直升机巡视超高压输电线路

刘洪正，乔耀华，王洪川，李永明

（山东电力集团公司超高压公司，山东 济南 250021）

0 引言

2011年6月至9月，山东电网负荷屡创新高，为加强超高压输电线路运行巡视管理，山东电力集团公司与国家电网通航公司合作，对山东电网20条500 kV交流、±660 kV直流超高压输电线路进行直升机巡视作业，巡视里程共计2 097 km，发现100余条缺陷。期间，山东电力集团公司超高压公司针对直升机巡视中发现的严重缺陷开展了带电消除工作，确保了山东主网在迎峰度夏期间的安全稳定运行。

1 直升机巡视的国内外背景

20世纪50年代，美国、加拿大、西欧很多国家开始采用直升机巡线。80年代，美国、加拿大和随后的澳大利亚由输电线路巡线、检修发展到直升机等电位带电作业，使直升机电力作业技术又 向前迈进了一大步［1］。

我国从80年代初开始对高压、超高压架空输电线路进行直升飞机巡视和施工作业的尝试。1999年10月至2000年11月，华北电网有限公司与北京超高压公司、北京首都通用航空公司、中国航空技术进出口总公司联合组成了项目论证工作小组，研究直升机用于华北地区电力作业的可能性，2002年3月27日正式开始实施。

2 直升机巡视技术概况

2.1 基本技术原理

巡视直升机装备陀螺稳定的可见光检测仪与红外热成像仪，由1名航检员操作对线路进行检查和录像，另1名航检员操作防抖望远镜对线路进行检查。直升机巡线具有高效、可靠不受地域影响等优点。

红外成像检查。利用红外热像仪对线路上的导线接续管、耐张管、跳线线夹、导地线线夹、金具、绝缘子等进行拍摄，分析数据，判断其是否正常。同时进行全程红外跟踪录像［2］。

可见光检查。在航巡中运用望远镜、照相机、机载可见光镜头跟踪记录导地线、杆塔、金具、绝缘子等部件的运行状态、线路走廊内的树木生长、地理环境、交叉跨越等情况，同时进行全程跟踪录像。

2.2 直升机巡视的前期准备

航巡线路图的绘制。向线路运维单位收集线路台帐基本信息，整理标准的WGS84坐标格式线路杆塔坐标。根据线路区域分布和领航计算，确定临时起降点和加油点。依据上述信息，以1：1 000 000的军事地形图为底图，制作航图。

起降点的现场勘察。依据横线路方向40 km以内，顺线路间隔80～150 km的起降点布置原则，为现场作业实施提供了地面保障。

警示标志的安装。根据被巡视线路台帐信息，组织加工制作警示标志牌，并在巡线作业前完成线路警示标志牌安装。

飞行计划编排。由于不同机型的不同巡视能力和经济性，作业区域需要根据不同机型细致划分，并且需要考虑空管、天气因素，在空间上合理避开管制的空域，在时间上尽量避开天气不适宜航巡的季节。

2.3 航巡作业基本方法

每次直升机巡视均由两名航检员操作，其中一名航检员进行红外检查，另一名航检员利用望远镜检查。发现线路缺陷或可疑点时利用红外设备、望远镜、照相机进行检查与拍摄。飞机由一名飞行员驾驶。

为了更好的观察销钉类的微小缺陷，每次巡视将直升机在塔头悬停时间为2～3min，对于500kV输电线路，采取在线路单侧巡视方式，即在线路一侧巡视时检查铁塔三相导地线及金具，巡线时直升机与线路临近相距离保持在15～20 m，作业速度保持在12 km/h左右。

红外成像检查员用机载可见光摄像仪及红外热成像仪对线路导地线及接续管同时进行录像，以红外成像检查为主。望远镜检查员直接用眼睛观察导地线、间隔棒、线路走廊，发现问题后，用望远镜进行检查。

检查铁塔时飞机在铁塔斜侧方悬停，飞机稍高于地线支架。红外成像检查员用机载可见光摄像仪及红外热成像仪对铁塔、绝缘子、金具同时进行录像，以红外检查为主。望远镜检查员用用望远镜检查塔基、塔身、导地线绝缘子及其金具。

巡线作业时直升机应严格按照巡视流程对铁塔和金具等进行逐一检查，作业流程如图1-3。

图1 巡视猫头塔示意图

图2 巡视门型塔示意图

图3 巡视干型塔示意图

3 直升机巡视与常规地面巡视的对比分析

3.1 技术比较

直升机巡视可以利用红外成像仪对线路上的导线接续管、耐张管、跳线线夹、导地线线夹、金具、绝缘子等进行红外检测，准确度比地面检测要高很多［3］；而常规地面巡视红外检测质量差，塔头部分的金具、销钉、放电间隙和绝缘子、导地线等设备缺陷不易发现。

在航巡中运用望远镜、照相机、机载可见光镜头可检查记录杆塔基础、导地线金具、绝缘子等部件的运行状态、线路走廊内的树木生长、地理环境、交叉跨越等情况，清晰而且准确，效果可与登塔检查相媲美。

使用直升机巡视，可使作业范围迅速扩大。直升机可以到达地面人员无法接近的山谷地带，其巡视不仅速度快，而且不会破坏庄稼，这在日益重视环境保护的今天，具有更大意义。

3.2 航巡效果对比

3.2.1 发现隐蔽性缺陷能力

直升机可以利用机载陀螺稳定的红外成像仪发现线路上的一些隐蔽缺陷，比如引流金具发热、合成绝缘子内部损伤发热、瓷质绝缘子零值等［3］。而这些缺陷是人工巡视很难发现的，虽然人工巡视可以配备手持红外检测仪，但是由于人工巡视在地面，受巡视位置所限制，另外也不可能像直升机巡视可以全程监视。

3.2.2 发现缺陷准确率

直升机在巡视瓶口以上缺陷时，有着很高的发现率。而人工在巡视瓶口以下缺陷时，有着很高的发现率，图4、图5所示。

图4 瓶口以上缺陷发现比例

3.2.3 发现缺陷威胁度对比

对航巡缺陷和人工巡视缺陷进行对比，发现直升机巡视发现的严重危急缺陷种类和数量要比人工巡视发现高很多。

图5 瓶口以下缺陷发现比例

3.2.4 山区平原地形因素的对比

根据统计，山区缺陷不同于平原缺陷类型，其主要以金具、导地线等瓶口以上缺陷为主，占总缺陷数量的95%以上，而且严重危急缺陷程度要比平原高很多。但山区地形复杂，人工巡视难度很大。故针对山区线路，直升机巡视比人工更加有效。

从以上分析可以看出，直升机巡线项目技术上已经日趋成熟，制度也较为完善，大幅提高了山东超高压公司电力维护的技术含量，而且能够发现人工巡视所难以发现的线路缺陷，提高了电网运行稳定性。

4 山东超高压输电线路直升机巡视技术的应用

2011年6月至9月，为确保迎峰度夏期间输电线路设备的安全稳定运行，山东电力集团公司超高压公司与国网通航公司进行合作，将直升机巡视技术首次引入山东电网。

4.1 前期准备工作

前期现场勘察。根据航巡线路路径，本次作业共需要设置16个临时起降点，分别为任县、清河、陵县、禹城、冠县、茌平、长清、章丘、桓台、潍坊、平度、文登、栖霞、招远、昌邑和滨州。

空管协调组工作安排。国网通航公司于6月中旬派空管协调组完成了山东电网线路所涉及的军区空军及民航空管局的协调工作。

收集线路台帐。航巡前完成山东电网所辖超高压线路的设备台帐收集。

绘制航巡图如图6所示。

4.2 安全保障措施

人员要求：

图6 航巡图

飞行员、机务人员、飞行签派员、航检员必须持证上岗；

飞行员在作业前一天严禁酗酒，并应保证睡眠充足。

飞行主要保障措施：

直升机起飞前，应检查机内的通讯系统是否畅通可靠；

巡线时直升机与500 kV直流线路安全距离保持在15～20 m，与660 kV直流线路安全距离保持在 20～25 m；

飞行过程中，若需要直升机转到线路另一侧，必须从塔上飞过，严禁从线路上横穿；

飞行时不得在变电站（所）、电厂上空穿越。

4.3 技术管理

确定飞行速度和飞行时间。根据巡视作业情况分析，认为合理确定上线飞行速度和悬停检查时间是关键问题。通过技术人员摸索和总结，山东超高压输电线路适合：

——直升机飞行速度通常应在9.8～10 km/h；

——悬停检查时，直线塔悬停宜为3 min、耐张塔宜为5 min。

飞行方式。由于山东省7、8月份时值盛夏，下午气温较高，而且飞机内并未设置空调设备，为保证直升机的整体温度的适宜，此次直升机巡视作业采用一天两架次的飞行周期，飞行时间选择在凌晨 5：00～7：30 和 9：00～11：30 两个时间段。

4.4 巡视效果

通过两个多月共计2 097 km的直升机巡视作业，航巡发现输电线路一些地面巡视难以发现的一般缺陷甚至严重缺陷。

济淄I线88号塔左导线铁塔端挂点处U型挂环螺栓缺销子，图7所示。

华陵线62号塔中相小号侧复合绝缘子串发热，发热点温度27.2℃，正常点温度15.5℃，高11.7℃，环境温度23℃,湿度30%。在缺陷发现后，带电作业对该串绝缘子进行了更换，换下的绝缘子发热点芯棒已经粉化，长期运行有发生脆断的可能，有效避免了一起线路掉串故障，发热图像如图8所示。

图7 U型挂环螺栓缺销子

图8 发热图像

5 结语

山东自2011年7月采用直升机巡视作业以来，山东超高压输电线路未发生一起因线路本体缺陷引起的设备跳闸事故，这种线路巡视方式，提升线路巡视质量，提高了线路健康水平，加上其与地面巡视人员相互配合，形成一种地空结合立体式的巡视体系，改善了单一的巡视方式，保证山东电网安全稳定运行。