特高壓輸電線路直升機(jī)帶電作業(yè)技術(shù)研究

國(guó)網(wǎng)通用航空有限公司 李源源 于 洋 沈 建 劉麗元 亢國(guó)娜

本文介紹了我國(guó)特高壓輸電線路的運(yùn)維特點(diǎn)及當(dāng)前國(guó)內(nèi)直升機(jī)帶電作業(yè)的現(xiàn)狀。著重對(duì)特高壓輸電線路直升機(jī)帶電作業(yè)特性、進(jìn)出電場(chǎng)方式選擇、帶電作業(yè)經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行了研究分析，對(duì)未來(lái)直升機(jī)帶電作業(yè)發(fā)展進(jìn)行了展望。

特高壓輸電線路；直升機(jī)帶電作業(yè)；作業(yè)方法

引 言

目前我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，特高壓電網(wǎng)在大范圍優(yōu)化配置能源、保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面，凸顯出重要作用。特高壓電網(wǎng)覆蓋全國(guó)，輸電距離長(zhǎng)，沿線氣候、地形多變，運(yùn)維條件復(fù)雜。直升機(jī)帶電作業(yè)是當(dāng)前世界上少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家在線路檢修中采用的作業(yè)手段，直升機(jī)將檢修人員直接送至線路缺陷處，既提高了工作效率，也保障了檢修人員安全。在電網(wǎng)應(yīng)急狀態(tài)下，對(duì)偏遠(yuǎn)、復(fù)雜地形下的線路進(jìn)行帶電作業(yè)具有明顯優(yōu)勢(shì)，研究和應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，對(duì)提升特高壓線路運(yùn)行檢修管理水平，提高線路運(yùn)維經(jīng)濟(jì)效益具有積極意義。

1 特高壓輸電線路運(yùn)維特點(diǎn)及對(duì)帶電作業(yè)的要求

1.1 特高壓線路特點(diǎn)

1.1.1 線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜：特高壓線輸電線路桿塔高，導(dǎo)線分裂數(shù)多，絕緣子串長(zhǎng)。特高壓交流示范線路全線鐵塔平均高76.7m，全線高70～90m的鐵塔占60%以上，90～100m的鐵塔占14%，100m以上的鐵塔占5%，平均重70.5t；絕緣子片數(shù)44～74片，單串長(zhǎng)度在9.75m～13m。

1.1.2 線路里程長(zhǎng)、沿線地理氣候環(huán)境多變：浙福線全長(zhǎng)603km，沿線山地地形占45.9%，平原形地占5.6%，其余為高山、丘陵等地形。

1.1.3 在電網(wǎng)的重要性高：特高壓線路輸送容量大，復(fù)奉線滿負(fù)荷運(yùn)行功率為640萬(wàn)千瓦，每年向上海輸送320億千瓦時(shí)電能，約占上海高峰負(fù)荷的1/4，可以節(jié)省原煤1000萬(wàn)噸，減排二氧化碳2000多萬(wàn)噸。

1.2 特高壓輸電線路帶電作業(yè)要求

1.2.1 需要研制專用工器具：針對(duì)特高壓輸電線路運(yùn)行特點(diǎn)，在超高壓帶電作業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)特高壓帶電作業(yè)安全距離、組合間隙、作業(yè)方式和平臺(tái)，在滿足安全性、功能性的情況下，優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理布局，研制適合的專用工器具。

1.2.2 需要研究安全防護(hù)技術(shù)：特高壓輸電線路電壓等級(jí)和帶電體周圍場(chǎng)強(qiáng)更高，帶電作業(yè)過(guò)程電位轉(zhuǎn)移脈沖更大，需要研制專用屏蔽服和電位轉(zhuǎn)移棒。

1.2.3 需要對(duì)線路進(jìn)行高效運(yùn)維：特高壓輸電線路在運(yùn)行過(guò)程中處理缺陷，需要通過(guò)根據(jù)線路和環(huán)境特點(diǎn)，合理選擇帶電檢修方式，在減小人工作業(yè)強(qiáng)度的條件下提高檢修效率和安全作業(yè)水平。

2 直升機(jī)帶電作業(yè)方式

直升機(jī)帶電作業(yè)有平臺(tái)法、吊索法和吊籃法三種，這三種作業(yè)方式各有優(yōu)勢(shì)和局限性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)線路檢修項(xiàng)目、電壓等級(jí)、導(dǎo)地線排列方式、作業(yè)天氣和線路地形等情況進(jìn)行合理選擇。

2.1 平臺(tái)法

平臺(tái)法是將工作平臺(tái)置放在直升機(jī)的滑橇，一側(cè)承載帶電檢修人員和作業(yè)工器具，另一側(cè)放置配重，以平衡檢修人員和工具的重量，直升機(jī)從檢修人員所在一側(cè)進(jìn)入等電位進(jìn)行帶電作業(yè)的方法。2007年6月6日，國(guó)網(wǎng)通用航空有限公司采用平臺(tái)法在北京沙河試驗(yàn)站試驗(yàn)線路上進(jìn)行了帶電安裝防繞擊避雷針、帶電安裝地線標(biāo)志球、帶電修補(bǔ)避雷線、帶電更換導(dǎo)線間隔棒、帶電更換導(dǎo)線間隔棒等6項(xiàng)直升機(jī)帶電作業(yè)。2014年12月9日，國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司在國(guó)家電網(wǎng)公司特高壓交流試驗(yàn)基地內(nèi)，進(jìn)行了世界首次特高壓線路直升機(jī)帶電作業(yè)試驗(yàn)，完成了特高壓線路導(dǎo)線地線預(yù)絞絲補(bǔ)強(qiáng)、地線防振錘安裝等項(xiàng)目。

2.1.1 平臺(tái)法作業(yè)優(yōu)勢(shì)：

（1）利用直升機(jī)靈活機(jī)動(dòng)的特性，檢修人員可以準(zhǔn)確到達(dá)線路故障點(diǎn)，作業(yè)結(jié)束后，檢修人員可以隨直升機(jī)迅速脫離導(dǎo)地線；

（2）針對(duì)不同檢修科目，對(duì)平臺(tái)工器具、材料進(jìn)行配置，可以減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度；

（3）平臺(tái)檢修人員和飛行員距離比較近，相互之間溝通交流方便。

2.1.2 平臺(tái)法作業(yè)難點(diǎn)：

（1）平臺(tái)法選用的直升機(jī)在作業(yè)過(guò)程中與輸電線路等電位，因此所選用的直升機(jī)需要通過(guò)放電試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)內(nèi)容主要包括帶電作業(yè)間隙放電試驗(yàn)、電位轉(zhuǎn)移電流測(cè)量試驗(yàn)和等電位電場(chǎng)測(cè)量試驗(yàn)，而且需要根據(jù)導(dǎo)地線排列方式和線間距離對(duì)直升機(jī)嚴(yán)格選型；

（2）直升機(jī)作業(yè)平臺(tái)載重量有限，每次進(jìn)行等電位作業(yè)只能攜帶的少量修補(bǔ)材料和工具；

（3）受限于導(dǎo)地線排列方式，平臺(tái)法對(duì)水平排列的中相導(dǎo)線、緊湊型線路、同塔多回線路進(jìn)行帶電檢修，可能不滿足安全組合間隙要求，無(wú)法進(jìn)行作業(yè)；

（4）直升機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間處于等電位狀態(tài)，對(duì)人員的飛行操控技術(shù)、線路檢修技術(shù)、心理素質(zhì)要求嚴(yán)格；

（5）進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí)，直升機(jī)始終處于空間相對(duì)固定位置，飛行員有時(shí)還需要配合平臺(tái)檢修人員細(xì)微調(diào)整直升機(jī)的懸停位置，對(duì)直升機(jī)的懸停操控穩(wěn)定性要求高；

（6）平臺(tái)法檢修人員一個(gè)時(shí)間段內(nèi)只能處理一處缺陷，效率比較低。

2.2 吊索法

吊索法是利用懸吊于直升機(jī)下面的絕緣繩索，將檢修人員或工具送到到線路作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行帶電作業(yè)的方法。檢修人員在作業(yè)過(guò)程中既可以保持懸掛在直升機(jī)下方，也可以轉(zhuǎn)移到線路上，直升機(jī)不必始終處于懸停狀態(tài)。國(guó)網(wǎng)通用航空有限公司采用吊索法2014年3月27日在湖北輸配電帶電作業(yè)實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行了500kV輸電線路帶電更換導(dǎo)線間隔棒實(shí)操演練；2007年6月6日在北京沙河試驗(yàn)站試驗(yàn)線路上進(jìn)行了帶電安裝導(dǎo)線防振錘檢修作業(yè)。

2.2.1 吊索法作業(yè)優(yōu)勢(shì)：

（1）和平臺(tái)法相比，直升機(jī)和帶電線路不直接接觸，因此直升機(jī)不需要進(jìn)行放電試驗(yàn)驗(yàn)證，直升機(jī)機(jī)型選擇余地大；

（2）采用吊索法可以對(duì)水平排列中相導(dǎo)線、同塔多回線路、緊湊型線路進(jìn)行作業(yè)，不受線路排列方式的影響，和平臺(tái)法相比可以處理更大范圍的線路缺陷；

（3）懸吊檢修人員進(jìn)入和脫離電場(chǎng)的過(guò)程，直升機(jī)始終處于線路上方，只需將單個(gè)檢修人員送入等電位，對(duì)線路空間場(chǎng)強(qiáng)畸變小，不容易造成線路短路，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)低；

（4）直升機(jī)只需要在檢修人員進(jìn)入和脫離電場(chǎng)的短時(shí)間內(nèi)懸停，飛行安全性好；

（5）直升機(jī)與進(jìn)入等電位的檢修人員脫離后，可以將其他檢修人員懸吊至同一故障點(diǎn)協(xié)同配合，也可以將其他檢修人員送至不同故障點(diǎn)同時(shí)開(kāi)展帶電作業(yè)，檢修工作效率高。

2.2.2 吊索法作業(yè)難點(diǎn)：

（1）和平臺(tái)法相比，檢修人員通過(guò)配套絕緣繩索和直升機(jī)連接，進(jìn)行特高壓帶電檢修時(shí)，電位轉(zhuǎn)移脈沖電流大，檢修人員必須通過(guò)電位轉(zhuǎn)移棒進(jìn)入等電位，線上人員和飛行員距離遠(yuǎn)，需要對(duì)飛行員線上高處懸吊技術(shù)、檢修人員間通信指揮技術(shù)進(jìn)行研究；

（2）檢修人員攜帶的工具和材料有限，無(wú)法進(jìn)行壓接導(dǎo)線等復(fù)雜操作

2.3 吊籃法

懸籃法是利用懸吊于直升機(jī)下面的絕緣繩索，將專用吊籃和其中的檢修人員送至到線路作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行帶電作業(yè)的方法。吊籃轉(zhuǎn)移到線路后，直升機(jī)即可與其脫離。2014年12月2日，國(guó)網(wǎng)通用航空有限公司成功在湖北鳳凰山變電站500千伏實(shí)訓(xùn)線路進(jìn)行了直升機(jī)吊籃法帶電演示作業(yè)，應(yīng)用一架貝爾429雙發(fā)直升機(jī)，準(zhǔn)確將專用吊籃和檢修人員吊送至作業(yè)地點(diǎn)，順利完成修補(bǔ)管修補(bǔ)導(dǎo)線、預(yù)絞絲修補(bǔ)導(dǎo)線、更換導(dǎo)線間隔棒3項(xiàng)演示作業(yè)項(xiàng)目。

2.3.1 吊籃法作業(yè)優(yōu)勢(shì)：

除了具備吊索法所有優(yōu)勢(shì)外，吊籃法搭載了吊籃，可以攜帶更多檢修工具和材料。

2.3.2 吊籃法作業(yè)難點(diǎn)：

（1）需要根據(jù)導(dǎo)地線型號(hào)、線間距離、導(dǎo)線分裂數(shù)目研制專用吊籃和工器具，并對(duì)相應(yīng)的等電位進(jìn)入方式進(jìn)行研究；

（2）專用吊籃依靠配套絕緣繩索和直升機(jī)連接，特高壓電位轉(zhuǎn)移脈沖電流大，吊籃和檢修人員必須通過(guò)電位轉(zhuǎn)移棒進(jìn)入等電位，吊籃和飛行員距離遠(yuǎn)，因此對(duì)飛行員線上高處懸吊技術(shù)要求高，并需要對(duì)檢修人員間通信指揮技術(shù)等進(jìn)行研究

3 特高壓直升機(jī)帶電作業(yè)技術(shù)研究重點(diǎn)

3.1 作業(yè)機(jī)型選擇和飛行技術(shù)

合適的機(jī)型是完成直升機(jī)帶電作業(yè)的先決條件。理想的特高壓輸電線路帶電作業(yè)直升機(jī)應(yīng)具有安全性高、飛行性能先進(jìn)、作業(yè)能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn),還需要具體考慮直升機(jī)的起降靈活性、飛行平穩(wěn)性、空中定點(diǎn)懸停能力、載重量等方面因素。從作業(yè)方式選擇、飛行姿態(tài)、機(jī)型改裝等諸多方面探尋帶電作業(yè)條件下直升機(jī)的盤(pán)旋技術(shù)、平臺(tái)搭載技術(shù)，并結(jié)合實(shí)際線路地形和氣象條件，發(fā)揮出直升機(jī)的最佳性能。帶電作業(yè)過(guò)程中直升機(jī)需要進(jìn)行無(wú)地效懸停，和高速爬升工況相比，對(duì)直升機(jī)整機(jī)性能及發(fā)動(dòng)機(jī)的要求更高。進(jìn)行帶電作業(yè)還要求飛行員具有豐富的飛行經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)專業(yè)的直升機(jī)懸停和操控訓(xùn)練，能夠按照作業(yè)要求，準(zhǔn)確將檢修人員送至作業(yè)位置。

3.2 指揮通信技術(shù)

進(jìn)行直升機(jī)帶電作業(yè)時(shí)，直升機(jī)飛行員、帶電檢修人員、地面保障人員需要傳遞信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通交流。國(guó)際上采用的是打手勢(shì)的方法，通過(guò)事先約定好的一些動(dòng)作，表達(dá)上升、下降等簡(jiǎn)單信息，但是無(wú)法傳遞更多信息。帶電作業(yè)時(shí)直升機(jī)靠近導(dǎo)線、吊籃具有尖銳突出部位等原因會(huì)加劇線路附近電場(chǎng)畸變，傳統(tǒng)通信設(shè)備更加容易受到線路周圍電磁場(chǎng)干擾，因此需要對(duì)特高壓線路環(huán)境和直升機(jī)帶電作業(yè)要求分析，研制滿足機(jī)上、線上和地面人員三方通話，抗強(qiáng)電磁干擾的通訊設(shè)備，解決直升機(jī)帶電作業(yè)過(guò)程中人員有效溝通的難題。

3.3 專用檢修工器具

特高壓輸電線路直升機(jī)平臺(tái)法、吊索法和吊籃法帶電作業(yè)與傳統(tǒng)的人工帶電作業(yè)方式不同，特高壓輸電線路的導(dǎo)線排列方式、子導(dǎo)線的分裂數(shù)目、導(dǎo)線間距也不同于超高壓輸電線路，需要根據(jù)這些特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)符合我國(guó)特高壓線路特點(diǎn)的檢修平臺(tái)、吊索、吊籃及工器具。在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮檢修人員工作空間，安全護(hù)欄等功能需求，合理設(shè)置空間尺寸和布局，對(duì)載荷、強(qiáng)度與穩(wěn)定性進(jìn)行分析，試制樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求。與直升機(jī)直接連接的檢修平臺(tái)和吊索系統(tǒng)必須取得民航局頒發(fā)的適航認(rèn)證，并且經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的電氣性能和力學(xué)性能測(cè)試，合格后才能進(jìn)行帶電作業(yè)。

3.4 安全防護(hù)技術(shù)

安全防護(hù)是帶電作業(yè)中十分重要的一環(huán)，有必要對(duì)特高壓輸電線路帶電環(huán)境進(jìn)行分析，明確安全防護(hù)對(duì)象，研究并驗(yàn)證適用于特高壓直升機(jī)帶電作業(yè)用的安全防護(hù)用具，制定安全防護(hù)措施。通過(guò)相間安全距離試驗(yàn)，結(jié)合線路過(guò)電壓水平，通過(guò)危險(xiǎn)率計(jì)算分析，確定平臺(tái)法、吊索法、吊籃法帶電作業(yè)相間最小安全距離；通過(guò)制作實(shí)際尺寸模型，對(duì)等電位轉(zhuǎn)移時(shí)導(dǎo)線和檢修人員間產(chǎn)生的脈沖電流進(jìn)行測(cè)量，確定合理的電位轉(zhuǎn)移方式；通過(guò)模擬帶電檢修人員處于電場(chǎng)的不同位置，對(duì)其屏蔽服內(nèi)外的場(chǎng)強(qiáng)和流過(guò)屏蔽服的電流進(jìn)行研究，提出有效的屏蔽防護(hù)措施。

3.5 其他配套技術(shù)

采用吊索法和吊籃法進(jìn)行直升機(jī)帶電作業(yè)，絕緣繩索、懸吊檢修人員、吊籃處于直升機(jī)正下方，容易受到懸吊氣流影響，因此需要對(duì)懸吊穩(wěn)定性進(jìn)行研究；在緊急情況下檢修人員、吊籃能夠快速和直升機(jī)脫離，還需要對(duì)吊索、吊籃的快速脫離裝置進(jìn)行研究，保證作業(yè)安全。

4 直升機(jī)帶電作業(yè)的優(yōu)勢(shì)

4.1 減少檢修人員數(shù)量和作業(yè)時(shí)間

以直升機(jī)帶電更換500kV線路間隔棒為例，采用傳統(tǒng)作業(yè)方式需檢修人員約4人，更換1個(gè)間隔棒作業(yè)時(shí)間約為30分鐘，而采用直升機(jī)平臺(tái)帶電作業(yè)時(shí)只需要飛行員1人和等電位檢修人員1人，作業(yè)時(shí)間僅需10分鐘?？梢?jiàn)，直升機(jī)帶電作業(yè)和傳統(tǒng)帶電檢修方式相比，可以減少檢修人員數(shù)量，提高帶電檢修效率。

4.2 降低線路停電檢修的經(jīng)濟(jì)損失

若通過(guò)直升機(jī)帶電作業(yè)方式處理復(fù)奉線缺陷，平均每年減少停電時(shí)間達(dá)10小時(shí)計(jì)算，可以減少直接經(jīng)濟(jì)損失約：640萬(wàn)千瓦×0.530元/度電×10小時(shí)=3392萬(wàn)元。

5 展 望

直升機(jī)帶電作業(yè)和傳統(tǒng)人工帶電作業(yè)相比具有快捷、高效、高技術(shù)含量等特點(diǎn)，代表著當(dāng)前國(guó)際輸電線路帶電作業(yè)技術(shù)的最高水平。直升機(jī)帶電作業(yè)作為現(xiàn)代化的電網(wǎng)運(yùn)維方式已經(jīng)在超高壓線路中得到了應(yīng)用，目前國(guó)網(wǎng)通用航空有限公司正在開(kāi)展特高壓交、直流輸電線路吊籃法和吊索法帶電檢修技術(shù)的研究，相信通過(guò)對(duì)帶電作業(yè)飛行技術(shù)、安全防護(hù)技術(shù)等方面的研究，隨著特高壓交直流線路的陸續(xù)投運(yùn)，未來(lái)直升機(jī)帶電作業(yè)技術(shù)將能更好的服務(wù)于我國(guó)特高壓電網(wǎng)。

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