直升機巡視超高壓輸電線路

劉洪正，喬耀華，王洪川，李永明

（山東電力集團公司超高壓公司，山東 濟南 250021）

0 引言

2011年6月至9月，山東電網負荷屢創新高，為加強超高壓輸電線路運行巡視管理，山東電力集團公司與國家電網通航公司合作，對山東電網20條500 kV交流、±660 kV直流超高壓輸電線路進行直升機巡視作業，巡視里程共計2 097 km，發現100余條缺陷。期間，山東電力集團公司超高壓公司針對直升機巡視中發現的嚴重缺陷開展了帶電消除工作，確保了山東主網在迎峰度夏期間的安全穩定運行。

1 直升機巡視的國內外背景

20世紀50年代，美國、加拿大、西歐很多國家開始采用直升機巡線。80年代，美國、加拿大和隨后的澳大利亞由輸電線路巡線、檢修發展到直升機等電位帶電作業，使直升機電力作業技術又 向前邁進了一大步［1］。

我國從80年代初開始對高壓、超高壓架空輸電線路進行直升飛機巡視和施工作業的嘗試。1999年10月至2000年11月，華北電網有限公司與北京超高壓公司、北京首都通用航空公司、中國航空技術進出口總公司聯合組成了項目論證工作小組，研究直升機用于華北地區電力作業的可能性，2002年3月27日正式開始實施。

2 直升機巡視技術概況

2.1 基本技術原理

巡視直升機裝備陀螺穩定的可見光檢測儀與紅外熱成像儀，由1名航檢員操作對線路進行檢查和錄像，另1名航檢員操作防抖望遠鏡對線路進行檢查。直升機巡線具有高效、可靠不受地域影響等優點。

紅外成像檢查。利用紅外熱像儀對線路上的導線接續管、耐張管、跳線線夾、導地線線夾、金具、絕緣子等進行拍攝，分析數據，判斷其是否正常。同時進行全程紅外跟蹤錄像［2］。

可見光檢查。在航巡中運用望遠鏡、照相機、機載可見光鏡頭跟蹤記錄導地線、桿塔、金具、絕緣子等部件的運行狀態、線路走廊內的樹木生長、地理環境、交叉跨越等情況，同時進行全程跟蹤錄像。

2.2 直升機巡視的前期準備

航巡線路圖的繪制。向線路運維單位收集線路臺帳基本信息，整理標準的WGS84坐標格式線路桿塔坐標。根據線路區域分布和領航計算，確定臨時起降點和加油點。依據上述信息，以1：1 000 000的軍事地形圖為底圖，制作航圖。

起降點的現場勘察。依據橫線路方向40 km以內，順線路間隔80～150 km的起降點布置原則，為現場作業實施提供了地面保障。

警示標志的安裝。根據被巡視線路臺帳信息，組織加工制作警示標志牌，并在巡線作業前完成線路警示標志牌安裝。

飛行計劃編排。由于不同機型的不同巡視能力和經濟性，作業區域需要根據不同機型細致劃分，并且需要考慮空管、天氣因素，在空間上合理避開管制的空域，在時間上盡量避開天氣不適宜航巡的季節。

2.3 航巡作業基本方法

每次直升機巡視均由兩名航檢員操作，其中一名航檢員進行紅外檢查，另一名航檢員利用望遠鏡檢查。發現線路缺陷或可疑點時利用紅外設備、望遠鏡、照相機進行檢查與拍攝。飛機由一名飛行員駕駛。

為了更好的觀察銷釘類的微小缺陷，每次巡視將直升機在塔頭懸停時間為2～3min，對于500kV輸電線路，采取在線路單側巡視方式，即在線路一側巡視時檢查鐵塔三相導地線及金具，巡線時直升機與線路臨近相距離保持在15～20 m，作業速度保持在12 km/h左右。

紅外成像檢查員用機載可見光攝像儀及紅外熱成像儀對線路導地線及接續管同時進行錄像，以紅外成像檢查為主。望遠鏡檢查員直接用眼睛觀察導地線、間隔棒、線路走廊，發現問題后，用望遠鏡進行檢查。

檢查鐵塔時飛機在鐵塔斜側方懸停，飛機稍高于地線支架。紅外成像檢查員用機載可見光攝像儀及紅外熱成像儀對鐵塔、絕緣子、金具同時進行錄像，以紅外檢查為主。望遠鏡檢查員用用望遠鏡檢查塔基、塔身、導地線絕緣子及其金具。

巡線作業時直升機應嚴格按照巡視流程對鐵塔和金具等進行逐一檢查，作業流程如圖1-3。

圖1 巡視貓頭塔示意圖

圖2 巡視門型塔示意圖

圖3 巡視干型塔示意圖

3 直升機巡視與常規地面巡視的對比分析

3.1 技術比較

直升機巡視可以利用紅外成像儀對線路上的導線接續管、耐張管、跳線線夾、導地線線夾、金具、絕緣子等進行紅外檢測，準確度比地面檢測要高很多［3］；而常規地面巡視紅外檢測質量差，塔頭部分的金具、銷釘、放電間隙和絕緣子、導地線等設備缺陷不易發現。

在航巡中運用望遠鏡、照相機、機載可見光鏡頭可檢查記錄桿塔基礎、導地線金具、絕緣子等部件的運行狀態、線路走廊內的樹木生長、地理環境、交叉跨越等情況，清晰而且準確，效果可與登塔檢查相媲美。

使用直升機巡視，可使作業范圍迅速擴大。直升機可以到達地面人員無法接近的山谷地帶，其巡視不僅速度快，而且不會破壞莊稼，這在日益重視環境保護的今天，具有更大意義。

3.2 航巡效果對比

3.2.1 發現隱蔽性缺陷能力

直升機可以利用機載陀螺穩定的紅外成像儀發現線路上的一些隱蔽缺陷，比如引流金具發熱、合成絕緣子內部損傷發熱、瓷質絕緣子零值等［3］。而這些缺陷是人工巡視很難發現的，雖然人工巡視可以配備手持紅外檢測儀，但是由于人工巡視在地面，受巡視位置所限制，另外也不可能像直升機巡視可以全程監視。

3.2.2 發現缺陷準確率

直升機在巡視瓶口以上缺陷時，有著很高的發現率。而人工在巡視瓶口以下缺陷時，有著很高的發現率，圖4、圖5所示。

圖4 瓶口以上缺陷發現比例

3.2.3 發現缺陷威脅度對比

對航巡缺陷和人工巡視缺陷進行對比，發現直升機巡視發現的嚴重危急缺陷種類和數量要比人工巡視發現高很多。

圖5 瓶口以下缺陷發現比例

3.2.4 山區平原地形因素的對比

根據統計，山區缺陷不同于平原缺陷類型，其主要以金具、導地線等瓶口以上缺陷為主，占總缺陷數量的95%以上，而且嚴重危急缺陷程度要比平原高很多。但山區地形復雜，人工巡視難度很大。故針對山區線路，直升機巡視比人工更加有效。

從以上分析可以看出，直升機巡線項目技術上已經日趨成熟，制度也較為完善，大幅提高了山東超高壓公司電力維護的技術含量，而且能夠發現人工巡視所難以發現的線路缺陷，提高了電網運行穩定性。

4 山東超高壓輸電線路直升機巡視技術的應用

2011年6月至9月，為確保迎峰度夏期間輸電線路設備的安全穩定運行，山東電力集團公司超高壓公司與國網通航公司進行合作，將直升機巡視技術首次引入山東電網。

4.1 前期準備工作

前期現場勘察。根據航巡線路路徑，本次作業共需要設置16個臨時起降點，分別為任縣、清河、陵縣、禹城、冠縣、茌平、長清、章丘、桓臺、濰坊、平度、文登、棲霞、招遠、昌邑和濱州。

空管協調組工作安排。國網通航公司于6月中旬派空管協調組完成了山東電網線路所涉及的軍區空軍及民航空管局的協調工作。

收集線路臺帳。航巡前完成山東電網所轄超高壓線路的設備臺帳收集。

繪制航巡圖如圖6所示。

4.2 安全保障措施

人員要求：

圖6 航巡圖

飛行員、機務人員、飛行簽派員、航檢員必須持證上崗；

飛行員在作業前一天嚴禁酗酒，并應保證睡眠充足。

飛行主要保障措施：

直升機起飛前，應檢查機內的通訊系統是否暢通可靠；

巡線時直升機與500 kV直流線路安全距離保持在15～20 m，與660 kV直流線路安全距離保持在 20～25 m；

飛行過程中，若需要直升機轉到線路另一側，必須從塔上飛過，嚴禁從線路上橫穿；

飛行時不得在變電站（所）、電廠上空穿越。

4.3 技術管理

確定飛行速度和飛行時間。根據巡視作業情況分析，認為合理確定上線飛行速度和懸停檢查時間是關鍵問題。通過技術人員摸索和總結，山東超高壓輸電線路適合：

——直升機飛行速度通常應在9.8～10 km/h；

——懸停檢查時，直線塔懸停宜為3 min、耐張塔宜為5 min。

飛行方式。由于山東省7、8月份時值盛夏，下午氣溫較高，而且飛機內并未設置空調設備，為保證直升機的整體溫度的適宜，此次直升機巡視作業采用一天兩架次的飛行周期，飛行時間選擇在凌晨 5：00～7：30 和 9：00～11：30 兩個時間段。

4.4 巡視效果

通過兩個多月共計2 097 km的直升機巡視作業，航巡發現輸電線路一些地面巡視難以發現的一般缺陷甚至嚴重缺陷。

濟淄I線88號塔左導線鐵塔端掛點處U型掛環螺栓缺銷子，圖7所示。

華陵線62號塔中相小號側復合絕緣子串發熱，發熱點溫度27.2℃，正常點溫度15.5℃，高11.7℃，環境溫度23℃,濕度30%。在缺陷發現后，帶電作業對該串絕緣子進行了更換，換下的絕緣子發熱點芯棒已經粉化，長期運行有發生脆斷的可能，有效避免了一起線路掉串故障，發熱圖像如圖8所示。

圖7 U型掛環螺栓缺銷子

圖8 發熱圖像

5 結語

山東自2011年7月采用直升機巡視作業以來，山東超高壓輸電線路未發生一起因線路本體缺陷引起的設備跳閘事故，這種線路巡視方式，提升線路巡視質量，提高了線路健康水平，加上其與地面巡視人員相互配合，形成一種地空結合立體式的巡視體系，改善了單一的巡視方式，保證山東電網安全穩定運行。