特高壓輸電線路直升機帶電作業(yè)技術研究

特高壓輸電線路直升機帶電作業(yè)技術研究

國網通用航空有限公司 李源源 于 洋 沈 建 劉麗元 亢國娜

本文介紹了我國特高壓輸電線路的運維特點及當前國內直升機帶電作業(yè)的現狀。著重對特高壓輸電線路直升機帶電作業(yè)特性、進出電場方式選擇、帶電作業(yè)經濟性等進行了研究分析，對未來直升機帶電作業(yè)發(fā)展進行了展望。

特高壓輸電線路；直升機帶電作業(yè)；作業(yè)方法

引 言

目前我國特高壓電網建設進入快速發(fā)展階段，特高壓電網在大范圍優(yōu)化配置能源、保障國民經濟發(fā)展等方面，凸顯出重要作用。特高壓電網覆蓋全國，輸電距離長，沿線氣候、地形多變，運維條件復雜。直升機帶電作業(yè)是當前世界上少數發(fā)達國家在線路檢修中采用的作業(yè)手段，直升機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。在電網應急狀態(tài)下，對偏遠、復雜地形下的線路進行帶電作業(yè)具有明顯優(yōu)勢，研究和應用該項技術，對提升特高壓線路運行檢修管理水平，提高線路運維經濟效益具有積極意義。

1 特高壓輸電線路運維特點及對帶電作業(yè)的要求

1.1 特高壓線路特點

1.1.1 線路結構復雜：特高壓線輸電線路桿塔高，導線分裂數多，絕緣子串長。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44～74片，單串長度在9.75m～13m。

1.1.2 線路里程長、沿線地理氣候環(huán)境多變：浙福線全長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 在電網的重要性高：特高壓線路輸送容量大，復奉線滿負荷運行功率為640萬千瓦，每年向上海輸送320億千瓦時電能，約占上海高峰負荷的1/4，可以節(jié)省原煤1000萬噸，減排二氧化碳2000多萬噸。

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：針對特高壓輸電線路運行特點，在超高壓帶電作業(yè)技術的基礎上，根據特高壓帶電作業(yè)安全距離、組合間隙、作業(yè)方式和平臺，在滿足安全性、功能性的情況下，優(yōu)化設計，合理布局，研制適合的專用工器具。

1.2.2 需要研究安全防護技術：特高壓輸電線路電壓等級和帶電體周圍場強更高，帶電作業(yè)過程電位轉移脈沖更大，需要研制專用屏蔽服和電位轉移棒。

1.2.3 需要對線路進行高效運維：特高壓輸電線路在運行過程中處理缺陷，需要通過根據線路和環(huán)境特點，合理選擇帶電檢修方式，在減小人工作業(yè)強度的條件下提高檢修效率和安全作業(yè)水平。

2 直升機帶電作業(yè)方式

直升機帶電作業(yè)有平臺法、吊索法和吊籃法三種，這三種作業(yè)方式各有優(yōu)勢和局限性，應當根據線路檢修項目、電壓等級、導地線排列方式、作業(yè)天氣和線路地形等情況進行合理選擇。

2.1 平臺法

平臺法是將工作平臺置放在直升機的滑橇，一側承載帶電檢修人員和作業(yè)工器具，另一側放置配重，以平衡檢修人員和工具的重量，直升機從檢修人員所在一側進入等電位進行帶電作業(yè)的方法。2007年6月6日，國網通用航空有限公司采用平臺法在北京沙河試驗站試驗線路上進行了帶電安裝防繞擊避雷針、帶電安裝地線標志球、帶電修補避雷線、帶電更換導線間隔棒、帶電更換導線間隔棒等6項直升機帶電作業(yè)。2014年12月9日，國網湖北省電力公司檢修公司在國家電網公司特高壓交流試驗基地內，進行了世界首次特高壓線路直升機帶電作業(yè)試驗，完成了特高壓線路導線地線預絞絲補強、地線防振錘安裝等項目。

2.1.1 平臺法作業(yè)優(yōu)勢：

（1）利用直升機靈活機動的特性，檢修人員可以準確到達線路故障點，作業(yè)結束后，檢修人員可以隨直升機迅速脫離導地線；

（2）針對不同檢修科目，對平臺工器具、材料進行配置，可以減輕人員勞動強度；

（3）平臺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 平臺法作業(yè)難點：

（1）平臺法選用的直升機在作業(yè)過程中與輸電線路等電位，因此所選用的直升機需要通過放電試驗驗證，試驗內容主要包括帶電作業(yè)間隙放電試驗、電位轉移電流測量試驗和等電位電場測量試驗，而且需要根據導地線排列方式和線間距離對直升機嚴格選型；

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

（3）受限于導地線排列方式，平臺法對水平排列的中相導線、緊湊型線路、同塔多回線路進行帶電檢修，可能不滿足安全組合間隙要求，無法進行作業(yè)；

（4）直升機需要長時間處于等電位狀態(tài)，對人員的飛行操控技術、線路檢修技術、心理素質要求嚴格；

（5）進行帶電作業(yè)時，直升機始終處于空間相對固定位置，飛行員有時還需要配合平臺檢修人員細微調整直升機的懸停位置，對直升機的懸停操控穩(wěn)定性要求高；

（6）平臺法檢修人員一個時間段內只能處理一處缺陷，效率比較低。

2.2 吊索法

吊索法是利用懸吊于直升機下面的絕緣繩索，將檢修人員或工具送到到線路作業(yè)點進行帶電作業(yè)的方法。檢修人員在作業(yè)過程中既可以保持懸掛在直升機下方，也可以轉移到線路上，直升機不必始終處于懸停狀態(tài)。國網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)實訓基地進行了500kV輸電線路帶電更換導線間隔棒實操演練；2007年6月6日在北京沙河試驗站試驗線路上進行了帶電安裝導線防振錘檢修作業(yè)。

2.2.1 吊索法作業(yè)優(yōu)勢：

（1）和平臺法相比，直升機和帶電線路不直接接觸，因此直升機不需要進行放電試驗驗證，直升機機型選擇余地大；

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

（3）懸吊檢修人員進入和脫離電場的過程，直升機始終處于線路上方，只需將單個檢修人員送入等電位，對線路空間場強畸變小，不容易造成線路短路，作業(yè)風險低；

（4）直升機只需要在檢修人員進入和脫離電場的短時間內懸停，飛行安全性好；

（5）直升機與進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協(xié)同配合，也可以將其他檢修人員送至不同故障點同時開展帶電作業(yè)，檢修工作效率高。

2.2.2 吊索法作業(yè)難點：

（1）和平臺法相比，檢修人員通過配套絕緣繩索和直升機連接，進行特高壓帶電檢修時，電位轉移脈沖電流大，檢修人員必須通過電位轉移棒進入等電位，線上人員和飛行員距離遠，需要對飛行員線上高處懸吊技術、檢修人員間通信指揮技術進行研究；

（2）檢修人員攜帶的工具和材料有限，無法進行壓接導線等復雜操作

2.3 吊籃法

懸籃法是利用懸吊于直升機下面的絕緣繩索，將專用吊籃和其中的檢修人員送至到線路作業(yè)點進行帶電作業(yè)的方法。吊籃轉移到線路后，直升機即可與其脫離。2014年12月2日，國網通用航空有限公司成功在湖北鳳凰山變電站500千伏實訓線路進行了直升機吊籃法帶電演示作業(yè)，應用一架貝爾429雙發(fā)直升機，準確將專用吊籃和檢修人員吊送至作業(yè)地點，順利完成修補管修補導線、預絞絲修補導線、更換導線間隔棒3項演示作業(yè)項目。

2.3.1 吊籃法作業(yè)優(yōu)勢：

除了具備吊索法所有優(yōu)勢外，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：

（1）需要根據導地線型號、線間距離、導線分裂數目研制專用吊籃和工器具，并對相應的等電位進入方式進行研究；

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

3 特高壓直升機帶電作業(yè)技術研究重點

3.1 作業(yè)機型選擇和飛行技術

合適的機型是完成直升機帶電作業(yè)的先決條件。理想的特高壓輸電線路帶電作業(yè)直升機應具有安全性高、飛行性能先進、作業(yè)能力強、經濟性好的特點,還需要具體考慮直升機的起降靈活性、飛行平穩(wěn)性、空中定點懸停能力、載重量等方面因素。從作業(yè)方式選擇、飛行姿態(tài)、機型改裝等諸多方面探尋帶電作業(yè)條件下直升機的盤旋技術、平臺搭載技術，并結合實際線路地形和氣象條件，發(fā)揮出直升機的最佳性能。帶電作業(yè)過程中直升機需要進行無地效懸停，和高速爬升工況相比，對直升機整機性能及發(fā)動機的要求更高。進行帶電作業(yè)還要求飛行員具有豐富的飛行經驗，經過專業(yè)的直升機懸停和操控訓練，能夠按照作業(yè)要求，準確將檢修人員送至作業(yè)位置。

3.2 指揮通信技術

進行直升機帶電作業(yè)時，直升機飛行員、帶電檢修人員、地面保障人員需要傳遞信息，進行實時溝通交流。國際上采用的是打手勢的方法，通過事先約定好的一些動作，表達上升、下降等簡單信息，但是無法傳遞更多信息。帶電作業(yè)時直升機靠近導線、吊籃具有尖銳突出部位等原因會加劇線路附近電場畸變，傳統(tǒng)通信設備更加容易受到線路周圍電磁場干擾，因此需要對特高壓線路環(huán)境和直升機帶電作業(yè)要求分析，研制滿足機上、線上和地面人員三方通話，抗強電磁干擾的通訊設備，解決直升機帶電作業(yè)過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平臺法、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線排列方式、子導線的分裂數目、導線間距也不同于超高壓輸電線路，需要根據這些特點，研究設計符合我國特高壓線路特點的檢修平臺、吊索、吊籃及工器具。在設計時需考慮檢修人員工作空間，安全護欄等功能需求，合理設置空間尺寸和布局，對載荷、強度與穩(wěn)定性進行分析，試制樣機進行試驗驗證，確保達到設計要求。與直升機直接連接的檢修平臺和吊索系統(tǒng)必須取得民航局頒發(fā)的適航認證，并且經過嚴格的電氣性能和力學性能測試，合格后才能進行帶電作業(yè)。

3.4 安全防護技術

安全防護是帶電作業(yè)中十分重要的一環(huán)，有必要對特高壓輸電線路帶電環(huán)境進行分析，明確安全防護對象，研究并驗證適用于特高壓直升機帶電作業(yè)用的安全防護用具，制定安全防護措施。通過相間安全距離試驗，結合線路過電壓水平，通過危險率計算分析，確定平臺法、吊索法、吊籃法帶電作業(yè)相間最小安全距離；通過制作實際尺寸模型，對等電位轉移時導線和檢修人員間產生的脈沖電流進行測量，確定合理的電位轉移方式；通過模擬帶電檢修人員處于電場的不同位置，對其屏蔽服內外的場強和流過屏蔽服的電流進行研究，提出有效的屏蔽防護措施。

3.5 其他配套技術

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

4 直升機帶電作業(yè)的優(yōu)勢

4.1 減少檢修人員數量和作業(yè)時間

以直升機帶電更換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個間隔棒作業(yè)時間約為30分鐘，而采用直升機平臺帶電作業(yè)時只需要飛行員1人和等電位檢修人員1人，作業(yè)時間僅需10分鐘。可見，直升機帶電作業(yè)和傳統(tǒng)帶電檢修方式相比，可以減少檢修人員數量，提高帶電檢修效率。

4.2 降低線路停電檢修的經濟損失

若通過直升機帶電作業(yè)方式處理復奉線缺陷，平均每年減少停電時間達10小時計算，可以減少直接經濟損失約：640萬千瓦×0.530元/度電×10小時=3392萬元。

5 展 望

直升機帶電作業(yè)和傳統(tǒng)人工帶電作業(yè)相比具有快捷、高效、高技術含量等特點，代表著當前國際輸電線路帶電作業(yè)技術的最高水平。直升機帶電作業(yè)作為現代化的電網運維方式已經在超高壓線路中得到了應用，目前國網通用航空有限公司正在開展特高壓交、直流輸電線路吊籃法和吊索法帶電檢修技術的研究，相信通過對帶電作業(yè)飛行技術、安全防護技術等方面的研究，隨著特高壓交直流線路的陸續(xù)投運，未來直升機帶電作業(yè)技術將能更好的服務于我國特高壓電網。

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