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(yè)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(wěn)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(qū)架空輸電線路巡視作業(yè)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(fā)動機功率隨著海拔升高而下降。同時，直升機旋翼拉力系數(shù)增大量小于低海拔環(huán)境，直升機旋翼功率較低海拔地區(qū)損失約三分之一。

2）溫度影響：溫度降低對發(fā)動機最大扭矩下降，特別是在直升機旋翼結冰狀態(tài)下，最大扭矩下降影響明顯。另外，低溫環(huán)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(qū)，直升機發(fā)動機大多處于高功率狀態(tài)，高功率使用時間長，相應的直升機各系數(shù)負載增大，長時間運行大于負荷狀態(tài)，部件損壞故障概率增加。

4）氣流變化影響。高海拔山區(qū)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(qū)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?？煞譃閮深?，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(qū)和觀察區(qū)時則需要懸停，云南高海拔地區(qū)線路平均海拔3000m，220kV福蘭線更是達到4300米。根據(jù)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(fā)動機工作狀態(tài)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(qū)線路海拔普遍較高，應此對直升機升限也有一定要求，根據(jù)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(huán)境下具有較高的可靠性。

1.3 主要直升機機型比選

根據(jù)高原地區(qū)直升機飛行的性能要求，在目前國內外常規(guī)使用滿足3000米以上架空輸電線路巡視作業(yè)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(fā)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(tǒng)和更好的座艙視野。

1.3.2 雙發(fā)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(jù)主要性能要求及主流機型參數(shù)對比情況，雙發(fā)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(yè)的預計最大海拔高度不能滿足云南高海拔山區(qū)巡視條件要求，且作業(yè)成本更高。單發(fā)直升機貝爾407GXP和AS350B3(小松鼠)各方面性能參數(shù)比較適合云南特點的高原直升機巡檢作業(yè)。其中貝爾407GXP其技術參數(shù)較優(yōu)，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(huán)境溫度影響：因高海拔地區(qū)易出現(xiàn)極低溫度情況，要求設備具有較大幅度的環(huán)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(wěn)定性及可靠性要求高。

4）紅外測溫抗干擾能力：海拔區(qū)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(fā)熱假象，以便迅速判斷設備運行狀態(tài)。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(shù)比較接近，除所標稱的使用海拔高度不能滿足云南地區(qū)線路巡視需要外，其他參數(shù)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(fā)動機的直升機機型在高原巡線方面相對單發(fā)動機機型并沒有明顯優(yōu)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(qū)直升機巡檢作業(yè)使用的光電吊艙主要性能指標主要取決于其可靠工作環(huán)境條件的影響；在開展高海拔架空線路巡視作業(yè)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。