直升機(jī)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(tuán)公司超高壓公司，山東 濟(jì)南 250021）

0 引言

2011年6月至9月，山東電網(wǎng)負(fù)荷屢創(chuàng)新高，為加強(qiáng)超高壓輸電線路運(yùn)行巡視管理，山東電力集團(tuán)公司與國(guó)家電網(wǎng)通航公司合作，對(duì)山東電網(wǎng)20條500 kV交流、±660 kV直流超高壓輸電線路進(jìn)行直升機(jī)巡視作業(yè)，巡視里程共計(jì)2 097 km，發(fā)現(xiàn)100余條缺陷。期間，山東電力集團(tuán)公司超高壓公司針對(duì)直升機(jī)巡視中發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)重缺陷開(kāi)展了帶電消除工作，確保了山東主網(wǎng)在迎峰度夏期間的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 直升機(jī)巡視的國(guó)內(nèi)外背景

20世紀(jì)50年代，美國(guó)、加拿大、西歐很多國(guó)家開(kāi)始采用直升機(jī)巡線。80年代，美國(guó)、加拿大和隨后的澳大利亞由輸電線路巡線、檢修發(fā)展到直升機(jī)等電位帶電作業(yè)，使直升機(jī)電力作業(yè)技術(shù)又 向前邁進(jìn)了一大步［1］。

我國(guó)從80年代初開(kāi)始對(duì)高壓、超高壓架空輸電線路進(jìn)行直升飛機(jī)巡視和施工作業(yè)的嘗試。1999年10月至2000年11月，華北電網(wǎng)有限公司與北京超高壓公司、北京首都通用航空公司、中國(guó)航空技術(shù)進(jìn)出口總公司聯(lián)合組成了項(xiàng)目論證工作小組，研究直升機(jī)用于華北地區(qū)電力作業(yè)的可能性，2002年3月27日正式開(kāi)始實(shí)施。

2 直升機(jī)巡視技術(shù)概況

2.1 基本技術(shù)原理

巡視直升機(jī)裝備陀螺穩(wěn)定的可見(jiàn)光檢測(cè)儀與紅外熱成像儀，由1名航檢員操作對(duì)線路進(jìn)行檢查和錄像，另1名航檢員操作防抖望遠(yuǎn)鏡對(duì)線路進(jìn)行檢查。直升機(jī)巡線具有高效、可靠不受地域影響等優(yōu)點(diǎn)。

紅外成像檢查。利用紅外熱像儀對(duì)線路上的導(dǎo)線接續(xù)管、耐張管、跳線線夾、導(dǎo)地線線夾、金具、絕緣子等進(jìn)行拍攝，分析數(shù)據(jù)，判斷其是否正常。同時(shí)進(jìn)行全程紅外跟蹤錄像［2］。

可見(jiàn)光檢查。在航巡中運(yùn)用望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、機(jī)載可見(jiàn)光鏡頭跟蹤記錄導(dǎo)地線、桿塔、金具、絕緣子等部件的運(yùn)行狀態(tài)、線路走廊內(nèi)的樹(shù)木生長(zhǎng)、地理環(huán)境、交叉跨越等情況，同時(shí)進(jìn)行全程跟蹤錄像。

2.2 直升機(jī)巡視的前期準(zhǔn)備

航巡線路圖的繪制。向線路運(yùn)維單位收集線路臺(tái)帳基本信息，整理標(biāo)準(zhǔn)的WGS84坐標(biāo)格式線路桿塔坐標(biāo)。根據(jù)線路區(qū)域分布和領(lǐng)航計(jì)算，確定臨時(shí)起降點(diǎn)和加油點(diǎn)。依據(jù)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(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)勘察。依據(jù)橫線路方向40 km以內(nèi)，順線路間隔80～150 km的起降點(diǎn)布置原則，為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)實(shí)施提供了地面保障。

警示標(biāo)志的安裝。根據(jù)被巡視線路臺(tái)帳信息，組織加工制作警示標(biāo)志牌，并在巡線作業(yè)前完成線路警示標(biāo)志牌安裝。

飛行計(jì)劃編排。由于不同機(jī)型的不同巡視能力和經(jīng)濟(jì)性，作業(yè)區(qū)域需要根據(jù)不同機(jī)型細(xì)致劃分，并且需要考慮空管、天氣因素，在空間上合理避開(kāi)管制的空域，在時(shí)間上盡量避開(kāi)天氣不適宜航巡的季節(jié)。

2.3 航巡作業(yè)基本方法

每次直升機(jī)巡視均由兩名航檢員操作，其中一名航檢員進(jìn)行紅外檢查，另一名航檢員利用望遠(yuǎn)鏡檢查。發(fā)現(xiàn)線路缺陷或可疑點(diǎn)時(shí)利用紅外設(shè)備、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)進(jìn)行檢查與拍攝。飛機(jī)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(jī)在塔頭懸停時(shí)間為2～3min，對(duì)于500kV輸電線路，采取在線路單側(cè)巡視方式，即在線路一側(cè)巡視時(shí)檢查鐵塔三相導(dǎo)地線及金具，巡線時(shí)直升機(jī)與線路臨近相距離保持在15～20 m，作業(yè)速度保持在12 km/h左右。

紅外成像檢查員用機(jī)載可見(jiàn)光攝像儀及紅外熱成像儀對(duì)線路導(dǎo)地線及接續(xù)管同時(shí)進(jìn)行錄像，以紅外成像檢查為主。望遠(yuǎn)鏡檢查員直接用眼睛觀察導(dǎo)地線、間隔棒、線路走廊，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行檢查。

檢查鐵塔時(shí)飛機(jī)在鐵塔斜側(cè)方懸停，飛機(jī)稍高于地線支架。紅外成像檢查員用機(jī)載可見(jiàn)光攝像儀及紅外熱成像儀對(duì)鐵塔、絕緣子、金具同時(shí)進(jìn)行錄像，以紅外檢查為主。望遠(yuǎn)鏡檢查員用用望遠(yuǎn)鏡檢查塔基、塔身、導(dǎo)地線絕緣子及其金具。

巡線作業(yè)時(shí)直升機(jī)應(yīng)嚴(yán)格按照巡視流程對(duì)鐵塔和金具等進(jìn)行逐一檢查，作業(yè)流程如圖1-3。

圖1 巡視貓頭塔示意圖

圖2 巡視門(mén)型塔示意圖

圖3 巡視干型塔示意圖

3 直升機(jī)巡視與常規(guī)地面巡視的對(duì)比分析

3.1 技術(shù)比較

直升機(jī)巡視可以利用紅外成像儀對(duì)線路上的導(dǎo)線接續(xù)管、耐張管、跳線線夾、導(dǎo)地線線夾、金具、絕緣子等進(jìn)行紅外檢測(cè)，準(zhǔn)確度比地面檢測(cè)要高很多［3］；而常規(guī)地面巡視紅外檢測(cè)質(zhì)量差，塔頭部分的金具、銷釘、放電間隙和絕緣子、導(dǎo)地線等設(shè)備缺陷不易發(fā)現(xiàn)。

在航巡中運(yùn)用望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、機(jī)載可見(jiàn)光鏡頭可檢查記錄桿塔基礎(chǔ)、導(dǎo)地線金具、絕緣子等部件的運(yùn)行狀態(tài)、線路走廊內(nèi)的樹(shù)木生長(zhǎng)、地理環(huán)境、交叉跨越等情況，清晰而且準(zhǔn)確，效果可與登塔檢查相媲美。

使用直升機(jī)巡視，可使作業(yè)范圍迅速擴(kuò)大。直升機(jī)可以到達(dá)地面人員無(wú)法接近的山谷地帶，其巡視不僅速度快，而且不會(huì)破壞莊稼，這在日益重視環(huán)境保護(hù)的今天，具有更大意義。

3.2 航巡效果對(duì)比

3.2.1 發(fā)現(xiàn)隱蔽性缺陷能力

直升機(jī)可以利用機(jī)載陀螺穩(wěn)定的紅外成像儀發(fā)現(xiàn)線路上的一些隱蔽缺陷，比如引流金具發(fā)熱、合成絕緣子內(nèi)部損傷發(fā)熱、瓷質(zhì)絕緣子零值等［3］。而這些缺陷是人工巡視很難發(fā)現(xiàn)的，雖然人工巡視可以配備手持紅外檢測(cè)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(jī)巡視可以全程監(jiān)視。

3.2.2 發(fā)現(xiàn)缺陷準(zhǔn)確率

直升機(jī)在巡視瓶口以上缺陷時(shí)，有著很高的發(fā)現(xiàn)率。而人工在巡視瓶口以下缺陷時(shí)，有著很高的發(fā)現(xiàn)率，圖4、圖5所示。

圖4 瓶口以上缺陷發(fā)現(xiàn)比例

3.2.3 發(fā)現(xiàn)缺陷威脅度對(duì)比

對(duì)航巡缺陷和人工巡視缺陷進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)直升機(jī)巡視發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)重危急缺陷種類和數(shù)量要比人工巡視發(fā)現(xiàn)高很多。

圖5 瓶口以下缺陷發(fā)現(xiàn)比例

3.2.4 山區(qū)平原地形因素的對(duì)比

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，山區(qū)缺陷不同于平原缺陷類型，其主要以金具、導(dǎo)地線等瓶口以上缺陷為主，占總?cè)毕輸?shù)量的95%以上，而且嚴(yán)重危急缺陷程度要比平原高很多。但山區(qū)地形復(fù)雜，人工巡視難度很大。故針對(duì)山區(qū)線路，直升機(jī)巡視比人工更加有效。

從以上分析可以看出，直升機(jī)巡線項(xiàng)目技術(shù)上已經(jīng)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(hù)的技術(shù)含量，而且能夠發(fā)現(xiàn)人工巡視所難以發(fā)現(xiàn)的線路缺陷，提高了電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

4 山東超高壓輸電線路直升機(jī)巡視技術(shù)的應(yīng)用

2011年6月至9月，為確保迎峰度夏期間輸電線路設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，山東電力集團(tuán)公司超高壓公司與國(guó)網(wǎng)通航公司進(jìn)行合作，將直升機(jī)巡視技術(shù)首次引入山東電網(wǎng)。

4.1 前期準(zhǔn)備工作

前期現(xiàn)場(chǎng)勘察。根據(jù)航巡線路路徑，本次作業(yè)共需要設(shè)置16個(gè)臨時(shí)起降點(diǎn)，分別為任縣、清河、陵縣、禹城、冠縣、茌平、長(zhǎng)清、章丘、桓臺(tái)、濰坊、平度、文登、棲霞、招遠(yuǎn)、昌邑和濱州。

空管協(xié)調(diào)組工作安排。國(guó)網(wǎng)通航公司于6月中旬派空管協(xié)調(diào)組完成了山東電網(wǎng)線路所涉及的軍區(qū)空軍及民航空管局的協(xié)調(diào)工作。

收集線路臺(tái)帳。航巡前完成山東電網(wǎng)所轄超高壓線路的設(shè)備臺(tái)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(jī)務(wù)人員、飛行簽派員、航檢員必須持證上崗；

飛行員在作業(yè)前一天嚴(yán)禁酗酒，并應(yīng)保證睡眠充足。

飛行主要保障措施：

直升機(jī)起飛前，應(yīng)檢查機(jī)內(nèi)的通訊系統(tǒng)是否暢通可靠；

巡線時(shí)直升機(jī)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(guò)程中，若需要直升機(jī)轉(zhuǎn)到線路另一側(cè)，必須從塔上飛過(guò)，嚴(yán)禁從線路上橫穿；

飛行時(shí)不得在變電站（所）、電廠上空穿越。

4.3 技術(shù)管理

確定飛行速度和飛行時(shí)間。根據(jù)巡視作業(yè)情況分析，認(rèn)為合理確定上線飛行速度和懸停檢查時(shí)間是關(guān)鍵問(wèn)題。通過(guò)技術(shù)人員摸索和總結(jié)，山東超高壓輸電線路適合：

——直升機(jī)飛行速度通常應(yīng)在9.8～10 km/h；

——懸停檢查時(shí)，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(shí)值盛夏，下午氣溫較高，而且飛機(jī)內(nèi)并未設(shè)置空調(diào)設(shè)備，為保證直升機(jī)的整體溫度的適宜，此次直升機(jī)巡視作業(yè)采用一天兩架次的飛行周期，飛行時(shí)間選擇在凌晨 5：00～7：30 和 9：00～11：30 兩個(gè)時(shí)間段。

4.4 巡視效果

通過(guò)兩個(gè)多月共計(jì)2 097 km的直升機(jī)巡視作業(yè)，航巡發(fā)現(xiàn)輸電線路一些地面巡視難以發(fā)現(xiàn)的一般缺陷甚至嚴(yán)重缺陷。

濟(jì)淄I線88號(hào)塔左導(dǎo)線鐵塔端掛點(diǎn)處U型掛環(huán)螺栓缺銷子，圖7所示。

華陵線62號(hào)塔中相小號(hào)側(cè)復(fù)合絕緣子串發(fā)熱，發(fā)熱點(diǎn)溫度27.2℃，正常點(diǎn)溫度15.5℃，高11.7℃，環(huán)境溫度23℃,濕度30%。在缺陷發(fā)現(xiàn)后，帶電作業(yè)對(duì)該串絕緣子進(jìn)行了更換，換下的絕緣子發(fā)熱點(diǎn)芯棒已經(jīng)粉化，長(zhǎng)期運(yùn)行有發(fā)生脆斷的可能，有效避免了一起線路掉串故障，發(fā)熱圖像如圖8所示。

圖7 U型掛環(huán)螺栓缺銷子

圖8 發(fā)熱圖像

5 結(jié)語(yǔ)

山東自2011年7月采用直升機(jī)巡視作業(yè)以來(lái)，山東超高壓輸電線路未發(fā)生一起因線路本體缺陷引起的設(shè)備跳閘事故，這種線路巡視方式，提升線路巡視質(zhì)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(jié)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(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。