特高压输电线路直升机带电作业技术研究

特高压输电线路直升机带电作业技术研究

国网通用航空有限公司 李源源 于 洋 沈 建 刘丽元 亢国娜

本文介绍了我国特高压输电线路的运维特点及当前国内直升机带电作业的现状。着重对特高压输电线路直升机带电作业特性、进出电场方式选择、带电作业经济性等进行了研究分析，对未来直升机带电作业发展进行了展望。

特高压输电线路；直升机带电作业；作业方法

引 言

目前我国特高压电网建设进入快速发展阶段，特高压电网在大范围优化配置能源、保障国民经济发展等方面，凸显出重要作用。特高压电网覆盖全国，输电距离长，沿线气候、地形多变，运维条件复杂。直升机带电作业是当前世界上少数发达国家在线路检修中采用的作业手段，直升机将检修人员直接送至线路缺陷处，既提高了工作效率，也保障了检修人员安全。在电网应急状态下，对偏远、复杂地形下的线路进行带电作业具有明显优势，研究和应用该项技术，对提升特高压线路运行检修管理水平，提高线路运维经济效益具有积极意义。

1 特高压输电线路运维特点及对带电作业的要求

1.1 特高压线路特点

1.1.1 线路结构复杂：特高压线输电线路杆塔高，导线分裂数多，绝缘子串长。特高压交流示范线路全线铁塔平均高76.7m，全线高70～90m的铁塔占60%以上，90～100m的铁塔占14%，100m以上的铁塔占5%，平均重70.5t；绝缘子片数44～74片，单串长度在9.75m～13m。

1.1.2 线路里程长、沿线地理气候环境多变：浙福线全长603km，沿线山地地形占45.9%，平原形地占5.6%，其余为高山、丘陵等地形。

1.1.3 在电网的重要性高：特高压线路输送容量大，复奉线满负荷运行功率为640万千瓦，每年向上海输送320亿千瓦时电能，约占上海高峰负荷的1/4，可以节省原煤1000万吨，减排二氧化碳2000多万吨。

1.2 特高压输电线路带电作业要求

1.2.1 需要研制专用工器具：针对特高压输电线路运行特点，在超高压带电作业技术的基础上，根据特高压带电作业安全距离、组合间隙、作业方式和平台，在满足安全性、功能性的情况下，优化设计，合理布局，研制适合的专用工器具。

1.2.2 需要研究安全防护技术：特高压输电线路电压等级和带电体周围场强更高，带电作业过程电位转移脉冲更大，需要研制专用屏蔽服和电位转移棒。

1.2.3 需要对线路进行高效运维：特高压输电线路在运行过程中处理缺陷，需要通过根据线路和环境特点，合理选择带电检修方式，在减小人工作业强度的条件下提高检修效率和安全作业水平。

2 直升机带电作业方式

直升机带电作业有平台法、吊索法和吊篮法三种，这三种作业方式各有优势和局限性，应当根据线路检修项目、电压等级、导地线排列方式、作业天气和线路地形等情况进行合理选择。

2.1 平台法

平台法是将工作平台置放在直升机的滑橇，一侧承载带电检修人员和作业工器具，另一侧放置配重，以平衡检修人员和工具的重量，直升机从检修人员所在一侧进入等电位进行带电作业的方法。2007年6月6日，国网通用航空有限公司采用平台法在北京沙河试验站试验线路上进行了带电安装防绕击避雷针、带电安装地线标志球、带电修补避雷线、带电更换导线间隔棒、带电更换导线间隔棒等6项直升机带电作业。2014年12月9日，国网湖北省电力公司检修公司在国家电网公司特高压交流试验基地内，进行了世界首次特高压线路直升机带电作业试验，完成了特高压线路导线地线预绞丝补强、地线防振锤安装等项目。

2.1.1 平台法作业优势：

（1）利用直升机灵活机动的特性，检修人员可以准确到达线路故障点，作业结束后，检修人员可以随直升机迅速脱离导地线；

（2）针对不同检修科目，对平台工器具、材料进行配置，可以减轻人员劳动强度；

（3）平台检修人员和飞行员距离比较近，相互之间沟通交流方便。

2.1.2 平台法作业难点：

（1）平台法选用的直升机在作业过程中与输电线路等电位，因此所选用的直升机需要通过放电试验验证，试验内容主要包括带电作业间隙放电试验、电位转移电流测量试验和等电位电场测量试验，而且需要根据导地线排列方式和线间距离对直升机严格选型；

（2）直升机作业平台载重量有限，每次进行等电位作业只能携带的少量修补材料和工具；

（3）受限于导地线排列方式，平台法对水平排列的中相导线、紧凑型线路、同塔多回线路进行带电检修，可能不满足安全组合间隙要求，无法进行作业；

（4）直升机需要长时间处于等电位状态，对人员的飞行操控技术、线路检修技术、心理素质要求严格；

（5）进行带电作业时，直升机始终处于空间相对固定位置，飞行员有时还需要配合平台检修人员细微调整直升机的悬停位置，对直升机的悬停操控稳定性要求高；

（6）平台法检修人员一个时间段内只能处理一处缺陷，效率比较低。

2.2 吊索法

吊索法是利用悬吊于直升机下面的绝缘绳索，将检修人员或工具送到到线路作业点进行带电作业的方法。检修人员在作业过程中既可以保持悬挂在直升机下方，也可以转移到线路上，直升机不必始终处于悬停状态。国网通用航空有限公司采用吊索法2014年3月27日在湖北输配电带电作业实训基地进行了500kV输电线路带电更换导线间隔棒实操演练；2007年6月6日在北京沙河试验站试验线路上进行了带电安装导线防振锤检修作业。

2.2.1 吊索法作业优势：

（1）和平台法相比，直升机和带电线路不直接接触，因此直升机不需要进行放电试验验证，直升机机型选择余地大；

（2）采用吊索法可以对水平排列中相导线、同塔多回线路、紧凑型线路进行作业，不受线路排列方式的影响，和平台法相比可以处理更大范围的线路缺陷；

（3）悬吊检修人员进入和脱离电场的过程，直升机始终处于线路上方，只需将单个检修人员送入等电位，对线路空间场强畸变小，不容易造成线路短路，作业风险低；

（4）直升机只需要在检修人员进入和脱离电场的短时间内悬停，飞行安全性好；

（5）直升机与进入等电位的检修人员脱离后，可以将其他检修人员悬吊至同一故障点协同配合，也可以将其他检修人员送至不同故障点同时开展带电作业，检修工作效率高。

2.2.2 吊索法作业难点：

（1）和平台法相比，检修人员通过配套绝缘绳索和直升机连接，进行特高压带电检修时，电位转移脉冲电流大，检修人员必须通过电位转移棒进入等电位，线上人员和飞行员距离远，需要对飞行员线上高处悬吊技术、检修人员间通信指挥技术进行研究；

（2）检修人员携带的工具和材料有限，无法进行压接导线等复杂操作

2.3 吊篮法

悬篮法是利用悬吊于直升机下面的绝缘绳索，将专用吊篮和其中的检修人员送至到线路作业点进行带电作业的方法。吊篮转移到线路后，直升机即可与其脱离。2014年12月2日，国网通用航空有限公司成功在湖北凤凰山变电站500千伏实训线路进行了直升机吊篮法带电演示作业，应用一架贝尔429双发直升机，准确将专用吊篮和检修人员吊送至作业地点，顺利完成修补管修补导线、预绞丝修补导线、更换导线间隔棒3项演示作业项目。

2.3.1 吊篮法作业优势：

除了具备吊索法所有优势外，吊篮法搭载了吊篮，可以携带更多检修工具和材料。

2.3.2 吊篮法作业难点：

（1）需要根据导地线型号、线间距离、导线分裂数目研制专用吊篮和工器具，并对相应的等电位进入方式进行研究；

（2）专用吊篮依靠配套绝缘绳索和直升机连接，特高压电位转移脉冲电流大，吊篮和检修人员必须通过电位转移棒进入等电位，吊篮和飞行员距离远，因此对飞行员线上高处悬吊技术要求高，并需要对检修人员间通信指挥技术等进行研究

3 特高压直升机带电作业技术研究重点

3.1 作业机型选择和飞行技术

合适的机型是完成直升机带电作业的先决条件。理想的特高压输电线路带电作业直升机应具有安全性高、飞行性能先进、作业能力强、经济性好的特点,还需要具体考虑直升机的起降灵活性、飞行平稳性、空中定点悬停能力、载重量等方面因素。从作业方式选择、飞行姿态、机型改装等诸多方面探寻带电作业条件下直升机的盘旋技术、平台搭载技术，并结合实际线路地形和气象条件，发挥出直升机的最佳性能。带电作业过程中直升机需要进行无地效悬停，和高速爬升工况相比，对直升机整机性能及发动机的要求更高。进行带电作业还要求飞行员具有丰富的飞行经验，经过专业的直升机悬停和操控训练，能够按照作业要求，准确将检修人员送至作业位置。

3.2 指挥通信技术

进行直升机带电作业时，直升机飞行员、带电检修人员、地面保障人员需要传递信息，进行实时沟通交流。国际上采用的是打手势的方法，通过事先约定好的一些动作，表达上升、下降等简单信息，但是无法传递更多信息。带电作业时直升机靠近导线、吊篮具有尖锐突出部位等原因会加剧线路附近电场畸变，传统通信设备更加容易受到线路周围电磁场干扰，因此需要对特高压线路环境和直升机带电作业要求分析，研制满足机上、线上和地面人员三方通话，抗强电磁干扰的通讯设备，解决直升机带电作业过程中人员有效沟通的难题。

3.3 专用检修工器具

特高压输电线路直升机平台法、吊索法和吊篮法带电作业与传统的人工带电作业方式不同，特高压输电线路的导线排列方式、子导线的分裂数目、导线间距也不同于超高压输电线路，需要根据这些特点，研究设计符合我国特高压线路特点的检修平台、吊索、吊篮及工器具。在设计时需考虑检修人员工作空间，安全护栏等功能需求，合理设置空间尺寸和布局，对载荷、强度与稳定性进行分析，试制样机进行试验验证，确保达到设计要求。与直升机直接连接的检修平台和吊索系统必须取得民航局颁发的适航认证，并且经过严格的电气性能和力学性能测试，合格后才能进行带电作业。

3.4 安全防护技术

安全防护是带电作业中十分重要的一环，有必要对特高压输电线路带电环境进行分析，明确安全防护对象，研究并验证适用于特高压直升机带电作业用的安全防护用具，制定安全防护措施。通过相间安全距离试验，结合线路过电压水平，通过危险率计算分析，确定平台法、吊索法、吊篮法带电作业相间最小安全距离；通过制作实际尺寸模型，对等电位转移时导线和检修人员间产生的脉冲电流进行测量，确定合理的电位转移方式；通过模拟带电检修人员处于电场的不同位置，对其屏蔽服内外的场强和流过屏蔽服的电流进行研究，提出有效的屏蔽防护措施。

3.5 其他配套技术

采用吊索法和吊篮法进行直升机带电作业，绝缘绳索、悬吊检修人员、吊篮处于直升机正下方，容易受到悬吊气流影响，因此需要对悬吊稳定性进行研究；在紧急情况下检修人员、吊篮能够快速和直升机脱离，还需要对吊索、吊篮的快速脱离装置进行研究，保证作业安全。

4 直升机带电作业的优势

4.1 减少检修人员数量和作业时间

以直升机带电更换500kV线路间隔棒为例，采用传统作业方式需检修人员约4人，更换1个间隔棒作业时间约为30分钟，而采用直升机平台带电作业时只需要飞行员1人和等电位检修人员1人，作业时间仅需10分钟。可见，直升机带电作业和传统带电检修方式相比，可以减少检修人员数量，提高带电检修效率。

4.2 降低线路停电检修的经济损失

若通过直升机带电作业方式处理复奉线缺陷，平均每年减少停电时间达10小时计算，可以减少直接经济损失约：640万千瓦×0.530元/度电×10小时=3392万元。

5 展 望

直升机带电作业和传统人工带电作业相比具有快捷、高效、高技术含量等特点，代表着当前国际输电线路带电作业技术的最高水平。直升机带电作业作为现代化的电网运维方式已经在超高压线路中得到了应用，目前国网通用航空有限公司正在开展特高压交、直流输电线路吊篮法和吊索法带电检修技术的研究，相信通过对带电作业飞行技术、安全防护技术等方面的研究，随着特高压交直流线路的陆续投运，未来直升机带电作业技术将能更好的服务于我国特高压电网。

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