高海拔架空输电线路直升机巡视设备选型研究

沈志，黄俊波

（云南电网有限责任公司带电作业分公司，昆明 650031）

0 前言

架空输电线路直升机巡视弥补了地面巡视方式的缺陷，提高了架空线路巡视质量及效率，在保障电网安全稳定运行中起到了重要作用[13]。目前云南电网使用的贝尔206L型直升机在线路巡视工作主要在海拔2500米以下开展，受机型及机载设备技术性能的限制，不能满足工作的需要，有必要结合云南特点，对满足高海拔地区架空输电线路巡视作业需求的直升机机型、机载设备进行选型研究，并对研究结果进行实际验证，以解决高海拔输电线路的直升机巡视技术瓶颈，不断提升直升机巡视在云南电网的适用能力[4]-[18]。

1 直升机机型选择

1.1 高海拔对直升机性能的影响因素

1）空气密度影响：空气密度小，发动机功率随着海拔升高而下降。同时，直升机旋翼拉力系数增大量小于低海拔环境，直升机旋翼功率较低海拔地区损失约三分之一。

2）温度影响：温度降低对发动机最大扭矩下降，特别是在直升机旋翼结冰状态下，最大扭矩下降影响明显。另外，低温环境对直升机电子设备可靠性及电池储能性能会有所降低。

3）机械性能影响。高海拔地区，直升机发动机大多处于高功率状态，高功率使用时间长，相应的直升机各系数负载增大，长时间运行大于负荷状态，部件损坏故障概率增加。

4）气流变化影响。高海拔山区气流变化快，紊流状况突出，为克服气流突变的影响，需要直升机拥有更大的功率储备。

5）地形地貌影响。高海拔地区地形地貌复杂，无线通信困难，导航信号质量低下，无线电罗盘可能产生指示误差等问题突出，直升机自动控制能力降低。

1.2 高海拔巡线直升机主要性能要求

1.2.1 悬停性能

悬停可分为两类，一种为有地效悬停，另一种为无地效悬停。所谓地效是指地面效应，即当直升机距离地面比较近时，其旋翼下洗气流会受到地面的影响，地面阻碍造成的流场变化使旋翼消耗的诱导功率（用于加速流经旋翼的空气）减小，此时直升机保持悬停所需功率要小于没有地面效应的时候。在有地效时，直升机能在更高的高度上保持悬停。直升机巡线过程中，大概以15-20km/h速度前行，在遇到线路易损区和观察区时则需要悬停，云南高海拔地区线路平均海拔3000m，220kV福兰线更是达到4300米。根据高海拔线路的高度及直升机飞行时应留有一定高度余量，因此考虑所选直升机悬停高度需要达到4500m。

1.2.2 升限

实用升限是在给定的重量和发动机工作状态下，直升机在垂直平面内作等速爬升时，能够维持平飞的最大飞行高度。云南高海拔地区线路海拔普遍较高，应此对直升机升限也有一定要求，根据实际线路海拔高度，所选直升机升限应不少于5000m。

1.2.3 载重性能

高海拔直升机巡线一般需搭载4名机组成员，另需搭载巡线设备一台。按照四人一机的配置对直升机起重的要求应不低于500kg。因此，用高海拔直升机巡视机型选择标准来衡量直升机的载重性能。

1.2.4 其他设备可靠性

主要是要求其适航的各类机上仪表、设备、电池等设备在高海拔恶劣环境下具有较高的可靠性。

1.3 主要直升机机型比选

根据高原地区直升机飞行的性能要求，在目前国内外常规使用满足3000米以上架空输电线路巡视作业的机型主要有以下四种：Bell407GPX（ 贝 尔 407GXP）、Bell429（ 贝尔429）、AS350B3（ 欧 直 小 松 鼠）、T2e（EC135T2e）。

1.3.1 单发直升机对比

407GXP与AS350B3相比较，最高巡航速度和外挂能力略有不足，采购成本略高。但407GXP有更好的高原性能，有更先进的航电系统和更好的座舱视野。

1.3.2 双发直升机对比

贝尔429在最高巡航速度、机舱空间、有效载荷等各种性能方面都强于EC135T2e。

1.3.3 综合对比分析及选型

根据主要性能要求及主流机型参数对比情况，双发直升机贝尔429和EC135T2e拥有更好的抗风能力和安全性能，但其作业的预计最大海拔高度不能满足云南高海拔山区巡视条件要求，且作业成本更高。单发直升机贝尔407GXP和AS350B3(小松鼠)各方面性能参数比较适合云南特点的高原直升机巡检作业。其中贝尔407GXP其技术参数较优，但国内应用较少。AS350B3（小松鼠）直升机技术相对成熟。

2 机载吊舱选择

2.1 机载吊舱选型原则

1）气压影响：因设备内外可能产生较大的气压差，要求设备密封标准较高。要求设备应用海拔高度至少不低于4500m，能耐受不低于1.5倍标准大气压的压差。

2）环境温度影响：因高海拔地区易出现极低温度情况，要求设备具有较大幅度的环境温度适应能力。正常使用温度应满足-20～55℃，且温差适应性能满足5℃/min变化。

3）抗风防雨性能：要求吊舱设备具有适航认证，其外观设计具有较好的抗风防雨性能，体积尽量小型化，正常防护等级不低于IP54，工作平台稳定性及可靠性要求高。

4）红外测温抗干扰能力：海拔区域太阳光照强，要求设备内红外热像仪为长波段热像仪，这样可以避免太阳反射造成的发热假象，以便迅速判断设备运行状态。中波段和段波段热像仪不适宜高原检测。

5）吊舱可见光及红外成像精度。要求吊舱可见光拍照及摄录能够在距离线路30米左右范围达到销钉级成像，红外测温图片分辨率不应低于320×240水平。

2.2 主要吊舱设备比选

通过比选可知，国内主流光电吊舱设备参数比较接近，除所标称的使用海拔高度不能满足云南地区线路巡视需要外，其他参数差距不大。

3 结束语

综上所述，直升机选型应主要侧重于机型高原性能，目前常用双发动机的直升机机型在高原巡线方面相对单发动机机型并没有明显优势；高海拔线路本体的相对高差越大、飞行速度越慢对直升机性能要求越高；高海拔地区直升机巡检作业使用的光电吊舱主要性能指标主要取决于其可靠工作环境条件的影响；在开展高海拔架空线路巡视作业时AS350B3型直升机慢速飞行所允许的海拔高度为4435m以下；悬停所允许的海拔高度为3800m以下；而对于杆塔的档距小、海拔落差超过20%的线路，该型直升机不能满足正常巡视要求。