2017年第1卷第10期（总第10期）
VOL.1 NO.10 2017
( Cumulativety NO.10 )中国高新科技
China High-tech
1 概述
架空高压输电线路的运行可靠性直接关系到电网的安全。鸟害是威胁架空线路稳定运行的重要因素，影响程度仅次于雷电活动与外力破坏。近年来，由于我国的生态保护、退耕还林政策的逐年推行，自然环境得到改善，鸟类繁衍数量逐年增多，活动范围逐年增大，对架空高压输电线路的运行造成极大的威胁。 鸟类对高压输电线路的危害形式主要有两种：其一，鸟类在高压输电线塔上筑巢，其筑巢所用的树枝、铁丝、柴草等材料下落，短接瓷盘串易引起跳闸故障；其二，鸟粪会污染绝缘子串，使线路绝缘子外绝缘或空气绝缘水平降低，在空气潮湿、大雾时易发生闪络。除此之外，高压电流可沿着下流的粪便造成单相接地或者鸟粪随风吹向带电体造成空气间隙击穿，引起闪络故障。针对以上两种危害形式，最佳的解决方案是防止鸟类以高压线塔上作为栖息环境，因此，清除高压线塔上的鸟巢是降低高压输电线路危害的一种必要措施。 2 高压线塔鸟巢的特征
2.1 环境特征
不同鸟类的栖息习性和环境不同，但经过调查发现，大部分鸟巢建在人员稀少的丘陵、山地、水田，并且附近有水库或水塘无树木的地形、地貌地带。主要原因是：此类地方可提供给鸟类丰富的食物，但无高大的树木可以筑巢，鸟类为了繁殖并且出于保护自身安全的前提下，选择高压线塔作为最理想的筑巢地点。
2.2 季节特征
威胁高压线塔上的鸟害故障大多发生在春、冬两个季节。春季是鸟类繁殖及筑巢的旺季，刚搭建起来的鸟巢不牢固，春季风大，构建鸟巢的枝、叶等材料纷飞，常会造成接地或相间短路故障。冬季由于气温降低，增加了鸟类在鸟巢中的栖息时间，其产出的粪便也会随之增加，而且冬季夜间湿度大，雾、小雨、小雪会稀释粪便，使瓷瓶外绝缘水平明显下降，更易导致瓷瓶闪络故障。
2.3 材质特征
根据统计易在高压线塔上搭巢的鸟类主要有喜鹊、乌鸦、白鹭、斑鸠、天鹅、乌鸦、苍鹰。虽然鸟的种类不同，但是其材料大多是由树枝、铁丝、柴草等物组成。大多数鸟类都以当地树枝为筑巢材料并配合
柴草编制而成，内部可能会有起加固鸟巢作用的铁丝等材料。虽然搭建鸟巢的材料会时有掉落，但是其整体结构牢固，而且高压输电线塔结构
清除高压线塔鸟巢的抛投拉拽式无人机清障设备研发
萧振辉 张 雷 霍永良 刘余敏 董礼勇
（中国南方电网有限责任公司广州供电局有限公司输电管理所，广东广州 510000）
摘要：高压线塔上的鸟巢对输电线路危害极大，需采取一定的措施予以清除。根据鸟巢的环境特征、季节特征与材质特征，在现有的人工摘除与无人机喷火清除两种技术方案上进行改进，总结出一套具有剪切装置、绞碎装置、抛投装置及六旋翼平台的无人机系统。 关键词：鸟巢特征；剪切装置；绞碎装置；抛投装置 文献标识码：A 中图分类号：TM752
文章编号：2096-4137（2017）10-018-03 DOI：10.13535/jki.10-1507/n.2017.10.06
收稿日期：2017-10-18
作者简介：萧振辉（1988-），男，广东东莞人，中国南方电网有限责任公司广州供电局有限公司输电管理所工程师，研究方向：架空线路运维、无人机巡检作业。
基金项目：中国南方电网有限责任公司重点科技项目：多旋翼无人机系统在城市和山区输电线路深化应用技术研究（GZHKJ00000102）。
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复杂，不易被清除。
3 抛投拉拽式无人机清障设备模型
基于高压输电塔的鸟巢的特征，提出了新型清除高压线塔顶端的鸟巢的无人机系统。此系统包括无人机平台、剪切、绞碎、抛投装置。通过本套清鸟巢系统的三套装置相互配合，可在短时间内完成高压线塔上鸟巢清除任务。本文单独介绍此无人机系统的抛投装置，可用于清除高压线塔上简单的鸟巢结构。
3.1 无人机平台设计
3.1.1 整体布局参数
飞行平台的整体布局参数见表1：
表1 飞行平台整体布局参数
项目数值轴距1400mm 空机重量15kg 螺旋桨型号3080设备重量5kg 续航时间
20分钟
3.1.2 动力设计
为大致测定拖拽鸟巢的拉力大小，需要做一个模拟实验。将标打入所构建的模拟鸟巢内，并将鸟巢固定在一个钢架结构中，通过拉力计拖拽获取拖拽鸟巢所需的力量大小。
通过模拟实验，拉力计测试，可以大致得到数据8kg，为了留有余度，将拉力的目标值设置为10kg。
本清除鸟巢无人机系统预计总重量不超过20kg，若加上抛投装置拉拽鸟巢的力量，则预计本套飞行系统需提供30kg的拉力才可完成目标。综上所述，可选择恒力源W92-35kV100电机，选用3080碳桨，利用测试台可得，其具体配置与测试参数见表2、表3。因此，可确定选择12S锂电池，3080螺旋桨，恒力源W92-35kV100电机可满足本方案设计要求。
表2 恒力源W92-35kV100配置
电机型号
锂电池
螺旋桨
适合起飞重量
4轴
6轴
8轴
W92-35 kV100
12S 308017～23kg 26～34kg 36～47kg
表3 恒力源W92-35kV100测试参数
电流
6
1218243036
42
46（MAX）拉力2870458060907350840094501040011000功率
288
576
864
1152
1440
17282016
2208力效9.9657.9517.049 6.380 5.833 5.4695.159
4.982
3.1.3 电池设计
在确定了使用电机型号后，依据计算的使用功耗，需要48V（12s）的16000mah的电池。本方案采用2块6S电池串联的方式可满足要求，选择目前应用比较成熟是格式电池，其具体参数见表4：
表4 格氏电池三个版本参数对比表
参数经典版
智能版
高压版
电芯格式原厂锂聚合物动力锂电芯
电芯组合方式
6S1P 容量16000mAh
电压22.2V
22.8V
持续放电倍率15C 峰值放电倍率
30C 体积（近似数据，单位：毫米）
长
184202.43192宽7688.1475厚
6769.859重量
（近似数据，单位：克）
19152065
1830
经过对比，由于本方案电池组需要进行改装，所以采用6S经典版较为合适。3.2 抛投装置设计
3.2.1 旋转平台设计
抛投装置旋转旋转平台如图1所示。
1-飞行器搭载平台；2-连接支柱；3-第一转盘；4-第一舵机；5-转杆；6-横杆；7-连接支架；8-第二舵机；9-第二转盘；10-剪切杆固定板；11-模拟抛投固定杆；12-模拟抛投。
图1 旋转平台
飞行器搭载平台1四角处的连接立柱2与飞行平台连接，通过飞行平台带动清除装置飞至鸟巢的高度位置，第一舵机4驱动第一转盘3转动，第一转盘
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3带动与之连接的转杆5和横杆6旋转，转杆5和横杆6带动连接支架7以转杆5为轴做旋转运动，由此模拟抛投12实现左右方向的转动。连接支架7上的第二舵机8驱动第二转盘9转动，第二转盘9带动剪切杆固定碳杆11以第二转盘9的中轴线旋转，由此抛投12实现上下方向的俯仰转动。
3.2.2 抛投设计
如图2所示，抛投采用橡皮筋弹射结构，其通过弹射出的箭头钩住鸟巢。箭头后面的牵引线连接无人机平台，由此可通过驱动飞行器平台实现拉拽鸟巢的目的。其牵引线缠绕在线轮上，由于缠绕方式与展开方式成90°，所以牵引线可以方便展开，减小了线轮对线的阻力。其牵引线的末端连接到无人机平台上，无人机平台上有脱钩装置，当抛投装置由于投错方向，无法脱离高压线塔时，可以触发脱钩装置，抛弃箭头与牵引线，从而保证无人
机平台能安全返航。
图2 抛投装置
抛投装置的瞄准装置，采用绿外光进行瞄准，其强大的功率可使在明亮的阳光下依然能够看清其瞄准的亮点。
抛投装置采用如图3所示的箭头：
图3 箭头
其箭杆处顶端附有倒钩，射入鸟巢内部。可钩住严密的鸟巢结构。其箭杆采用PLA材料制作而成，若箭头无法取下时，留在高压线塔上的箭杆可自动分解，不会造成对环境的二次污染。
图4所示为抛投装置与旋转平台的连接方式，
易于拆卸和安装。
图4 抛投装置连接图
因此，通过本系统的抛投装置，可以清除高压线塔体积小的鸟巢。
4 结语
清除高压线塔上的鸟巢是降低高压输电线路危害的一种必要措施。新型清高压线塔鸟巢系统所具备的剪切装置、抛投装置以及绞碎装置相互配合，可以清除各种结构复杂的鸟巢。本套清除高压线塔鸟巢的抛投拉拽式无人机清障设备可以清除小型鸟巢，其性能优越，并且通过试飞验证，可以实现清
除鸟巢的目的，而且易于携带，便于拆装，具有很
好的应用前景。
参考文献
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