浅谈输电线路机巡作业方法及其适用范围

浅谈输电线路机巡作业方法及其适用范围

李江宁

（身份证号码：44060219781009xxxX）

摘要：输电线路是电力系统的重要组成部分，输电线路日常巡检管理是有效保证输电线路及其设备安全的一项基础工作。机巡作业日渐取代人工巡线的工作。为进一步改善输电线路巡检工作，提升机巡作业的效率和质量，本文将直升机和无人机巡线作业的特点做比较分析。

关键词：直升机；无人机；输电线路；巡检

一、绪论

本文主要就两种巡检方法及特点和存在问题作比较分析，以便日后在输电线路的日常维护工作中选用适合的巡检方式。

二、引言

电能已经成为现代化生产的主要动力，作为基础性公用事业，随着人民生活水平的不断提高，已显示出举足轻重的作用，供电中断将产生严重的后果，供电可靠性的要求越来越高。输电线路作为电网的重要环节，具有点多、面广、线长，长期暴露在野外的特点，极易遭受各种外力的损害。另外，随着社会经济的快速发展，城乡一体化速度加快，城市规模不断扩大，同时电网建设也在飞速发展，更多变化给输电线路运行维护带来了很多问题。电力线路巡检是为了经常掌握线路的运行状况，及时发现设备缺陷和威胁线路安全运行的异常情况，并为线路检修提供依据。

输电线路的传统巡视方法是人工巡视，主要是乘车巡视结合步行巡视，以巡视人员目测观察为主。但线路走廊穿越的地理环境复杂，经常跨越无人区、交通死区和通信盲区，给日常的人工巡视和运行维护工作带来诸多困难。两名作业人员一天可以检查500kV线路一到三基，效率低下，且巡检人员需面临较高的意外风险。

采用传统人工巡视方式需要耗费大量的时间、人力和财力，效率低，已渐渐不能满足当今超高压乃至特高压输电运行维护的要求。进入21世纪，直升机巡线作业占比不断升高。根据直升机巡线选线原则（电压等级、重要程度、地理区域、运行时间、污秽等级），直升机巡线尤其适用于500kV及以上重要输电线路，那些分布在林区沼泽湖泊、高山、丘陵和河网地带等交通死区的220kV和110kV输电线路也可以优先选用直升机巡线作为传统人工巡线的补充。

近年来，顺着无人机技术的发展和普及，线路的运行管理单位纷纷引入无人机巡视作业，以提高日常巡视维护的效率和质量。

下面，文章将结合笔者的工作实践以及思考，对比两种机巡方式的特点，分析其优缺点以及各自的适用场合。

三、（载人）直升机巡线作业

1、机型选择

（1）选型原则

选择直升机前应该着重考虑以下几个重要因素，作为选型的基本前提条件：

1）安全性能高

直升机的安全性能是在选择机型的时候需首要考虑的首要因素。直升机运行安全与否不仅影响到电力设备的安全，也关乎机组人员的生命安全。应具体考察飞行是否平稳、起降是否灵活、通讯是否畅通等因素。

2）飞行性能好

直升机必须具备先进的飞行性能。飞行性能主要是看飞机能飞多快、能飞多高、能飞多远以及能否完成一些机动飞行。由于直升机巡检作业需要穿越较长的线路走廊，对设备进行从上至下的细致检查，当发现故障点或是对重点设备进行观测时飞机需要在该元件处悬停3-5分钟左右的时间，所以直升机必须要具备较长的续航时间、能飞行较远的航程、有一定的爬坡能力强并能在空中定点悬停。

3）作业能力强

直升机良好的作业能力能够为线路作业提供一个稳定的工作平台。直升机必须悬停性能强，抗风能力好，在高电磁场环境下有可靠运行的电力、电子飞行控制设备。

4）载重量大

直升机巡检作业一定会装载巡检设备和机组人员，直升机如果不能满足巡线所需的载重量会大大削弱其作业能力，使其难以达到作业的标准和要求。当然载重量也不是越大越好，这样将会影响到直升机的飞行性能。考虑的时候要根据作业任务、作业地形等实际情况做权衡。

（2）作业机型的分析和比较

目前在电力作业领域，大多数公司使用的直升机基本上都是单发直升机。其实就直升机自身飞行安全而言，双发涡轴式发动机的直升机安全性要高于单发涡轴式直升机。但是，双发直升机一次购置成本高（为单发直升机的三倍以上）、维护成本高、飞行成本高（为单发直升机的两倍以上），正因为如此，从运营经济性的角度考虑，目前世界上有2/3的国家没有使用双发直升机。

巡线作业常用机型比较：

输电线路巡检常用直升机型

MD500E为5座单发轻型直升机。由于它体积小、重量轻，飞行的稳定性和安全性较高。它的作业成本低，极具生产力，在同等级直升机中具有较快的速度和经济效益。但它的悬停高度不能超过海拔1800米，只适用于平原和丘陵地区。

AS350“小松鼠”直升机的功率大，续航能力强，悬停高度高，适合用于高原及山区作业。

Bell206使用单发涡轴发动机，续航能力强，有足够的悬停高度。但发动机功率较低，需要的爬升距离较长，不适用于山区作业。

Bell-407同样使用单发涡轴发动机，但功率较大，其稳定飞行高度可达到海拔3500米，航程和飞行高度都优于其它直升机，而且机舱空间宽敞。适合于高海拔、长距离的飞行作业。

广东大部分地区以丘陵地形为主，电网结构密集而复杂，采用贝尔直升机作业为宜。

2、安全距离

直升机与输电设备的距离既是影响作业效果的质量线也是危及飞行安全的生死线。在作业过程中，如果安全距离不够，可能发生相间（相地）的击穿，造成严重的安全事故。因此，为了确保设备和作业人员的安全，在作业前必须针对线路实际情况进行严格的安全距离评估，在安全距离的范围内进行作业。

影响直升机作业安全距离的因素主要有两个方面：飞行安全裕度和电磁场环境的影响。

直升机在作业过程中，桨叶在旋转时会有上下约20-30cm的挥舞幅度，加上飞行员在精确操控直升机悬停和定位时的微小误差使飞机产生非正常位移。如果直升机在飞行过程中主旋翼和尾翼与线路设备之间不能保持足够的物理安全距离，高速旋转的桨叶随时都存在击中任何障碍物的危险。国家电网公司电力安全工作规程（线路部分）规定，进行地电位带电作业时，人身与特高压输电线路带电体的安全距离不准小于6.8米，以目前经常使用的BELL206直升机螺旋桨直径为11m作为计量标准，算出直升机与边相导线安全距离为17.8m。另外，在确定最小安全距离时，还要对作业时风速、气候以及线路周边环境产生的影响加以考虑。民航总局制定巡线作业的最低气象标准为：山区作业云下能见度不小于3km，风速不大于5m/s；平原作业云下能见度不小于3km，风速不大于8m/s。导地线在有风的情况下会有小幅振动，作业人员在进行带电作业时会也引起工作点的轻微振动，这些振动的距离在1-2m的范围以内，因此最终确定直升机与线路、铁塔的最小安全距离不小于20m。

特高压线路的电场强度会对直升机的通信和仪表设备产生干扰，给直升机作业造成了不小的安全隐患。直升机对特高压输电线路巡视过程中，作业人员使用场强测量仪，在距边相导线20-25m范围内的档中和靠近塔端部位分别进行测量，测量值的电场强度均低于国际权威标准规定的10kV/m限值，说明20-25m的安全距离完全满足电场曝露限值的要求。

综上所述，直升机作业的安全距离不应小于20m。但距离过远，则会影响观测和拍摄的清晰度。为保证巡视效果，直升机与最近一侧的线路、铁塔净空距离不宜大于30m。

3、巡视类型

因巡线需求的不同，对巡线的方式要进行相应的改变，节省时间和巡线成本。主要有以下几种不同的巡线方式：

一般巡视是为了经常掌握线路的运行状况，及时发现设备缺陷和沿线情况，并为线路维修提供资料。一般巡视主要包括细致化巡视和巡逻：

（1）细致化巡视：通过可见光、红外、紫外等设备进行组合巡视的方式，并在线路杆塔附近悬停对线路各部件运行情况及沿线情况进行仔细巡查，及时发现设备缺陷和威胁线路安全运行的情况，巡视作业速度一般保持在6km/h-15km/h之间。

（2）巡逻：通过可见光设备沿线行不悬停飞行进行巡视的方式，对线路沿线安全运行情况进行巡查，巡视作业速度一般保持在25km/h-60km/h之间。

特殊巡视主要分为两种：

（1）故障巡视：线路故障后，根据故障信息，确定重点巡视区段和部位，在安全要求和技术条件允许的情况下尽量靠近输电设备低速飞行，查找故障点及其他异常情况。

（2）灾后巡视：线路途径区段发生灾害后，在现场条件允许的情况下以约40km/h的速度应用机载检测设备对受灾线路进行全程录像，搜集输电设备受损及环境变化信息。

1）可见光巡视：目视检查杆塔、金具、绝缘子、导地线、附属设施和周围环境，巡检员利用防抖高倍相机巡查可见光缺陷和隐患并拍照记录，同时用录音笔记录缺陷。在检查导地线时，如发现可疑问题，应进行悬停检查核实，并记录缺陷详细信息。在检查耐张塔杆塔本体及连接金具时，应进行悬停检查。在巡视走廊通道时，当需进一步估算导线对物净空距离时，直升机应下降高度或者调整姿态，便于巡检员找准参照物估算净空距离。

2）红外巡视：进行输电线路可见光、红外全程录像，根据一般检测和精确检测的不同要求切换远近视场，从液晶监视器上观察输电线路导线、绝缘子、金具等元件的发热、电晕情况，当发现有缺陷或疑点时，直升机短暂悬停，巡检员在线存储红外热图，并做好缺陷位置、描述和环境参数记录。

3、作业要求

（1）飞行要求

1）直升机到达巡线区域后，核实所巡线路名称和杆塔号，观察所巡线路周围地形地貌情况，选择与线路约45°夹角进入作业位置。

2）直升机外缘任一点与线路、铁塔的最小安全距离应不小于20m，同时为保证巡视效果，直升机与最近一侧的线路、铁塔净空距离不宜大于30m。

3）巡视作业时，被巡线路应位于靠近直升机主驾驶的一侧，严禁直升机在线路正上方飞行巡视。

4）巡视应沿线路路径逐基逐档进行，避免出现错巡、漏巡。

（2）巡视人员工作要求

1）吊舱操作人员使用机载吊舱装置对被巡线路进行录像、测温。

2）可见光操作人员通过目视和稳像仪对被巡线路进行检查，使用照相机和录音笔进行记录。

3）吊舱操作人员发现的发热缺陷由可见光操作人员进行复查。

4）可见光操作人员发现的缺陷必要时由吊舱操作人员进行复查。

4、典型案例

（1）可见光缺陷案例

螺栓开口销缺失间隔棒损坏

（2）红外缺陷案例

1）耐张线夹发热（紧急缺陷）

四、无人机巡线作业

1、无人机选型

按照不同平台构型来分类，常用的无人机主要有固定翼、旋翼机两大类，旋翼机又分为直升机和多轴旋翼机。

固定翼无人机具有飞行速度快，飞行半径大等优点。可应用于输电线路走廊普查工作，能迅速对线路走廊和线路本体进行状态评估，适用于长距离的通道巡检、应急巡检和灾后巡检

旋翼机虽然没有固定翼无人机那么快的巡航速度，但飞行的稳定性高，且具有悬停能力，能发现销钉级设备缺陷，可用于距离较短的线路或单个杆塔检查可见光或红外缺陷。

目前常用于巡线作业的机型有AF25B无人直升机、大疆S系列、Inspire系列、精灵和御系列等机型。

AF25BS1000Inspire2

2、安全事项

（1）空域环境

1）执行作业任务前，应按相关规定办理空域申请手续。

2）禁止在机场、铁路、高速公路、易燃易爆品库（厂）、靶场、危险品库（厂）、军事设施、人员密集区及公安部门划定的禁飞区上空飞行。

（2）地域环境

1）飞行区域必须经过勘察，切实保证飞行路径内没有障碍物、无影响无线电信号的强磁环境。

2）在测控模式飞行时，要保证飞机与地面站之间通视状态（不能有障碍物遮挡），同时要保证通信距离在有效半径之内；

3）楼宇间、山涧中会有变化强烈的切变风，一般禁止在其中飞行。特殊情况需要飞行时，一定要测好风向、风速，保持安全距离

（3）气象环境

1）飞行前要掌握飞行区域的天气情况及特点，禁止在雷雨、大风（>5级）、大雪中飞行；

2）飞行中要实时观测气象变化，遇有突发雷电、雨雪、大风等极端气象发生，应迅速返航、降落。注意降落时调整机头迎风方向；

3）飞行高度超过300米，一定要了解清楚高空气象情况，否则禁止高空飞行。

4）起飞前，应确认气象环境符合该机型的作业条件。

（4）设备情况

起飞前一定要保证飞机系统、地面站系统工作良好，电量、油量充足，若系统有故障则禁止飞机起飞。

（5）人员情况

1）操控无人机人员应接受培训考试，取得相应资格后方可上岗作业。

2）所有操控设备人员要保证状态良好、精神饱满、精力集中，禁止带病、带情绪或疲劳状态操作无人机系统；

3）飞行前一天晚上和飞行结束之前，禁止所有操作人员饮酒；

4）一般情况飞行开始前到飞行结束，所有操作人员要关闭手机。特殊情况也要妥善保管，禁止接打。

（6）维护保养要求

1）作业后，作业人员应如实记录无人机状态和作业情况。

2）无人机巡检系统及油料、电池应由专人保管，设备电池应定期进行充放电保养，确保电池性能良好。

3）严格按照无人机手册进行周期保养和更换零部件，定期对无人机进行检查、清洁、润滑和紧固，确保设备状态良好。

4）无人机如长期不使用，应定期启动，检查设备状态。如有异常，应及时调整、维修，并做好记录。

五、直升机与无人机对比

（1）直升机的优势

1）技术成熟，安全性高。

2）续航时间长，作业范围大，效率高。

3）可扩展性好。除巡线作业外，还可用输电线路带电抢修、带电水冲洗等作业项目。

（2）无人机的优势

1）安全。不会造成机上作业人员伤亡。

2）成本低。无论是初次购买成本、使用成本和维护成本都远远低于载人直升机。

3）体积小巧轻便，容易运输。

（3）共同的优点

1）迅速、灵活快捷，工作效率远高于人工巡视。

2）安全性高，降低巡视人员受伤的风险。

3）不受地形限制，可以方便地穿山越岭，跨林区沼泽湖泊。

4）缩短观察距离，可以检查得更细致。

5）采用俯瞰视角，弥补地面巡视盲区。

六、小结

直升机与无人机由于自身的条件不一样，有各自的优点，又存在各自的缺点。

直升机载重能力大，能载人作业，作业时间和作业距离比无人机大等优势。但载人直升机受航空管制严格，飞行、转场难申请，使用的油料供应不便，起降点要求高，作业人员多。适用位于山区、丘陵、跨水域的长距离输电线路周期性巡视以及大范围的灾后巡视。

无人机比直升机操作更加方便、灵活，使用和维护成本更低，受外界限制少，作业方便等优势。但由于无人机受自身的载重、航速和遥控距离限制，作业时间和作业距离都比较小效率相对较低。适用于小范围、短距离的日常巡视，以及故障巡视和灾后巡视。

参考文献：

[1]架空输电线路直升机巡视作业指导书（试行）V1.0

[2]架空输电线路无人机巡检作业技术导则

[3]无人机巡检中输电线路图像采集的研究