超(特)高压输电线路直升机巡检应用

1、超（特）高压输电线路直升机巡检应用何鹏杰 赵晓锋 秦 严（山西省电力公司超（特）高压输变电分公司）摘 要：山西省电力公司积极开展生产性直升机巡线工作,并取得了很好的效果,本文结合直升机巡检山西电网的已有经验，阐述了直升机巡检超（特）高压输电线路的重要意义以及方法，论述了山西电网直升机巡检作业的9大技术特点，对直升机巡检作业特高压输电线路的特点进行了探析，并总结了直升机巡检超（特）高压输电线路的优越性。关键词：直升机；超（特）高压输电线路；巡检技术1 引言随着超高压、大功率、远距离输电线路的出现，输电线路通道资源变得越来越紧张, 输电线路越来越远离城市和主要交通道路，对其的运行维护也越趋困难，而

2、航空业的发展,特别是通用航空业务的不断普及，为输电线路的运行维护提供了新的技术方法和手段。输电线路的直升机巡检作业，是指利用直升机和直升机上装载的陀螺稳定光电观测系统（集红外热成像检测、紫外成像检测和可见光高速摄像等强大功能于一身的光电观测系统）、高倍防抖望远镜、防抖照相机等高科技设备，在机载巡检人员和飞行员的默契配合下，及时发现输电线路本体和线路走廊存在的缺陷和障碍，有效减少输电线路恶性事故的发生，是一种具有科技含量高、巡视效率高、缺陷和故障发现率高、不受地域影响，且方便、快捷、可靠的输电线路巡检作业方式。 2 国内直升机电力巡检的应用情况随着我国超（特）高压输电技术发展的需要，199820

3、05年广东、四川、江苏、黑龙江、浙江等省电力部门进行了直升机巡线试飞。华北电网公司直升机巡线试飞项目过试运行和评审，于2002年正式投入生产运营，目前直升飞机电力巡线的范围已经覆盖华北电网，包括京、津和河北、山西、内蒙古等5省，多次发现紧急重大缺陷，有效地为保障各区域电网的安全稳定运行作出了贡献。利用直升机巡、护线技术是当今世界各国电力部门在巡查线路故障、保障线路安全，实施高尖端管理水平发展的走向，运用直升飞机进行电力作业是一种新兴、先进、高效的方法 。3 山西电网直升机巡检作业的应用情况（1）2007年6月25日7月3日，按照山西省电力公司生技部的安排，山西电力超（特）高压输变电分公司在相关

4、单位的配合下对省属的神忻侯双回四条（334.2km）500kV输电线路实施了巡检试飞作业，并取得了较好的效果。（2）2007年12月31日2008年1月18日，山西电力超（特）高压输变电分公司在相关单位的配合下对11条跨区电网500kV 输电线路（锦忻石双回、王潞辛双回、久潞、线和侯北线）进行了直升机巡检作业，共发现缺陷93处。（3）在山西省电力公司的全力支持下，2008年3月，山西省的500kV 输电线路直升机巡检作业全面展开。山西省电力公司超（特）高压输变电分公司积极组织，精心策划，在超（特）高压分公司线路工区原运行班组中按照“优中选优，择优录取”的原则，以线路专业水平和身体条件为依据挑选

5、了9名优秀的运行人员组建了山西省第一支直升机电力巡检作业队伍，并进行了为期一个半月的直升机巡检作业技术培训。（4）2008年4月26日7月02日，山西电网直升机巡检班对33条省网500千伏线路进行了直升机巡检作业，共巡视铁塔6131基，线路长度2635.106千米，共发现缺陷1372处，其中紧急缺陷10处，重大缺陷142处，一般缺陷1220处。（5）2008年9月25日10月27日, 山西电网直升机巡检班巡视了13条500千伏线路，（国网公司线路6条/972.104 km；华北网线路5条/182.31 km；省网线路2条/110.054 km。）铁塔3026基，线路长度1380.634千米，共

6、发现缺陷645处，其中重大缺陷30处；一般缺陷615处；无紧急缺陷。4 山西电网直升机巡检作业的技术特点4.1 机型的选择合适的机型是完成直升机电力巡线任务的先决条件。理想的输电线路巡检用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，具体应考虑直升机的带电作业性能、起降灵活性，飞行平稳、空中定点悬停、载重量、巡检设备装载方式等各方面因素。综合考虑以上因素，并结合山西地理的主要特点：山西省位于黄土高原的东缘，境内有太行山、吕梁上、中条山、五台山、恒山，平均海拔高于华北平原1000 米，运维线路的67.35%处于山地及高山大岭地区，输电线路铁塔所处海拔最高可至2100米。为满足高

7、海拔地区输电线路直升机巡检的要求，在对国内直升机电力巡检比较成功的几种机型进行充分调研后，山西电网巡检用直升机主要选择Bell-206和EC-120。它们的主要性能参数见下： 型号Bell-206EC-120 翼径/m 10.16 10 机长/m 11.8 11.5 载重/kg690 750 有地效悬升/m 3900 3930 无地效悬升/m 2680 3100 飞行高度/m 4115 6035 航程/km676 7324.2 直升机巡检机载设备的配置为了解决直升机飞行振动和高速飞行作业中引起的图像不稳定和不清晰的问题，提高巡检效果，山西电网直升机巡检作业队伍配置了机载设备：陀螺稳定光电观测系

8、统（集红外热成像检测仪、紫外成像检测仪和可见光高速摄像机等高科技设备于一身的光电观测系统）。同时配置了高倍防抖望远镜、长焦数码照相机、录音笔等巡检设备，以及存储数据用的笔记本电脑和大容量硬盘；采集数据用的录像机、定位用的GPS 及分析处理红外图像用的后台软件等。直升机巡检设备主要用途见下：高倍防抖望远镜。用于观察线路缺陷的细节。带防抖功能的长焦数码照相机。用于清晰拍摄直升机巡检所发现的缺陷，以便提供运行人员及时消缺。录音笔用于记录巡检员对线路巡视情况的语音说明，避免人工笔录的低效率，进而提高巡线的速度和记录的准确性。可见光高速摄像机。用于全程记录输电线路、铁塔、线路通道及其周边环境的情况，以供

9、日后复核、查询及对比之用。红外热成像检测仪。用于全程记录输电线路导线及接续部件的红外影像，后期通过专业的分析软件对截取的红外图像进行分析，从而找出异常发热点及其温度值。紫外成像检测仪。用于找出输电线路电气部分的非正常放电，由放电量的的大小来间接判断故障发生部位以及发生的原因，从而为状态检修提供参考依据。4.3 直升机巡检作业的内容近几年山西电网运维设备数量的剧增，而一线生产人员相对短缺，在电网运维情况复杂的客观情况下，造成线路巡视到位率较低。根据目前山西电网的实际情况，山西电网直升机巡检作业队伍制定了以“直接检查人员借助望远镜巡检”和“设备操作人员借助陀螺稳定光电观测系统进行红外发热检测以及紫

10、外放电检测”相结合的直升机巡检方案。（1）直接检查人员借助望远镜巡检直接检查人员借助望远镜巡检的方式与常规的人工巡视方式相同，主要靠巡检人员借助高倍防抖望远镜进行观察，发现可视缺陷，例如金具损坏及脱落、绝缘子破损、线夹松脱、连接部位的螺帽、销子脱落、导线上异物等，确认后用数码照像机将其拍照记录，用语音说明情况。常规目视巡检要求巡检员对所巡线路的路径、环境、线路杆塔结构和电气结构，以及线路运行的技术标准、规程规范都要有充分的熟悉。（2）红外发热检测红外发热检测即通过灵敏度较高的机载红外成像仪对输电线路的电气部分进行全线路扫描，从而发现异常发热的部件，将可能发生的事故消灭在萌芽状态。此项检测的效果

11、完全依赖于机载设备的性能和巡视员对设备的操控能力。从已发现的缺陷情况来看，绝大部分的发热异常都是由引流板接触松动引起的，也有因绝缘子的老化，引起的连板和绝缘子发热的情况。（3）紫外放电检测紫外放电检测是通过机载的紫外成像仪对输电线路电气部分进行全线路扫描，从而发现异常的放电部件，此项同样依赖机载设备的性能。如利用紫外成像仪检查设备微观裂纹、电晕放电和表面局部放电、绝缘子零值等。从已发现的放电严重情况来看，绝大部分是由于绝缘子污秽以及导线散股、断股、损伤、毛刺等引起的。山西电网2008年的直升机巡检作业共发现严重及紧急缺陷182处，其中178处是巡检员通过常规目视巡检发现的，缺陷类型主要有：导地

12、线断股、电气挂点部位缺失螺帽、销子、地线直接接地点未安装、电气部位超长异物等；其余4处是通过红外发热检测仪发现的因引流板接触松动引起的 温差过大。 4.4 直升机巡检作业的地面保障主要有两点，一是停机坪的选择，这主要是为了减少直升机往返线路的飞行距离，提高直升机巡检作业时间，确保直升机巡线费用的高效利用；二是确保提供直升机飞行地勤服务的条件。从目前山西电网直升机巡检作业的情况看，直升机巡检作业间隙时间主要停放在专门选取的众多停机坪（离巡检线路较近），航油补给可利用沿线的长治机场、运城机场和太原机场。届时可由航空公司与上述3个机场签订协议，由他们提供飞行航空管制、气象保障、航油补给和其它地面设备

13、的使用等服务。4.5 选择适当的直升机巡检作业时间直升机巡检作业受天气状况的影响较严重。由于直升机巡检作业有严格的飞行要求：山区作业云下能见度小于3公里，风速大于5米/秒；平原作业云下能见度小于3公里，风速大于8米/秒及雷、雨天都严禁进行飞行。所以选择适当的直升机巡检作业时间，对于提高直升机巡检作业的效率非常重要。就山西电网的直升机巡检作业情况来看，山西地形多样，高差悬殊，既有纬度地带性气候，又有明显的垂直变化，春季风沙大，夏季降雨量大，且多暴雨及冰暴，冬季温度低，风力较大，都制约着直升机巡检作业的正常进行，故山西电网的直升机巡检作业目前均选择在57月、911月季节交换期间集中、分段进行，这样

14、可保证直升机巡检作业的有效时间，最大程度上提高直升机巡检作业的效率。此外，由于红外检测仪受环境温度影响较大，如环境温度过高，设备温度的检测往往会给出虚假的热故障表现；而温度过低，则有可能缩小故障点与正常部位的温差，不利于热故障点的暴露与识别，尤其对线路上瓷绝缘子和压接管故障的检测。因此建议红外检测一般在527，风速小于5 m/s的情况下进行(以免因风的冷却作用和温差的变化而使测温不准 。4.6 直升机巡检作业方向的选择因为所有线路上的螺栓、穿钉、弹簧销子的穿向，均为由送电侧（小号侧）穿向受电侧（大号侧）。为了方便观察销子的安装、受力情况，超(特高压输电线路的直升机巡检作业，巡检方向一般应由大号

15、侧向小号侧，同时应尽量背太阳光飞行，以避免线路构件上反射的太阳光干扰红外检测质量。直升机巡检作业中，500kV输电线路一般采取单侧巡检的方式，考虑到巡检设备对远飞机侧导线及其金具上的缺陷检测效果不佳的缺点，500kV输电线路应该在连续两次的直升机巡检作业中从线路左、右相各巡检作业一次。特高压线路较超高压线路具有铁塔高度高，相间距大，金具多、线多以及特高压输电线路在电网中的地位重要，输送负荷大，可靠性要求高的特点，500kV输电线路的单侧巡检法很难满足特高压输电线路的运行要求。为保证直升机巡检质量，特高压输电线路的直升机巡检作业应采取双侧巡检的方式。4.7 直升机巡检作业的飞行速度和悬停直升机的

16、巡检质量与直升机巡检作业的飞行速度和直升机巡检铁塔悬停的角度、悬停的时间关系极大。直升机巡检作业的飞行速度过快，会造成导、地线上缺陷的漏检，飞行速度过慢则会增大直升机巡线的费用；直升机在铁塔处的悬停角度和时间，同样会影响直升机的巡检质量。从山西电网直升机巡检的实际情况来看，为保证线路的巡线质量，直升机巡检作业的飞行速度应控制在20km/h30km/h，直线塔悬停1min1.5min，耐张塔悬停3min5min；直升机检查铁塔时一般应悬停在铁塔的侧上方20m 左右的距离，也可根据耐张塔转角度数的大小作适当的调整。4.8 直升机巡检作业中飞行员与巡检员以及巡检员之间的配合直升机巡检作业过程中，飞行

17、员与巡检员以及巡检员之间的默契配合，关系着巡检质量和巡检作业的安全。巡检员应尽量避免和飞行员进行工作以外的交流，工作之间的交流用语应简洁、明了。飞行员与巡检员之间的配合建议采用以下方式：（1）直接检查人员使用防抖动望远镜观察时若发现设备存在隐患或缺陷时，要及时通知飞行员减缓飞行速度或调整直升机方位，利用数码相机进行拍摄，同时通知设备操作人员进行缺陷的拍摄和录像。（2）设备操作人员使用机载巡检设备对线路进行全程跟踪、录像。当发现设备存在隐患或缺陷时，应及时准确地调节镜头焦距，必要时要与飞行员协调配合，及时调整飞行速度和直升机方位，使缺陷故障目标更清晰，并及时录像。（3）设备操作人员对耐张塔进行仔

18、细检查时，如发现设备发热时，应及时通知直接检查人员记录红外图片编号、隐患方位，并拍摄缺陷可见光照片。（4）检查耐张塔时，巡检人员必须协调飞行员进行悬停检查，档距中的导、地线接续管不必每次都悬停，发现缺陷、隐患时或飞行过程中发现线路有异常情况时应及时与飞行员沟通，将飞机回到故障点附近详细检查。4.9 直升机巡检作业的安全保障（1）机型的选择电力巡线用直升机机型的选择，应充分考虑直升机的爬升功率和悬停功率，以确保在山区巡检作业和对铁塔巡检时的作业安全。（2）飞行员及电力巡检员的持证上岗由于直升机巡检作业飞行高度较低，与输电线路距离较近，外部环境影响较大，而且要求采用目视飞行标准，要求飞行员对距离，

19、外部环境变化要有准确、及时的判断且反应能力要快。因此，电力巡检作业飞行员一般要担任机长资格（飞行时间2000小时以上），并经过直升机机型训练，电力巡检专项训练和考核取证后上岗。同时直升机电力巡检专业人员也要进行直升机飞行基础培训及直升机电力巡检专项训练和考核后上岗。（3）建立完善的作业管理体系必须建立完善的直升机电力巡检作业管理体系，即制定直升机巡检作业操作规程，直升机巡检设备使用和管理规程，直升机巡检作业方案，直升机巡检作业安全、组织、技术措施，直升机巡检作业应急预案等和经常性在巡检员之间开展直升机巡检作业事故预想活动。（4）安装直升机电力巡检警示标志牌为保证设备及人员的安全，所巡线路上需安

20、装航巡警示标志牌，以便于飞行员能提前预知前方 线路情况和地势突变情况。目前，山西电网主要安装以下几种警示标志牌： 交叉跨越预告牌（电力线 110kV 及以上安装，铁路高速路不装）； 警示牌（线路 50 米以内有 110kV 及以上等级相邻线路或相邻高大建筑物安装）； 转角预告牌（转角 45 度以上） 杆塔号牌（每基转角塔及直线塔安装） 地线标示球（部分线路段安装） （5） 直升机在顺风情况下不易操控，巡检作业飞行方向应尽量逆风飞行和顶风悬停。直升机巡 检日计划的实施应根据当时天气及风向而作适当的调整。 （6） 直升机在后退飞行中因飞行员对线路的观察视角不足，如在巡检作业过程中需要复测某点, 应

21、向前在线路外侧做回环飞行, 再重新贴近线路，严禁后退飞行。 5 特高压输电线路直升机巡检作业特点探析 由于特高压输电线路的电压高、采用的导线等效半径大，其下的电场分布和场强值与 500kV 电 压等级的线路相比要较大的变化。 ICNIRP 导则对 50Hz 职业曝露规定允许的电场强度参照水平为 10kV/m，为了保证直升机的飞行 安全和对机载巡检设备和机内通讯无干扰，机舱内部场强不得高于 20kV/m。 按下图所示飞行轨迹进行直升机巡检作业，在直升机上通过场强仪对机外场强进行实测，水平 排列导线的机外场强在直升机距铁塔距离为 20 米时，为 24 kV/m,远低于 ICNIRP 导则规定的 1

22、0kV/m，机舱内部场强也不高于 20kV/m，对机内通讯和仪表设备也不会产生干扰。 考虑到特高压输电线路耐张塔的连接金具较多，会在很大程度上引起电场的不均匀分布，特高 压输电线路的直升机巡检作业应加强对耐张塔连接金具处的紫外检测。同时应对全线的耐张线夹和 压接管处进行重点的红外检测。 特高压输电线路大多采用复合绝缘子，它的主要成分硅橡胶在长期的高电压作用下，会在绝缘 子表面产生氧化作用，当表面形成导电的氧化道或侵蚀裂纹时，将极大影响安全运行，成为事故隐 患。同时复合绝缘子导线侧均压环如因产品质量和安装工艺出现问题，会引起更强烈的电晕，这种 电晕能强烈的吸附尘土和灼伤绝缘子，成为事故隐患，此外

23、放电也会对合成绝缘子芯棒产生灼伤， 6 长期作用积累会大大降低其机械强度，因此复合绝缘子的紫外检测也是直升机巡检特高压输电线路 的一个重点。 6 6.1 输电线路直升机巡检作业优越性和缺点 经过一年的航巡实践，充分体会到了直升机巡检作业的优越性，主要表现在以下几方面 （1）地面人工巡视受地形因素和观察距离影响很大，且受地面观察角度的限制，不可能对铁塔 及其金具作全方位的检查。而依靠直升机这个巡检平台，全方位，多角度，近距离观测，可以发现 地面无法发现的设备缺陷。 （2）传统的地面巡线作业方式，不便携带大量的检测设备，且山西电网受地形条件限制运维环 境复杂，人工巡视效率较低。与之相比，直升机巡检

24、作业以直升机做为载体克服了高山大岭等环境 因素的影响，可以快速到达指定位置，接近巡检目标。正常的直升机巡线速度在 2030 km/ h，是 人工效率的几十倍，且直升机巡检平台携带有大量的高科技巡检设备，可对全线路输电设备实施红 外热成像扫描和紫外成像检测，从而发现设备的异常发热和放电的部件，为输电线路的状态检修提 供依据。 （3）直升机巡检作业过程中运用巡检系统所携带的数码摄像机对巡检全过程进行影像采集，可 以为运行管理人员提供输电线路本体、周围环境、地形地貌等完整的影像资料，方便运行管理人员 了解输电线路的综合运行状况，同时直升机巡检作业发现的缺陷均配有实景照片、分析报告，非常 的直观，便于及时进行缺陷的定性分析、检修方案的制定。 （4）直升机巡线所采集到的信息已全部数字化，巡检获得的数据可以直接储存于硬盘等存储介 质中，满足大容量的信息存储要求。一方面可以通过互联网将信息传递到运行管理人员手中，便于 对缺陷进行及时分析，及时对缺陷进行消除；另一方面可以由计算机来对这些数据进行数字化管理， 便于快捷、无差错的查询，极大地提高了管理效率，提高故障处置的反应速度，进而提高线路设备 的健康水平。 6.2 直升机巡检作业的不足主要体现在以下两方