高海拔架空輸電線路直升機巡視設備選型研究

沈志，黃俊波

（云南電網有限責任公司帶電作業分公司，昆明 650031）

0 前言

架空輸電線路直升機巡視彌補了地面巡視方式的缺陷，提高了架空線路巡視質量及效率，在保障電網安全穩定運行中起到了重要作用[13]。目前云南電網使用的貝爾206L型直升機在線路巡視工作主要在海拔2500米以下開展，受機型及機載設備技術性能的限制，不能滿足工作的需要，有必要結合云南特點，對滿足高海拔地區架空輸電線路巡視作業需求的直升機機型、機載設備進行選型研究，并對研究結果進行實際驗證，以解決高海拔輸電線路的直升機巡視技術瓶頸，不斷提升直升機巡視在云南電網的適用能力[4]-[18]。

1 直升機機型選擇

1.1 高海拔對直升機性能的影響因素

1）空氣密度影響：空氣密度小，發動機功率隨著海拔升高而下降。同時，直升機旋翼拉力系數增大量小于低海拔環境，直升機旋翼功率較低海拔地區損失約三分之一。

2）溫度影響：溫度降低對發動機最大扭矩下降，特別是在直升機旋翼結冰狀態下，最大扭矩下降影響明顯。另外，低溫環境對直升機電子設備可靠性及電池儲能性能會有所降低。

3）機械性能影響。高海拔地區，直升機發動機大多處于高功率狀態，高功率使用時間長，相應的直升機各系數負載增大，長時間運行大于負荷狀態，部件損壞故障概率增加。

4）氣流變化影響。高海拔山區氣流變化快，紊流狀況突出，為克服氣流突變的影響，需要直升機擁有更大的功率儲備。

5）地形地貌影響。高海拔地區地形地貌復雜，無線通信困難，導航信號質量低下，無線電羅盤可能產生指示誤差等問題突出，直升機自動控制能力降低。

1.2 高海拔巡線直升機主要性能要求

1.2.1 懸停性能

懸停可分為兩類，一種為有地效懸停，另一種為無地效懸停。所謂地效是指地面效應，即當直升機距離地面比較近時，其旋翼下洗氣流會受到地面的影響，地面阻礙造成的流場變化使旋翼消耗的誘導功率（用于加速流經旋翼的空氣）減小，此時直升機保持懸停所需功率要小于沒有地面效應的時候。在有地效時，直升機能在更高的高度上保持懸停。直升機巡線過程中，大概以15-20km/h速度前行，在遇到線路易損區和觀察區時則需要懸停，云南高海拔地區線路平均海拔3000m，220kV福蘭線更是達到4300米。根據高海拔線路的高度及直升機飛行時應留有一定高度余量，因此考慮所選直升機懸停高度需要達到4500m。

1.2.2 升限

實用升限是在給定的重量和發動機工作狀態下，直升機在垂直平面內作等速爬升時，能夠維持平飛的最大飛行高度。云南高海拔地區線路海拔普遍較高，應此對直升機升限也有一定要求，根據實際線路海拔高度，所選直升機升限應不少于5000m。

1.2.3 載重性能

高海拔直升機巡線一般需搭載4名機組成員，另需搭載巡線設備一臺。按照四人一機的配置對直升機起重的要求應不低于500kg。因此，用高海拔直升機巡視機型選擇標準來衡量直升機的載重性能。

1.2.4 其他設備可靠性

主要是要求其適航的各類機上儀表、設備、電池等設備在高海拔惡劣環境下具有較高的可靠性。

1.3 主要直升機機型比選

根據高原地區直升機飛行的性能要求，在目前國內外常規使用滿足3000米以上架空輸電線路巡視作業的機型主要有以下四種：Bell407GPX（ 貝 爾 407GXP）、Bell429（ 貝爾429）、AS350B3（ 歐 直 小 松 鼠）、T2e（EC135T2e）。

1.3.1 單發直升機對比

407GXP與AS350B3相比較，最高巡航速度和外掛能力略有不足，采購成本略高。但407GXP有更好的高原性能，有更先進的航電系統和更好的座艙視野。

1.3.2 雙發直升機對比

貝爾429在最高巡航速度、機艙空間、有效載荷等各種性能方面都強于EC135T2e。

1.3.3 綜合對比分析及選型

根據主要性能要求及主流機型參數對比情況，雙發直升機貝爾429和EC135T2e擁有更好的抗風能力和安全性能，但其作業的預計最大海拔高度不能滿足云南高海拔山區巡視條件要求，且作業成本更高。單發直升機貝爾407GXP和AS350B3(小松鼠)各方面性能參數比較適合云南特點的高原直升機巡檢作業。其中貝爾407GXP其技術參數較優，但國內應用較少。AS350B3（小松鼠）直升機技術相對成熟。

2 機載吊艙選擇

2.1 機載吊艙選型原則

1）氣壓影響：因設備內外可能產生較大的氣壓差，要求設備密封標準較高。要求設備應用海拔高度至少不低于4500m，能耐受不低于1.5倍標準大氣壓的壓差。

2）環境溫度影響：因高海拔地區易出現極低溫度情況，要求設備具有較大幅度的環境溫度適應能力。正常使用溫度應滿足-20～55℃，且溫差適應性能滿足5℃/min變化。

3）抗風防雨性能：要求吊艙設備具有適航認證，其外觀設計具有較好的抗風防雨性能，體積盡量小型化，正常防護等級不低于IP54，工作平臺穩定性及可靠性要求高。

4）紅外測溫抗干擾能力：海拔區域太陽光照強，要求設備內紅外熱像儀為長波段熱像儀，這樣可以避免太陽反射造成的發熱假象，以便迅速判斷設備運行狀態。中波段和段波段熱像儀不適宜高原檢測。

5）吊艙可見光及紅外成像精度。要求吊艙可見光拍照及攝錄能夠在距離線路30米左右范圍達到銷釘級成像，紅外測溫圖片分辨率不應低于320×240水平。

2.2 主要吊艙設備比選

通過比選可知，國內主流光電吊艙設備參數比較接近，除所標稱的使用海拔高度不能滿足云南地區線路巡視需要外，其他參數差距不大。

3 結束語

綜上所述，直升機選型應主要側重于機型高原性能，目前常用雙發動機的直升機機型在高原巡線方面相對單發動機機型并沒有明顯優勢；高海拔線路本體的相對高差越大、飛行速度越慢對直升機性能要求越高；高海拔地區直升機巡檢作業使用的光電吊艙主要性能指標主要取決于其可靠工作環境條件的影響；在開展高海拔架空線路巡視作業時AS350B3型直升機慢速飛行所允許的海拔高度為4435m以下；懸停所允許的海拔高度為3800m以下；而對于桿塔的檔距小、海拔落差超過20%的線路，該型直升機不能滿足正常巡視要求。