輸電線路帶電作業(yè)安全防護(hù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

彭玉金，時(shí)海剛，李 巖

（國(guó)家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的增大，輸電線路帶電作業(yè)在輸電線路運(yùn)檢工作中發(fā)揮的作用越來(lái)越大，開(kāi)展帶電作業(yè)所涉及線路的電壓等級(jí)和范圍越來(lái)越高，帶電作業(yè)安全壓力也越來(lái)越大。在輸電線路帶電作業(yè)過(guò)程中，目前缺乏有效手段實(shí)時(shí)監(jiān)控帶電作業(yè)人員與周?chē)鷰щ婓w和接地體的有效安全距離，作業(yè)數(shù)字化水平不高，亟需研究新的安全防護(hù)技術(shù)，以滿足輸電線路帶電作業(yè)安全防護(hù)的需要。

目前RTK精準(zhǔn)定位技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用主要集中在線路測(cè)繪、無(wú)人機(jī)巡檢等領(lǐng)域，而基于激光雷達(dá)掃描的輸電線路三維模型技術(shù)也多用于輸電線路施工、測(cè)繪、線路運(yùn)維等領(lǐng)域。將這兩項(xiàng)技術(shù)與輸電線路帶電作業(yè)結(jié)合的研究目前主要集中在輸電線路帶電作業(yè)路徑前期規(guī)劃等方面，缺少將這兩項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)防護(hù)輸電線路帶電作業(yè)安全的研究。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了一種基于激光雷達(dá)掃描技術(shù)和RTK（Real-Time Kinematic，簡(jiǎn)稱RTK）高精度定位技術(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)安全防護(hù)策略，通過(guò)對(duì)比RTK精準(zhǔn)定位信息數(shù)據(jù)和激光雷達(dá)掃描形成的輸電線路三維點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電作業(yè)人員安全進(jìn)行實(shí)時(shí)防護(hù)。通過(guò)改進(jìn)特高壓帶電作業(yè)屏蔽服，在模擬特高壓直流輸電線路中實(shí)現(xiàn)定位模塊的帶電測(cè)試，初步驗(yàn)證該系統(tǒng)可有效實(shí)現(xiàn)輸電線路帶電作業(yè)安全防護(hù)。

1 輸電線路帶電作業(yè)安全的影響因素

輸電線路帶電作業(yè)受很多因素的影響，必須考慮全面，保證所有影響因素符合作業(yè)要求，才能開(kāi)展實(shí)際作業(yè)。按照有關(guān)規(guī)程規(guī)定，帶電作業(yè)工作票簽發(fā)人或工作負(fù)責(zé)人認(rèn)為有必要時(shí)，應(yīng)組織有經(jīng)驗(yàn)的人員到現(xiàn)場(chǎng)勘察，根據(jù)勘察結(jié)果作出能否進(jìn)行帶電作業(yè)的判斷，并確定作業(yè)方法、所需工具及應(yīng)采取的措施［1］。綜合考慮整個(gè)帶電作業(yè)過(guò)程，影響帶電作業(yè)安全的主要因素包括安全距離、環(huán)境因素、工具設(shè)備和人員素質(zhì)4個(gè)方面。

1.1 安全距離

安全距離是保證帶電作業(yè)安全的首要因素，其中最小安全距離是帶電作業(yè)的關(guān)鍵參數(shù)。最小安全距離是指工作人員身體各部位，包括手持導(dǎo)電工具與不同電位任何部件之間所需保持的最小空氣距離［2］。在整個(gè)帶電作業(yè)過(guò)程中，帶電作業(yè)人員要始終保持最小安全距離。結(jié)合輸電線路帶電作業(yè)不同作業(yè)場(chǎng)景，分電壓等級(jí)、分作業(yè)階段進(jìn)行分析。當(dāng)作業(yè)人員在桿塔上時(shí)，為地電位階段。這一階段需判定作業(yè)人員與周?chē)鷰щ婓w之間距離是否符合安全距離要求；在進(jìn)入電場(chǎng)過(guò)程中，為中間電位階段，這一階段需判斷組合間隙是否滿足要求；進(jìn)入電場(chǎng)后，為等電位階段，這一階段需判斷與周?chē)鷰щ婓w和接地體的距離。

1.2 環(huán)境因素

輸電線路分布廣，經(jīng)過(guò)地區(qū)的氣象、地理環(huán)境復(fù)雜，帶電作業(yè)安全受到海拔、濕度、風(fēng)速、微氣象等多種環(huán)境條件的影響。帶電作業(yè)應(yīng)在良好天氣條件下進(jìn)行，如遇雷電（聽(tīng)見(jiàn)雷聲、看見(jiàn)閃電）、雪、雹、雨、霧等，禁止進(jìn)行帶電作業(yè)。風(fēng)力大于5級(jí)，或濕度大于80%時(shí)，不宜進(jìn)行帶電作業(yè)。在海拔1 000 m以上（750 kV為海拔2 000 m以上）進(jìn)行帶電作業(yè)，應(yīng)根據(jù)作業(yè)區(qū)不同海拔，修正各類(lèi)空氣與固體絕緣的安全距離和長(zhǎng)度、絕緣子片數(shù)等，并編制帶電作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全規(guī)程，經(jīng)批準(zhǔn)后執(zhí)行。

1.3 工具設(shè)備

輸電線路帶電作業(yè)使用的工具設(shè)備主要包括個(gè)人安全防護(hù)用品、絕緣工器具、金屬工器具等。在輸電線路帶電作業(yè)中，對(duì)于所使用的工器具，主要考慮絕緣操作桿、絕緣承力工具和絕緣繩索的有效絕緣長(zhǎng)度。不同電壓等級(jí)的帶電作業(yè)，有效絕緣長(zhǎng)度要求不一致，并且要依據(jù)海拔進(jìn)行長(zhǎng)度校正。

1.4 人員素質(zhì)

輸電線路帶電作業(yè)因?yàn)槠湮ｋU(xiǎn)因素較多，對(duì)人員素質(zhì)的要求也較高。參加帶電作業(yè)的人員應(yīng)經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，并經(jīng)考試合格取得資格、單位批準(zhǔn)后，方能參加相應(yīng)的作業(yè)。同時(shí)，帶電作業(yè)人員必須身體健康，無(wú)妨礙作業(yè)的生理和心理障礙，并應(yīng)掌握相關(guān)的技術(shù)及技能，具備較強(qiáng)的安全意識(shí)。

2 輸電線路帶電作業(yè)安全防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)路線

通過(guò)無(wú)人機(jī)等作業(yè)平臺(tái)搭載激光雷達(dá)掃描設(shè)備對(duì)帶電作業(yè)所在的輸電線路進(jìn)行掃描，獲得高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，基于獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建出高精度輸電線路三維模型。在輸電線路帶電作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)固定在作業(yè)人員屏蔽服上的RTK模塊精確定位帶電作業(yè)培訓(xùn)人員身體各突出點(diǎn)的位置，以此建立帶電作業(yè)人員人體三維模型，實(shí)時(shí)顯示帶電作業(yè)人員的位置，并計(jì)算作業(yè)人員的安全距離，實(shí)時(shí)精確監(jiān)控并計(jì)算帶電作業(yè)人員的安全距離，達(dá)到保證帶電作業(yè)人員作業(yè)安全的目的。同時(shí)，結(jié)合相關(guān)規(guī)程的要求制定安全距離判定策略，根據(jù)作業(yè)過(guò)程中的不同階段，設(shè)置第一預(yù)設(shè)安全距離、第二預(yù)設(shè)安全距離、第三預(yù)設(shè)安全距離，預(yù)設(shè)距離值略大于規(guī)程規(guī)定的安全距離。在帶電作業(yè)過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)比對(duì)作業(yè)人員頭部、肘部、手腳等突出點(diǎn)與周?chē)拥伢w及帶電體的距離，精確監(jiān)控帶電作業(yè)人員與周?chē)鷰щ婓w和接地體的最小安全距離，通過(guò)軟件系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷哪些點(diǎn)接近最小的安全距離，并將這些最小安全距離與預(yù)設(shè)的安全距離進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)小于或等于預(yù)設(shè)的安全距離時(shí)發(fā)出警告，以保證作業(yè)人員始終在安全范圍內(nèi)。輸電線路帶電作業(yè)安全防護(hù)系統(tǒng)實(shí)施流程如圖1所示。

圖1 輸電線路帶電作業(yè)安全防護(hù)實(shí)施流程

3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)面臨的主要問(wèn)題及解決策略

3.1 定位信息傳輸時(shí)延問(wèn)題

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，需要實(shí)時(shí)接收RTK定位裝置發(fā)出的精確定位信息。為保證系統(tǒng)既能夠在帶電作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)信息接收和安全防護(hù)功能，又能夠遠(yuǎn)程進(jìn)行帶電作業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)選擇使用公共通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?？紤]到4G網(wǎng)絡(luò)存在一定的通信時(shí)延，選擇使用5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息通信。5G網(wǎng)絡(luò)所提供的超高速率、超低時(shí)延和超高密度覆蓋優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)通信效果得到改善［3］，保證了定位信息的低時(shí)延傳輸和帶電作業(yè)人員安全防護(hù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

3.2 高電磁場(chǎng)環(huán)境干擾問(wèn)題

架空輸電線路周?chē)嬖谳^強(qiáng)的電磁場(chǎng)［4］，特別是交流高電壓等級(jí)的輸電線路周?chē)姶艌?chǎng)變化較大，對(duì)系統(tǒng)各模塊的正常工作和運(yùn)行安全造成不利影響。針對(duì)這一問(wèn)題，系統(tǒng)采用屏蔽技術(shù)對(duì)系統(tǒng)硬件模塊進(jìn)行了屏蔽，采用屏蔽布料包裹定位模塊和電源模塊，達(dá)到反射吸收電磁波、消除干擾的目的。

3.3 多系統(tǒng)疊加影響定位精度

安全防護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)多系統(tǒng)配合的綜合系統(tǒng)，系統(tǒng)中使用的激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)精度、定位模塊精度、通訊模塊的實(shí)時(shí)性等多個(gè)因素都會(huì)最終影響系統(tǒng)的精度，而精度恰恰是影響系統(tǒng)效果的重要指標(biāo)。通過(guò)增加點(diǎn)云密度、采用高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、提高RTK定位精度等方法以提升安全防護(hù)系統(tǒng)精度。

4 結(jié)語(yǔ)

輸電線路帶電作業(yè)安全防護(hù)系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸電線路帶電作業(yè)過(guò)程中作業(yè)人員安全的全過(guò)程監(jiān)控，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)作業(yè)人員規(guī)范性的監(jiān)督，能改進(jìn)現(xiàn)有的帶電作業(yè)安全保障方式，對(duì)于提高輸電線路帶電作業(yè)智能化水平具有重要的意義。