特高压直流输电线路直升机吊索法带电作业技术研究

2022-08-23高海鹏郝斌斌叶大鹏

宁夏电力 2022年3期

高海鹏，郝斌斌，叶大鹏

（1.国网宁夏电力有限公司超高压公司，宁夏银川 750011；2.国网宁夏电力有限公司培训中心，宁夏银川 750011）

0 引言

为了满足现代工业生产和生活供电需求，特高压远距离输电已经成为电网建设的主要途径[1-3]。特高压直流输电能有效实现大容量的电力传输，提高线路走廊单位面积，作为特高压输电线路运维检修的关键技术手段，其带电作业方法的研究及应用得到了快速发展[4-5]。然而，特高压输电线路实际运行中具有塔形巨大、导线数量多等特点，导致线路带电作业存在高危险性[6-7]。利用常规等电位带电作业方式在±1 100 kV特高压直流输电线路上进行等电位作业，存在以下不足：

1)特高压直流输电线路具有杆塔本体尺寸大、绝缘子串长、各部件间隙大等特点，等电位作业人员通过攀登杆塔，利用绝缘子串或吊篮摆入法进入强电场过程中，对等电位作业人员的体力消耗极大，对技能水平要求极高，存在极大的高空坠落风险。

2)线路导线缺陷位置随机，常规等电位作业方式往往需进行长距离走线才能到达缺陷位置，极大地增加了作业安全风险。

3)由于输电线路部分杆塔位于高山、河道等交通不便的地理位置，造成带电检修工器具无法送达或常规作业方式无法开展。

由于高效与便捷的优势，直升机的带电作业方法得到初步研究与应用。文献[8]介绍了特高压交流输电线路直升机带电作业方法，但只是基于仿真试验。文献[9]研究了特高压线路直升机巡视安全距离的仿真分析，但是未涉及带电作业方式。文献[10]采用有限元静电场仿真方法，搭建直升机带电作业试验现场布置的仿真模型，但只能为直升机平台法带电作业可行性分析作理论参考。

针对±1 100 kV昌吉至古泉特高压直流输电线路——目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电工程，介绍直升机吊索法在该线路宁夏地区实施带电消除缺陷作业的应用，首次完成±1 100 kV特高压输电线路在高海拔地区的直升机带电作业消缺，在关键技术参数、个人安全防护、作业方法、工器具等方面具有重要的参考价值。

1 ±1 100 kV吉泉特高压直流输电线路与作业塔位情况

±1 100 kV吉泉线特高压直流输电工程,起于新疆昌吉换流站，止于安徽古泉换流站，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽，线路全长3 324 km，系统输送容量为12 000 MW。宁夏段途径固原、中卫两个地市，线路长度185.5 km，吉泉线极序如图1所示。

图1 ±1 100 kV吉泉线极序

本次带电作业针对±1 100 kV吉泉线3383号塔极Ⅱ线小号侧第2间隔棒向大号侧3 m处2号子导线断5股缺陷处理，塔位位于宁夏中卫市海原县，地形环境为山区，海拔约1 500 m，铁塔呼称高111 m，全高121 m，小号侧档距767 m，大号侧档距731 m。绝缘子串型为双V串。导线直径47.85 mm，截面1 250 mm²，子导线间距550 mm。地线保护角为负保护角-10°，即地线在导线外侧，如图2所示。

图2 3383号塔位

3383号塔极Ⅱ（右导线）挂点及小号侧第2个间隔棒与地线、相邻导线极Ⅰ线的水平、垂直距离如表1所示。

表1 3383号塔导地线距离 m

2 直升机吊索法带电作业技术

本次作业直升机选择国网通航公司自有Bell429型双发轻型直升机，满足民航管理单位对直升机平台挂载人员作业机型要求；配备载人双钩，双钩已取得中国民航局颁发的适航许可证，本次直升机带电作业使用40 m的绝缘绳索及外吊挂设备，吊索法连接如图3所示。

图3 吊索法连接

作业区域海拔高度约1 500 m，作业时间段内最高气温约为30℃，计算直升机最大悬停质量如式（1）所示。

式中：mmax—最大悬停质量，kg；

m0—直升机空载质量，kg；

m人—机上人员质量，kg；

m工具—工器具设备质量，kg；

m燃油—可用燃油量，kg。

查询Bell429型直升机地效悬停曲线，作业区域起飞最大悬停质量为3 500 kg，直升机空重2 290 kg，机上人员质量为3×80=240（kg），吊挂工器具设备质量为35 kg，吊挂人员及头盔屏蔽服工器具质量为170 kg（2名同时吊运时），可加油量为765 kg，带入式（1）进行质量校验可知，带电作业时，直升机加油量不受限制。

2.1.工器具及材料

直升机及配套设备包括Bell429直升机、机腹吊钩。检测设备包括万用表及绝缘检测仪。气象观测仪有风速风向仪、温湿度计。通讯设备有空地电台131、对讲机。关键连接装置包括封闭环、D型锁。工作绳索及配套工具为绝缘绳和配重。安全保护工器具有屏蔽服、工作头盔、安全带、安全防护绳、安全帽、电位转移杆、绝缘垫。检修工器具包括活动扳手、钳子、个人配电包、配重绑腿带、纱纸，以及预绞丝等其他检修材料。

2.2 直升机带电作业流程

本次作业流程如图4所示。

图4 直升机带电作业流程

3 直升机吊索法现场应用

3.1 安全距离校验

本次作业不需要转移金具串受力，故本次作业不考虑导线串、金具受力情况，仅对作业过程中安全距离进行验算。

吊索法带电作业人员安全距离如图5所示。图中S1为塔上监护人与带电体安全距离，S2+S5为绝缘工具有效绝缘长度，S3+S4为等电位作业中的组合间隙，S5为等电位作业人员对接地体的距离。

图5 吊索法安全距离

本段线路操作过电压倍数按1.58 p.u.进行相关的间隙校验。经过对等电位作业人员与接地体的最小安全距离、等电位作业最小组合间隙、绝缘工具最小有效绝缘长度、3383号铁塔作业安全距离各项数据综合对比，与文献[11]中的要求值相比，结果如表2所示。

表2 作业点安全距离控制值

3.2 直升机吊索法带电作业注意事项

3.2.1 准备工作

（1）作业前，机务人员拆掉直升机舱门，检查机舱内部没有可自由移动的物品。

（2）地面人员对外吊挂设备、带电作业设备、个人防护用品等进行检测、称重，绝缘绳索加配重以防止空绳飘摆，调试通讯设备，技术员复查、检测绝缘绳索绝缘性能，电阻值不低于700 MΩ。

（3）机上人员需穿戴静电防护服，塔上、线上、后备救援人员穿戴±1 100 kV输电专用屏蔽服，保证各部位连接可靠。地面配合人员使用万用表测量屏蔽服电阻值，屏蔽服衣裤最远端之间的阻值不得大于20Ω。

（4）工作负责人进行任务、技术、安全交底，现场确定工作条件，风力不大于5 m/s（3级），湿度不大于80%。

（5）气象条件符合作业要求后，航务人员向军民航管制单位申请起飞。工作负责人向调度申请作业许可。经同意后，通知飞行员，通知地面作业人员准备开始作业。

3.2.2 塔上监护人员上塔

直升机从起降场飞至起吊点，地面配合人员指挥直升机到距离起吊点地面高度1.5 m处悬停，挂钩完毕后，指挥直升机提升高度，缓慢匀速展放绝缘绳索，防止绝缘绳索触地。待吊挂人员离地后，撤离直升机旋翼范围。直升机提升高度，沿既定航线飞至3383号塔上方，吊挂塔上人员至极Ⅱ导线横担端部位置，如图6所示。塔上人员挂好安全带后解除与绝缘绳索的连接，直升机返回起吊点吊运等电位工作人员。

图6 塔上监护人员上塔

3.2.3等电位工作人员进入强电场

直升机返回起吊点，吊挂等电位作业人员，沿既定航线飞至作业点附近，等电位人员指挥直升机缓慢下降高度，吊挂人员低于地线后由塔上人员负责向直升机汇报高度，斜向切入线路，接近导线之前，等电位人员应握紧电位转移杆，在电位转移杆端部距离导线约0.5 m处精准、快速地进行电位转移操作。

3.2.4 开展消缺作业。

作业人员进入等电位后，分别将安全带围杆带和安全防护绳连接到单根子导线和整相导线后，再拆除安全带与绝缘绳索的连接，直升机飞离，开始修补导线作业，如图7所示。

图7 带电作业人员进入等电位

消缺过程中，直升机返回起降场加油，塔上监护人时刻监督等电位人员作业安全性。确认缺陷消除后向工作负责人汇报，工作负责人使用望远镜检查确认。

3.2.5 吊挂人员返回起吊点

等电位人员确认并报告完成检修线上作业，经塔上监护人验收确认、负责人同意后，摆放好电位转移杆，直升机从起降场起飞至作业位置，吊挂等电位人员返回起吊点。脱离导线之前，等电位人员应握紧电位转移杆使其与导线接触良好，人员脱离导线动作应快速，并使脚部位置距离导线大于0.5 m之后，再收回电位转移杆，始终保持电位转移杆低于脚部位置，飞离线路，电位转移动作应精准、快速。等电位人员落地后，直升机返回3383号塔上方，接横担上的人员，返回起吊点。

3.2.6 直升机返航，工作终结

地面人员整理工器具、清理现场，做到“工完、料尽、场地清”。任务结束后，直升机返回起降场，准备调机。工作负责人向调度汇报工作终结，与工作许可人办理工作票终结手续，工作终结。