無人機的鐵路電力工程架線施工

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摘要：在鐵路電力工程導線架設施工中，采用傳統(tǒng)的方法不僅要花費大量的人力而且還要投入大量資金。采用無人機展放牽引繩帶動導線的施工方法能夠大大減少人員投入，降低勞動強度，安全性高，避免了架線走廊樹木的砍伐等。無人機展放牽引繩實現導線展放的施工方法值得在鐵路電力工程中應用推廣。

關鍵詞：鐵路；電力架線；無人機；牽引繩

長期以來，鐵路電力輸電線路施工中展放導線工作基本都是用人工拖拉展放導線。這種施工方法需要大量的人工，還要提前清理放線走廊，損壞大量的農作物或樹木，造成不必要的浪費；尤其是在跨越山區(qū)、河流、湖泊時，采用人工架線施工的難度和成本將更大。隨著科學技術的進步，機械代替人工，機械化向自動化智能化轉變，在鐵路電力架線施工中使用無人機展放牽引繩，方便快捷。隨著施工水平不斷的提高，技術方案不斷完善，安全風險系數降低，施工效率和經濟效益越來越高；特別是線路走廊長、地形復雜、地勢險要的地區(qū)，例如在農田，果園等經濟作物生長區(qū)，通航的河道，復雜的交通，跨越山區(qū)與峽谷，使用無人機展放牽引繩線擔當“電力放線工”，替代人工進行展放牽引繩施工作業(yè)，效果更加顯著。

1應用背景

以往鐵路電力架空線路架線施工，工序繁瑣，勞動強度大，效率低，經濟成本大。隨著21世紀科技發(fā)展進步，國家倡導工程施工“四新”。新的科技產品被陸續(xù)的運用到工程施工中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)施工方法，提高施工效率，降低勞動強度，減少成本投入。在鐵路電力工程導線架設施工中，采用無人機展放牽引繩、機械牽引導線的施工方法，實現了提速增效的目標。

2無人機施工工藝

傳統(tǒng)的導線展放或直接采用人工拖拉，或先采用人工放牽引繩，再利用機械牽引帶動導線，把導線沿桿塔逐次展放好，再在桿塔上收緊導線。這種施工方法要大量的人工，還要開辟展放線通道，損壞大量農作物，砍伐較多樹木，民事協(xié)調工作量大，且施工難度大、工期長。

2.1牽引繩材料的選擇

因體積小，額定載荷有限，所以對牽引繩的要求較高。因受載力和牽引力的限制，選用的牽引繩必須有強度高、直徑小、重量輕、表面細滑、便于攜帶、容易操作等特點，根據這一特點我們選用特制的牽引繩作為無人機放線繩。

2.2放線方法

結合無人機展放牽引繩的多種優(yōu)勢，選用無人機展放牽引繩方案。其主要內容：無人機帶動一根Φ3.5mm特制迪尼瑪繩（一級引繩）投送到放線區(qū)段的各級桿塔橫擔上，再利用牽、張機緩慢牽引一根Φ12mm迪尼瑪牽引繩（二級引繩），在整區(qū)段牽引繩全部放通后，再利用二級牽引繩牽引一根Φ15防扭鋼絲繩（三級引繩），用來帶動導線，完成導線的展放施工。2.2.1施工準備。在一級牽引繩展放前，在放線耐張段兩端任選一處地形開闊，視野好的地面，作為無人機起飛場地。將無人機放在地面上，展開旋翼，調試設備。并將無人機牽引繩（一級引繩）一端安裝在無人機下方的鎖扣內，并在無人機下方牽引繩1米左右懸掛配重，防止牽引繩在空中飄動絞入旋翼。2.2.2展放作業(yè)。2.2.2.1做好施工準備后，準備起航。無人機起飛前，操作人員可以采取雙手平舉起無人機，在半空中起飛航行?？梢员苊鉄o人機地面起飛的不穩(wěn)定，可以節(jié)省無人機電能，延長續(xù)航里程。2.2.2.2遙控操作人員在起飛位置處，無人機航拍將前方實際情況直接呈現在遙控機屏幕上，遙控人員了解無人機前方地形，容易操作無人機向目標桿塔飛行，將牽引繩引到目標桿塔位置處。2.2.2.3在無人機起飛過程中，注意牽引繩線盤靈活，牽引繩走向順暢，不能被卡住，影響無人機飛行。2.2.2.4無人機帶領牽引繩連續(xù)從耐張段內的各個直線桿塔上方飛行，牽引繩直接落在每基鐵塔的頂端。繼續(xù)向前飛行，直至飛行到最后的耐張塔位置。無人機飛過最后的耐張桿塔后，在適當的位置通過遙控器控制無人機脫扣，將下方的牽引繩松掉，牽引繩在配重的作用下自由下落。2.2.2.5無人機將牽引繩拋掉后，即調轉方向，向起飛的位置飛行、著陸，完成牽引繩的展放施工。2.2.2.6牽引繩全部展放完畢后，線路施工人員將每個塔頂的牽引繩放到事先設置好的滑輪內，利用牽張機緩慢帶動放置好的牽引繩，利用既有牽引繩將二級牽引繩帶到每基鐵塔位置。然后，依次帶動三級引繩穿過每基鐵塔，最后利用三級牽引繩完成電力線導線的展放。2.2.3施工安全要求。2.2.3.1牽引繩展放完成后，隨即將一級牽引繩放置鐵塔上預先掛設好的滑車內，防止放設好的牽引繩受外界環(huán)境的破壞。2.2.3.2每基桿塔都要求懸掛試驗合格的滑車，保證其正常工作，轉動自如，有問題的要及時調整、修理或更換。2.2.3.3牽引過程中，塔上人員注意看護好牽引繩的運行，防止跳槽，特別是當牽引繩掛到障礙物時，立即通知牽引場停車，排除障礙后，再實施牽張施工。2.2.3.4牽引繩之間以及一級牽引繩與二級牽引繩之間的連接采用抗彎連接器及旋轉器，防止打結。2.2.3.5無人機飛行前利用風向標、風速儀等測定風速、風向等參數，判定能否作業(yè)。盡量選擇順風向飛行。2.2.3.6服從指揮員指揮，時刻觀察風向、風速、亂流等，防止進入錯誤飛行而發(fā)生事故。2.2.3.7無人機在放牽引繩中與帶電線路保持足夠的安全距離，防止牽引繩被風擺晃到帶電線路上面，造成停電事故。2.2.3.8在各重要跨越處派專人看護，尤其注意Φ3.5mm一級牽引繩不要拋出跨越架架體；公路跨越處注意引繩距地面在安全距離內。2.2.3.9整個作業(yè)流程中，作業(yè)人員必須做好對牽引繩的保護，防止線盤散亂，避免打死結、劇烈摩擦。

3無人機應用充分必要條件

3.1無人機應用優(yōu)越性

3.1.1無人機展放牽引繩減少人工投入數量，降低勞動強度，安全性高，節(jié)約經濟成本。人工展放牽引繩或直接拖拉導線時，需大量的人工沿線展放牽引繩。林地放線走廊的清理，跨越河道，跨越高山或峽谷等都要克服很多的困難。3.1.2無人機展放牽引繩大大減少了高壓線路走廊內林木砍伐，不需要修筑放線通道，避免了對周圍環(huán)境的擾動，保護施工現場周圍環(huán)境。同時，避免了放線走廊內障礙物清理協(xié)調工作和降低民事經濟補償費用，為項目節(jié)省資金投入。3.1.3縮短施工工期，提高了經濟效益。對于高壓線路遷改施工中，因受高壓或者特高壓線路每年停電檢修時間限制，加之傳統(tǒng)的施工方式使得實際施工時間較長。導致與停電檢修時間相沖突，為線路的改造造成很大的困難。有些高壓線路跨越高速公路，車流量大，車速快，人工展放牽引繩時安全風險較大。3.1.4無人機展放牽引繩施工效率高。對場地要求不高，易于在地形條件復雜的地區(qū)使用。

3.2無人機應用的條件

3.2.1無人機對環(huán)境的要求高，要在晴朗天氣視線好的情況下才能施工。大雨、大霧或大風等惡劣天氣禁止無人機放線施工。3.2.2無人機放線施工續(xù)航里程較短，施工時要提前安排好放線計劃。防止因無人機電池容量的原因，限制了續(xù)航里程，打亂放線計劃。3.2.3無人機牽引繩的選擇要用專用放線繩。無人機體積小，電機功率低，額定載荷有限，只能帶動較細較輕的牽引繩。

4無人機應用范圍

目前，無人機已經在很多領域得到了合理使用，為各行各業(yè)的發(fā)展帶來了很大便利。無人機在鐵路系統(tǒng)中也得到逐步的推廣應用，尤其是在鐵路電力線路架設施工中，利用無人機帶動牽引繩跨越高山、河道、樹林等地形，給施工帶來了很大便捷，節(jié)省大量資金的投入。在鐵路高壓線路遷改施工中應用，可以應用到鐵路貫通線路施工等需要跨越障礙物的施工中。隨著技術不斷成熟，將會在鐵路其它專業(yè)領域被應用。

5環(huán)境的保護

使用無人機展放牽引繩，極大的避免了林木的破壞，減輕施工過程中對施工場地環(huán)境的擾動。保護原有植被，避免水土流失等環(huán)境保護，維護了生態(tài)平衡。6結論在商合杭、杭黃高速鐵路高壓電力線路遷改施工中，有效的利用無人機的特性與優(yōu)勢，為現場施工帶來了便利，加快了工程的施工進度。今后能更好的實現對高海拔、高風險、高難度地區(qū)的展、放線施工，可以有效的避免因地形復雜、跨越多等帶來的安全隱患和施工困難；降低勞動強度，提高工作效率，安全性高，經濟效益好，保護環(huán)境和維護生態(tài)平衡。隨著科學技術的不斷發(fā)展進步，我們深信，無人機放線技術也將越來越成熟，無人機也將迎來全面應用的新階段，在鐵路建設中將會發(fā)揮更加強勁的優(yōu)勢。

參考文獻

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[3]《自動化控制原理》第二版，ISBN：9787302347439[4]余水工.無人機在電力行業(yè)應用價值及可行性分析，2016,1,21.

作者:王紅鷹 單位:中鐵四局集團電氣化工程有限公司