输电线路带电作业安全防护系统开发

彭玉金，时海刚，李 岩

（国家电网有限公司技术学院分公司，山东 济南 250002）

0 引言

随着电网规模的增大，输电线路带电作业在输电线路运检工作中发挥的作用越来越大，开展带电作业所涉及线路的电压等级和范围越来越高，带电作业安全压力也越来越大。在输电线路带电作业过程中，目前缺乏有效手段实时监控带电作业人员与周围带电体和接地体的有效安全距离，作业数字化水平不高，亟需研究新的安全防护技术，以满足输电线路带电作业安全防护的需要。

目前RTK精准定位技术在电网中的应用主要集中在线路测绘、无人机巡检等领域，而基于激光雷达扫描的输电线路三维模型技术也多用于输电线路施工、测绘、线路运维等领域。将这两项技术与输电线路带电作业结合的研究目前主要集中在输电线路带电作业路径前期规划等方面，缺少将这两项技术应用于实时动态防护输电线路带电作业安全的研究。针对这一问题，本文提出了一种基于激光雷达扫描技术和RTK（Real-Time Kinematic，简称RTK）高精度定位技术的实时动态安全防护策略，通过对比RTK精准定位信息数据和激光雷达扫描形成的输电线路三维点云模型数据，实现对带电作业人员安全进行实时防护。通过改进特高压带电作业屏蔽服，在模拟特高压直流输电线路中实现定位模块的带电测试，初步验证该系统可有效实现输电线路带电作业安全防护。

1 输电线路带电作业安全的影响因素

输电线路带电作业受很多因素的影响，必须考虑全面，保证所有影响因素符合作业要求，才能开展实际作业。按照有关规程规定，带电作业工作票签发人或工作负责人认为有必要时，应组织有经验的人员到现场勘察，根据勘察结果作出能否进行带电作业的判断，并确定作业方法、所需工具及应采取的措施［1］。综合考虑整个带电作业过程，影响带电作业安全的主要因素包括安全距离、环境因素、工具设备和人员素质4个方面。

1.1 安全距离

安全距离是保证带电作业安全的首要因素，其中最小安全距离是带电作业的关键参数。最小安全距离是指工作人员身体各部位，包括手持导电工具与不同电位任何部件之间所需保持的最小空气距离［2］。在整个带电作业过程中，带电作业人员要始终保持最小安全距离。结合输电线路带电作业不同作业场景，分电压等级、分作业阶段进行分析。当作业人员在杆塔上时，为地电位阶段。这一阶段需判定作业人员与周围带电体之间距离是否符合安全距离要求；在进入电场过程中，为中间电位阶段，这一阶段需判断组合间隙是否满足要求；进入电场后，为等电位阶段，这一阶段需判断与周围带电体和接地体的距离。

1.2 环境因素

输电线路分布广，经过地区的气象、地理环境复杂，带电作业安全受到海拔、湿度、风速、微气象等多种环境条件的影响。带电作业应在良好天气条件下进行，如遇雷电（听见雷声、看见闪电）、雪、雹、雨、雾等，禁止进行带电作业。风力大于5级，或湿度大于80%时，不宜进行带电作业。在海拔1 000 m以上（750 kV为海拔2 000 m以上）进行带电作业，应根据作业区不同海拔，修正各类空气与固体绝缘的安全距离和长度、绝缘子片数等，并编制带电作业现场安全规程，经批准后执行。

1.3 工具设备

输电线路带电作业使用的工具设备主要包括个人安全防护用品、绝缘工器具、金属工器具等。在输电线路带电作业中，对于所使用的工器具，主要考虑绝缘操作杆、绝缘承力工具和绝缘绳索的有效绝缘长度。不同电压等级的带电作业，有效绝缘长度要求不一致，并且要依据海拔进行长度校正。

1.4 人员素质

输电线路带电作业因为其危险因素较多，对人员素质的要求也较高。参加带电作业的人员应经过专门培训，并经考试合格取得资格、单位批准后，方能参加相应的作业。同时，带电作业人员必须身体健康，无妨碍作业的生理和心理障碍，并应掌握相关的技术及技能，具备较强的安全意识。

2 输电线路带电作业安全防护系统技术路线

通过无人机等作业平台搭载激光雷达扫描设备对带电作业所在的输电线路进行扫描，获得高密度的点云数据，基于获得的点云数据构建出高精度输电线路三维模型。在输电线路带电作业过程中，通过固定在作业人员屏蔽服上的RTK模块精确定位带电作业培训人员身体各突出点的位置，以此建立带电作业人员人体三维模型，实时显示带电作业人员的位置，并计算作业人员的安全距离，实时精确监控并计算带电作业人员的安全距离，达到保证带电作业人员作业安全的目的。同时，结合相关规程的要求制定安全距离判定策略，根据作业过程中的不同阶段，设置第一预设安全距离、第二预设安全距离、第三预设安全距离，预设距离值略大于规程规定的安全距离。在带电作业过程中，实时监测比对作业人员头部、肘部、手脚等突出点与周围接地体及带电体的距离，精确监控带电作业人员与周围带电体和接地体的最小安全距离，通过软件系统进行实时判断哪些点接近最小的安全距离，并将这些最小安全距离与预设的安全距离进行比对，当小于或等于预设的安全距离时发出警告，以保证作业人员始终在安全范围内。输电线路带电作业安全防护系统实施流程如图1所示。

图1 输电线路带电作业安全防护实施流程

3 系统开发面临的主要问题及解决策略

3.1 定位信息传输时延问题

系统开发完成后，需要实时接收RTK定位装置发出的精确定位信息。为保证系统既能够在带电作业现场实现信息接收和安全防护功能，又能够远程进行带电作业过程实时监控，系统选择使用公共通信网络进行数据传输。考虑到4G网络存在一定的通信时延，选择使用5G网络进行信息通信。5G网络所提供的超高速率、超低时延和超高密度覆盖优势，使系统通信效果得到改善［3］，保证了定位信息的低时延传输和带电作业人员安全防护系统的实时性。

3.2 高电磁场环境干扰问题

架空输电线路周围往往存在较强的电磁场［4］，特别是交流高电压等级的输电线路周围，电磁场变化较大，对系统各模块的正常工作和运行安全造成不利影响。针对这一问题，系统采用屏蔽技术对系统硬件模块进行了屏蔽，采用屏蔽布料包裹定位模块和电源模块，达到反射吸收电磁波、消除干扰的目的。

3.3 多系统叠加影响定位精度

安全防护系统是一个多系统配合的综合系统，系统中使用的激光雷达扫描数据精度、定位模块精度、通讯模块的实时性等多个因素都会最终影响系统的精度，而精度恰恰是影响系统效果的重要指标。通过增加点云密度、采用高精度点云数据采集系统、提高RTK定位精度等方法以提升安全防护系统精度。

4 结语

输电线路带电作业安全防护系统不仅能够实现对输电线路带电作业过程中作业人员安全的全过程监控，也能够实现对作业人员规范性的监督，能改进现有的带电作业安全保障方式，对于提高输电线路带电作业智能化水平具有重要的意义。