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1、输电线路直升机巡检作业技术研究与应用,一、输电线路直升机巡检介绍,1、直升机巡检概述,直升机航巡作业是指直升机装备陀螺稳定的可见光检测仪与红外热成像仪，由一名航检员操作对输电线路进行检查和录像，另一名航检员操作防抖晃望远镜对线路进行检查。它具有高速、高科技、反应快、可靠、受地域及地形影响小等优点。,世界直升机电力作业的现状,早在50年代末期，美国、加拿大以及西欧各国就已经在架空输电线路上使用直升机抢救伤病员和进行线路巡检等工作。随着中、重型直升机的陆续出现，尤其是美国、加拿大、德国以及法国等国家在直升机参与架空输电线路施工方面取得了巨大进展。其中美国哥伦比亚直升机公司和美国的电力公司合作己迈入
2、线路的带电作业领域，如：应用直升机带电更换分裂导线间隔棒；在带电的交、直流500kV的超高压线路上维修架空地线，修补导线等。经过数十年的实践探索以及经验总结，西方各国以及俄罗斯、以色列和日本等国家已较为全面地掌握了采用直升机对架空输电线路进行巡检、带电作业以及线路施工等各项技术，使得他们的架空输电线路建设和维修技术推进到一个新的阶段。在90年代，直升飞机巡线、检修及带电作业已在欧美澳等发达地区和国家得到广泛应用。,国内直升机电力作业的历史,我国在八十年代中期，电力部组织华北、华中、西北等有关单位进行过直升机巡线的尝试。八十年代至今，在输电线路施工中多次采用过直升机、热气球、飞船放引线，采用直升
3、机吊运塔材、金具、施工器材和材料。这方面的情况，可分巡线维护和基建施工两部分。直升机巡线方面,年至年由西宁、新乡、焦作、安阳、北京和广州供电局，湖北超高压局，华北、河南、东北电研所等单位进行了八次直升机巡线试飞。直升机电力施工方面，年至年湖北、吉林、广东和甘肃送变电公司，电力建设研究所等单位在山区和长江大跨越进行了六次牵放导引绳、组立铁塔等直升机电力施工尝试。,国内直升机电力作业的现状,2000年华北电网有限公司批准立项，首家开始进行直升机巡线技术在电力系统的应用研究，进行了直升机和机载巡线设备的选型、订购、验收、安装、调试等工作，并对驾驶员与航检员进行了国内与国外培训。通过赴北欧的实地考察和
4、充分的经验交流和研究，掌握了大量关于巡线作业的经验和技术措施。建立了直升机巡线的各项规章制度。确定了运作方式，2002年3月 27日开始进行正式航巡作业。目前，国内部分网省超高压局已开展了直升机航巡。,2、直升飞机巡检实现的功能,2.1航巡作业基本方法每次航巡检查由两名航检员操作，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。,2.2航巡作业主要检查项目 利用红外成像技术航检项目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、绝缘子等进行拍摄，分析数据，判断其是否正常。可以
5、替代线路地面周期性红外测试项目。利用可见光技术航检项目在航巡中运用望远镜、照相机、机载可见光镜头检查记录杆塔基础、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。可以替代线路每年1次的登塔检查项目、放电间隙检查等项目。,3、直升飞机巡线的优势,从目前科技发展水平看，直升机巡线可以将稳定的可见光图象与红外热成像有机的结合起来，达到了目前最佳的巡视和检测效果。另外，对于事故抢险情况下，使用直升机巡线、运送人和物，机动性强，可以快速反应，减少停电时间，经济效益、社会效益也会很明显。是最适合长距离、恶劣地形输电线路的巡视方法。,地线放电间隙击穿,绝缘子钢帽发热,合成
6、绝缘子芯棒发热 盘安线111中导线小号侧跳串（合成绝缘子）下部绝缘芯棒发热，相比本串其它位置绝缘芯棒温度高13.2，经剖开检查内部有杂质,4、与常规地面巡视的技术比较,4.1技术比较直升机航巡主要优点：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、绝缘子等进行红外测试，准确度比地面测试要高；另外，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。在塔上金具连接、绝缘子状况和放电间隙是否合格等高空检测项目上，比地面检测检查要准确的多。可以取代登塔检查。直升机航巡主要缺点：
7、检查铁塔螺栓紧固情况比地面检查质量差；防洪防汛及铁塔基础防护的检查也可以完成，但防护方案还需地面运行人员确定。,地面巡视主要优点：就巡视质量而言，主要优点就是基础防护、螺栓紧固、塔材被盗方面巡视较准确。另外，地面人员主要工作是认真完成周期性维护、检查项目，这是航巡不能代替的。地面巡视主要缺点：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。,5、航巡作业检查过程和一般要求,5.1直升机航巡作业每次飞行由一名飞机驾驶员，一名红外热成像检查员，一名望远镜检查员组成。5.2检查导地线时直升机水平或稍高于地线，与导地线保持15米以上的安全距离，按15km/h20km/
8、h的航巡速度沿线路飞行。5.3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。5.4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。,直升飞机航巡作业示意图,6、直升飞机参数和作业图片资料,6.1MD500由美国麦道飞机公司生产，八十年代中期投放市场，是目前市场上使用最多的电力作业飞机。可带电在导、地线中
9、间穿越，飞到中相进行等电位带电作业。主要性能参数：飞机最大起飞重量：1361公斤续航时间：2小时30分钟可装燃油：183公斤 最高飞行高度：4227米机长:8.61米 旋翼直径:8.05米可载乘客:5人 有效载重:689公斤最大巡航速度：249公里/小时最大航程：430公里,6.2BELL206 L4由美国贝尔公司生产，六十年代即已进入直升机市场，在电力作业市场占有一定份额，也可进行等电位带电作业，但体积较大，只可进行边相作业。主要性能参数：飞机最大起飞重量：2018公斤 有效载重：907公斤最大巡航速度:204公里/小时 最大航程：661公里最高飞行高度：4999米 机长 12.96米旋翼直
10、径 11.82米 可载乘客：5人,6.3EC-120由法国“欧洲直升机”公司研制生产，中国哈尔滨飞机工业集团公司参与了部分结构的生产，九十年代末投入市场，无等电位设计和过电压放电论证，不可进行等电位带电作业，主要是欧洲部分国家使用该机型进行线路巡检。主要性能参数：飞机最大起飞重量：1715公斤 有效载重：755公斤 最大巡航速度：226公里/小时 最大航程：731公里 续航时间：4小时10分钟 最高飞行高度：5189米机长 11.52米 旋翼直径 10.00米 可载乘客：5人,6.4Z-11由中国江西昌河飞机工业（集团）有限责任公司生产，2000年底投入市场目前还没有专门用于电力作业市场无等电
11、位设计但可用于巡线。主要性能参数：飞机最大起飞重量：2200公斤 有效载重：1080公斤 最大巡航速度：240公里/小时 最大航程：598公里 续航时间：3小时54分钟 最高飞行高度：5240米 机长：13.01米 旋翼直径 10.69米 可载乘客：5人,带电进行导线接续,带电作业检修平台,二、内蒙古电网输电线路直升机 巡检作业技术研究与应用,摘要：根据内蒙古电网输电线路的结构特点，从专业技术和作业效绩出发，探讨输电线路直升机巡检作业路径的优化、气候等自然条件的影响、直升机飞行速度及其巡检作业的时间（周期）等问题，确定巡检作业与设备春（秋）查工作之间的配合关系，以及直升机巡检作业项目与地面巡视
12、的结合点，研究了直升机巡检作业的应用性，建立了直升机巡检作业管理体系，指导直升机巡查设备作业。,1、概述,输电线路直升机巡检作业是指采用直升机对220kV及以上电压等级的输电线路进行巡视检查，通过机载可见光摄像仪及红外热成像仪对铁塔、绝缘子以及金具缺陷等进行记录。其作业内容除研究包括安全距离等在内的安全问题外；还必须根据内蒙古电网输电线路的特点，从专业技术和作业效绩出发，探讨输电线路路径的优化、气候等自然条件的影响、直升机飞行速度及其巡检作业的时间（周期）等问题，确定巡检作业与设备春（秋）查工作之间的配合关系，直升机巡检作业项目与地面巡视的结合点，研究了直升机巡检作业的应用性，建立巡检作业管理
13、体系，在生产时间工作中具有主要指导意义。,2、应用领域,2.1电力设施直升机巡检（包括检修）作业及其技术应用研究（包括建立建设管理体系在内），属现代应用科学领域中的新课题。就电力工业中关于直升机技术的应用，国外开始于上世纪50年代，国内原电力部组织有关单位于80年代曾尝试引进，但都应用于电力工程建设的施工作业。2002年，华北电网公司开展了相关技术研究并开始应用于输电线路巡检作业。但，均未形成较为系统的管理体系。,2.2我局通过4年的生产实践，在国内首次应用BEII-206型直升机，并制订了适用于内蒙古500kV电网的“采用BEII-206型直升机巡检作业”的管理制度，建立了巡检作业管理体系，
14、并在生产工作中进行指导作业。,3、直升机巡检作业管理体系应用原则,3.1根据内蒙古500kV电网“东西狭长”结构分布的特点，优化直升机巡检作业（下简称“巡检作业”）路线与输电线路路径，合理直升机飞行速度与巡检效率，提出并制订“内蒙古500kV电网输电线路直升机巡检作业工作日程”。,3.2针对内蒙古的气候等自然地理特征，研究了风沙气候对作业的影响，确定了年度作业周期、巡检作业的时间及其与设备春（秋）查工作之间的配合关系。,3.3首次系统地分析了直升机与地面巡视的作业内容，并根据其结论制定了直升机“巡检作业工作流程”，规定了作业工序。,航巡设备安装,3.4首次在国内应用BEII-206型直升机并制
15、订了内蒙古500kV电网关于“采用BEII-206型直升机巡检作业”的管理制度，并建立了巡检作业管理体系。3.5首次在国内对220kV输电线路进行了巡检并对其技术可行性进行了研究。,4、技术原则,4.1内蒙古电网500kV输电线路现有30条、2624.5km，按内蒙古自治区自然地理呈东西狭长单一结构分布，东西直线跨度940km。输电线路所经过的自然地理大部分是黄灌区、沙漠区、丘陵地段、大面积的水库、河网沼泽，黄土高原沟壑纵横，应合理规划优化直升机巡检作业路线与输电线路路径，合理直升机飞行速度与巡检效率，制订“内蒙古500kV电网直升机巡检作业日程”。,优化巡检路径主要是依据输电线路曲折系数科学
16、地选择直升机起降场，合理规划航巡路线，精心选择调整了起降场17处，减少了直升机上线飞行往返距离，并保证直升机安全作业。通过合理优化直升机巡检作业路线与输电线路路径关系，确定上线往返飞行距离不超过5km,相邻起降场距离不超过100km。,根据巡检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，悬停时间长则势必增加飞行架次，而时间短则影响巡检质量。控制上线飞行角度，合理巡检员视角和检查顺序，可以保证巡检作业质量和提高巡检作业效率。通过摸索和总结认为：直升机飞行速度通常应在9.8-10km/h，以保证500kV输电线路巡检效率和作业质量；悬停检查时，直线塔悬停宜为3min、耐张塔宜为5
17、min，检查应按项目顺序作业要求进行；导线接续管红外检测响应时间和检测飞行方向、飞行速度之间的配合仍需进一步研究和摸索。,为避免摔机事故发生，直升机必须逆风飞行。通过与气象部门签定气象服务协议，了解掌握中短期气象情况，合理选择每日巡检塔段，及时调整已制订的巡检作业日程安排。掌握了巡检作业与气象变化的配合规律，到目前共巡检作业1200小时，未发生小气流抖晃、急速靠线等飞行异常情况以及其他飞行事故。,4.2内蒙古地域在春冬季风沙较大，摸索风沙气候对巡检作业的影响，确定年度作业周期、巡检作业时间及其与输电设备春（秋）查工作之间的配合关系。,内蒙古地区输电线路山区段海拔高（1800-2300m），平原
18、段气流大（季节性风力5-8级），普通直升机升限不足；而且，输电线路路径复杂，跨度大等问题。根据内蒙古地区气候情况，研究了巡检作业与气候的关系，科学确定巡检作业周期和作业时间是关键，本着尽最大效能发挥巡检作业功能，根据实际情况，确定巡检作业周期每年度为两次，节约了巡检成本。其中，提出基建新投产线路应在投产运行3个月至6个月内开展巡检作业，便于查找设备隐患和缺陷。,巡检作业所查找的隐患和缺陷，为了在春（秋）查期间安排消缺，按照每年2次巡检作业周期，提出一般应安排在春查之前15天，春季宜在3月上旬前，以避开风沙影响，秋季宜在9月上旬前。确保飞行的安全性。同时，巡检作业与设备春、秋查时段紧密配合，能普
19、查线路的隐性缺陷和热缺陷，及时安排消缺。,4.3针对BEII-206型直升机在国内首次应用，制订了500kV电网关于“采用BEII-206型直升机巡检作业”的管理制度，并建立了巡检作业管理体系。,针对国内已应用的EC120型直升机存在的问题，如不能满足高海拔要求、载重负荷小、单程飞行距离较短等。通过经济技术比较，最终选用了美国贝尔公司生产的BELL-206、2.6T、L4型直升机，以适应内蒙古地区的高海拔、长距离特点和1013km/h巡检速度的要求，并为今后改装紫外电晕检测仪和开展带电作业项目留有余地。但是，利用BELL-206型直升机巡检作业在国内尚属首例。根据该机型的飞行特性和沿线路径海拔
20、变化情况，研究了沿线爬坡，下坡的飞行要点。爬坡：在飞机准备爬坡之前，应重点检查发动机工作情况，T4温度，所剩余功率和飞机重量（可参考油量消耗情况），在爬坡的过程中，要严格控制好飞机离电线的距离，保持好飞机状态，控制好上升速度，后半段应根据剩余功率和所爬坡度的大小决定能否爬上山坡，如没有把握，应立即向左压杆脱离，并告知巡线员记录位置及塔号，以便下次条件允许时再做。下坡：如坡度不大，应沿线下滑，注意下降率和速度不要大，如果坡度较大，山坡很陡，应果断退出，避免盲目跟线造成速度小垂直下降率大，飞机进入涡环。通过研究和实践，全面掌握了BELL-206型直升机巡检作业的要点和安全注意事项。按照架空送电线路
21、运行规程标准，制订了500kV输电线路直升机巡检作业管理制度等7类巡检作业管理规章制度，为有效地开展直升机巡检作业和建立科学的完善巡检作业管理体系奠定了基础。巡检作业管理制度重要有：,通过理顺直升机巡检作业与设备缺陷处理的流程，建立了有效的巡检作业管理体系。完善500kV输电线路缺陷管理制度，加强缺陷分类统计管理工作，巡检后进行技术对比分析工作，完善直升机巡检作业设备缺陷台帐，按照缺陷处理程序制定详细的消缺计划，迎峰度夏前重点缺陷消除情况将纳入工作考核之中。细致严密，内容严谨、分类详细、定性准确、流程明确、汇报有时限，能按规定及时消除设备隐患。巡检作业按照作业计划科学合理规划巡检路径，经过大量
22、的技术分析和大量的现场技术工作，建立输电线路地理位置GPS数据库，按照线路实际运行工况划分重点区段和重点部位，选择调整直升飞机起降场，悬挂巡检作业航空标志牌，制定杆塔巡检作业现场指导书，执行输电线路直升飞机巡检作业管理制度、工作标准和巡检作业导则，并在现场完善各项环节体系，现场作业采用“整体统筹，规划严谨，分割巡检，灵活应变”的工作方法，将N条500kV输电线路整体分割，灵活开展巡检作业，根据当天当地的实际气候（风向），尽最大可能的合理安排当天的巡检线路，并且在保证安全的前提下，尽最大可能的减少工作架次，全力延长有效作业时间，减短直升机上线往返时间，特别是要做到“转场不空飞，转场必巡检”，提高
23、巡检效率，并将设备缺陷及时汇报生技部，及时安排消缺工作，并进行技术总结，归纳规律，完善作业管理体系。,通过对220kV输电线路1287公里巡检作业情况分析认为存在以下3方面问题：超低空飞行障碍多，直升机飞行安全系数低；线路高度不超过20m，地面巡视能够发现大多数设备缺陷；巡检作业地勤补给线过长，巡检成本较高。,在220kV输电线路巡检技术可行性方面，研究分析认为：目前直升机航巡水平对于220kV输电线路不宜大面积开展巡检作业；特殊地区和气候情况，故障巡视和抢修，有条件可以采用直升机，但，成本较高。,5结论,5.1就内蒙古电网长距离、恶劣地形较多的输电线路的结构特性，输电线路开展直升机巡检作业经
24、济，安全，能保障内蒙古电网的安全稳定运行，直升机巡检作业管理体系的建立在内蒙古电网生产实践中具有重要的指导思想。,5.2内蒙古电网输电线路直升机巡检作业工作，于2004年12月首次开展，2005年开始全面应用。4年来共完成99条次（其中500kV线路87条次）、12983km的220kV及以上电压等级输电线路的巡检任务，安全作业1200小时，共发现1309项缺陷（其中危急缺陷32项、严重缺陷150项）。为自治区电网安全运行提供了可靠保障，产生了重大的社会和经济效益。,5.3结合内蒙古电网的网络结构和特高压电网的运行维护，今后输电线路将开展直升机作业检修项目，如：带电修补导线、地线和更换绝缘子等；以及在特殊气候下的的设备巡视，完善电网快速反应处理设备隐患和缺陷的应急机制，对保障电网安全稳定运行具有主要作用。,丰汗I线261#塔右地线上挂点处缺销子,汗旗线414#塔中相大号侧导线侧一字间隔棒断开,红外测温,220kV汗前线52#塔中导线小号侧2#线引流板缺少1颗螺栓,220kV集前线77#塔右导线大号侧1#线引流板发热,谢谢，再见！,
