无人机发热丝带电清除飘挂物装置 CNR217-038

项目背景

输电线路上悬挂的飘挂物——如塑料薄膜、断线风筝和广告布条——是引发线路跳闸的常见原因。飘挂物本身可能不导电，但在阴雨或晨露浸湿后表面水分使绝缘电阻下降——搭接在导线与杆塔之间形成泄漏电流通道——轻则产生电晕噪音重则发展成相间电弧短路跳闸。传统清除飘挂物的方式是线路停电后检修人员登杆或使用绝缘操作杆手动摘除。停电清除影响供电可靠性，带电清除则需要操作人员靠近导线作业风险高。无人机技术的发展提供了新的可能性——用无人机代替人工飞到导线上方清除飘挂物。但无人机如何安全有效地在带电导线上方操作而不引发相间闪络是关键的技术难题。

存在问题

• 飘挂物在阴雨天受潮后搭接导线和杆塔引发跳闸
• 停电清除影响供电可靠性
• 人工带电清除操作人员靠近导线有安全风险
• 无人机在导线上方操作需要不引发相间闪络

创新目标

研发一套无人机带电拆除飘挂物的装置。在无人机下方悬挂一根发热丝——发热丝通电后温度升高至约200度可以熔断飘挂物的塑料薄膜或布条。发热丝的加热电流由无人机电池供电不增加额外的接地回路——不会因发热丝的存在改变导线周围的电场分布引发相间闪络。

技术方案

装置由悬挂发热丝、温度和电流控制模块组成。

悬挂发热丝为一根长约1米的镍铬合金丝——直径约0.5mm。发热丝底部悬挂了一个小重锤保持发热丝在空中自然下垂。发热丝通过一根长约3米的绝缘吊绳悬挂在无人机下方——绝缘吊绳保证了无人机和发热丝之间有足够的绝缘距离——导线周围的电场在吊绳的绝缘距离下衰减到对无人机电子设备无影响的水平。发热丝的两端通过两根细绝缘导线连接到无人机上的温度和电流控制模块。

温度和电流控制模块由一个直流升压电路和一个温度闭环控制器组成。无人机电池输出的低压直流电通过升压电路升压后驱动发热丝发热。控制器通过测量发热丝的电阻变化来推算发热丝的温度（镍铬合金的电阻温度系数是已知常数）——当电阻对应的温度达到约200度时控制器停止升温保持恒温。200度这个温度高于绝大多数塑料和化纤材料的熔点（塑料薄膜约150-180度、布条约180-220度）足以将其熔断。又不至于高到可能在导线附近引燃可燃气体或损伤导线本身。

操作流程是：无人机操作手操控无人机飞到飘挂物上方——将发热丝下降到飘挂物位置接触飘挂物。发热丝的高温将接触到的塑料或布条熔断——飘挂物被分割成小块从导线上脱落。操作手通过无人机上的FPV摄像头观察发热丝与飘挂物的接触情况调整位置。

创新亮点

• 发热丝熔断替代机械切割：接触即熔断不需机械力不振动导线
• 电阻测温精准控温200度：够熔塑料不伤导线
• 绝缘吊绳隔离电场：无人机不受导线周围电场影响
• 电池自供电不增接地回路：不影响导线周围电场分布

落地应用效果

发热丝装置已在多次飘挂物清除中使用。操作手操控无人机将发热丝准确接触到导线上的塑料薄膜——约2秒内薄膜在接触处熔断并分裂成小块脱落。清除过程不需要停电不需要人员靠近导线。无人机电池一次满电可支持多次发热操作——清除一处飘挂物的总耗时从传统停电清除的数小时缩短至约20分钟。

产出物：无人机发热丝清除装置一套（含镍铬发热丝、温度和电流控制模块、绝缘吊绳、小重锤）、使用说明书。

适用场景：输电线路上悬挂的塑料薄膜、布条等飘挂物的带电清除。

安全提示：发热丝操作时无人机须与导线保持安全距离操作手须经培训持证上岗；发热丝温度不可超过设定上限；操作时下方不可有人员和易燃物品。