摘要：無人直升機(jī)在輸電線路運行維護(hù)的應(yīng)用方面已嶄露頭角，正逐漸成為輸電線路巡視、檢查、維護(hù)的重要手段之一。由于無人機(jī)在輸電線路上的應(yīng)用優(yōu)點頗多，國內(nèi)許多電力企業(yè)都相繼投入資金發(fā)展此類業(yè)務(wù)。但國內(nèi)小型無人直升機(jī)發(fā)展起步較晚，在日常應(yīng)用中會給輸電線路帶來一定的安全風(fēng)險，因此需對其安全風(fēng)險加以分析并進(jìn)行防范。

關(guān)鍵詞：無人直升機(jī)；特高壓輸電線路；安全風(fēng)險；電力能源；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM73 文章編號：1009-2374（2015）34-0044-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.023

我國幅員遼闊，隨著西部經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展及沿海發(fā)達(dá)城市的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，電力的使用量與日俱增，隨之建設(shè)的大大小小的跨地區(qū)的輸電線路，很好地解決了電力能源的分配問題，但隨之而來的是越來越繁重的輸電線路的運行維護(hù)工作。目前在輸電線路運行維護(hù)中，無人直升機(jī)憑著能解決輸電線路維護(hù)中持續(xù)周期長、成本高、對于高山大嶺環(huán)境惡劣的地區(qū)巡視難度大等諸多缺點的優(yōu)勢，很快成為國內(nèi)各電力企業(yè)在輸電線路管理中的重點發(fā)展項目，但面對我國民用無人直升機(jī)的發(fā)展境況，再加上作業(yè)環(huán)境惡劣，各企業(yè)在此項目的訓(xùn)練及作業(yè)過程中，無不涉及無人直升機(jī)失控、墜落等情況，在輸電線路特別是在跨地區(qū)特高壓輸電線路上的應(yīng)用中是有諸多安全風(fēng)險的。

1 輸電線路影響無人直升機(jī)運行的因素

目前，無人直升機(jī)在輸電線路上的應(yīng)用主要有線路桿塔常規(guī)巡視，搭載紅外、紫外及可見光成像設(shè)備對輸電線路桿塔開展預(yù)試定檢工作，輸電線路故障查找，精確定位線路桿塔GPS坐標(biāo)等地理信息，對輸電線路進(jìn)行航拍取照（多為固定翼無人機(jī)）等工作。無人直升機(jī)在進(jìn)行上述工作時，其工作環(huán)境有兩大特點：

1.1 貼近輸電線路工作

無人直升機(jī)在大部分作業(yè)中都要貼近輸電設(shè)備飛行或懸停，在其間帶電的輸電設(shè)備產(chǎn)生的空間密度不一的電場、磁場由于電磁感應(yīng)原理，會使無人直升機(jī)設(shè)備中金屬部分如導(dǎo)線、信號線等部分電信號電路產(chǎn)生污染，導(dǎo)致無人直升機(jī)工作異常，其作為定位及輔助增穩(wěn)的GPS模塊、電子指南針、電子陀螺儀也會因為磁場的影響不能正常工作。按無人直升機(jī)的工作原理（圖1），在實踐中的表現(xiàn)就是在無人直升機(jī)在接近輸電線路到一定距離時會突然不受控制或控制困難，地面站各項數(shù)據(jù)波動較大、GPS連接的衛(wèi)星數(shù)量突然減少的情況，特別是對于用增穩(wěn)模式加GPS坐標(biāo)點自動巡航的無人直升機(jī)還會出現(xiàn)墜機(jī)導(dǎo)致輸電線路跳閘及設(shè)備損壞的后果。

圖1 無人直升機(jī)的工作原理

1.2 不可預(yù)知的微氣象環(huán)境

跨區(qū)域的輸電線路走廊距離長，一般都在人煙稀少的山區(qū)或廣袤的平原丘陵地區(qū)，地形環(huán)境復(fù)雜，隨之產(chǎn)生的是一個個不可預(yù)知區(qū)域的微氣象環(huán)境。目前輸電線路所使用的無人直升機(jī)為小型油動或電動直升機(jī)，重量輕，飛行中對復(fù)雜的氣象環(huán)境的抵抗力較弱，在微地形及大氣候的作用下，微氣象區(qū)域會無規(guī)律性地產(chǎn)生橫風(fēng)、渦流、小型龍卷風(fēng)及亂流等氣象條件，無人直升機(jī)會在飛經(jīng)此區(qū)域時突然遭受這些氣象，導(dǎo)致無人機(jī)失控或控制困難。

除上述兩方面外，無人直升機(jī)在實際應(yīng)用中，由于機(jī)體元件布置不合理，在飛行中，高頻震動或高溫（主要針對油動機(jī)）對傳感器或飛行控制器產(chǎn)生影響，致使PWM信號的輸入輸出異常，也會導(dǎo)致飛行器短時或長時間失控。另外，由于操作人員誤操作或誤撥操作鈕導(dǎo)致無人直升機(jī)失控的情況也時有發(fā)生。

2 安全風(fēng)險分析

相對于低壓輸電線路，特高壓輸電線路有電壓等級高、輸送容量大、電流密度大、安全半徑大等特點，在無人直升機(jī)作業(yè)過程中，對于接近帶電體的飛行，對跨區(qū)域特高壓電力設(shè)備存在著很大的威脅。目前相關(guān)電力規(guī)程規(guī)范尚無關(guān)于無人直升機(jī)與帶電體之間安全距離的規(guī)定，但理論上可參照《電力安全工作規(guī)程》（GB 2685-2011）電力線路部分中“在電力桿塔上工作與帶電體的安全距離”一欄對安全距離的規(guī)定（見表1）。

從表1可以看出，電壓等級越高，其禁止進(jìn)入半徑就越大，特別是在±800kV直流輸電線路中，其禁止進(jìn)入半徑達(dá)到10.1m，即截面積為320.3m?的環(huán)形區(qū)域，在無人機(jī)的操作中，由于視覺誤差及人員對空間距離判斷的誤差，操作者很容易把無人機(jī)操作至危險半徑以內(nèi)，除此之外，無人直升機(jī)在高電壓、高密度與高強度的電磁場環(huán)境中作業(yè)，很大程度上會導(dǎo)致失控墜機(jī)事故，造成輸電線路事故及對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。

2.1 無物理傷害導(dǎo)致的線路跳閘事故

在無人直升機(jī)作業(yè)過程中，由于外部因素干擾，或操作不當(dāng)造成無人機(jī)與帶電體之間的安全距離或組合間隙不夠，導(dǎo)致線路跳閘。此種跳閘一般為暫時性故障，交流可通過自動重合閘裝置，直流可通過直流再啟動裝置重新使線路復(fù)電。但因為是跨地區(qū)輸電線路，其電壓等級高、輸送容量大，所以在一定程度上會對變電站或換流站設(shè)備造成沖擊，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生諧波震蕩，影響主網(wǎng)的穩(wěn)定運行，如系統(tǒng)頻率變化等，造成嚴(yán)重的電力事故事件。

2.2 由物理傷害導(dǎo)致的線路跳閘

在使用油動無人直升機(jī)或較大體型的電動旋翼機(jī)（如AF25B油動無人直升機(jī)，其機(jī)體長1.78m、寬0.5m、高0.7m，凈重16.12kg，滿載27.6kg，翼展達(dá)2.15m）進(jìn)行作業(yè)時，由于內(nèi)、外部環(huán)境等復(fù)雜因素，導(dǎo)致失控墜機(jī)，其高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳會打擊導(dǎo)桿塔塔材導(dǎo)致變形，如果擊中導(dǎo)線致導(dǎo)線斷線，則會造成線路永久性故障。以中國南方電網(wǎng)公司±800kV楚穗直流線路為例，其輸送容量為雙極2×2500MW，是連接云南省與廣東省的大動脈。如果造成線路永久性故障導(dǎo)致雙極閉鎖，系統(tǒng)將切除兩座大型發(fā)電站將近4000MW的機(jī)組，廣東和云南的500kV交流斷面有越限的風(fēng)險，在直接造成巨額的經(jīng)濟(jì)損失的同時，主通道電壓大幅度下降，系統(tǒng)頻率可下降0.2～0.4Hz，將構(gòu)成特重大電力安全事故。

2.3 對周邊人員傷害及財產(chǎn)損失

以AF25B油動直升機(jī)為例，因為其翼展達(dá)2.15m，即直接傷害半徑為2.15m，如果在人群密集區(qū)域墜機(jī)可導(dǎo)致重大的傷亡事故，在山區(qū)其所產(chǎn)生的直接傷害及次聲傷害的概率較小，但亦可對個人或社會財產(chǎn)損失產(chǎn)生一定的風(fēng)險。

3 結(jié)語

無人直升機(jī)在跨區(qū)域特高壓輸電系統(tǒng)的應(yīng)用解決了跨區(qū)域高壓輸電線路運行維護(hù)中的諸多問題，但其風(fēng)險也是與其電壓等級成正比的。在帶來利益及便捷的同時也存在較高的安全風(fēng)險，本文所闡述的安全風(fēng)險可為開展輸電線路無人機(jī)工作風(fēng)險辨識與評估提供一定依據(jù)。此項作業(yè)現(xiàn)在電力行業(yè)無人機(jī)應(yīng)用正值初級階段，在不久的將來，經(jīng)過不懈的探索，無人直升機(jī)在特高壓輸電線路中將發(fā)展為集成作業(yè)審批、風(fēng)險辨識、風(fēng)險分析、完備安全措施的完整的一套流程。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊敏祥，李衛(wèi)國，石海鵬.無人直升機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)問題探討[J].智能電網(wǎng)，2011，（10）.

作者簡介：夏誠（1988-），男，貴州貴陽人，中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局助理工程師，研究方向：特高壓輸電線路技術(shù)。

（責(zé)任編輯：陳 潔）