淺析無(wú)人直升機(jī)在特高壓輸電線路應(yīng)用中的安全風(fēng)險(xiǎn)

摘要：無(wú)人直升機(jī)在輸電線路運(yùn)行維護(hù)的應(yīng)用方面已嶄露頭角，正逐漸成為輸電線路巡視、檢查、維護(hù)的重要手段之一。由于無(wú)人機(jī)在輸電線路上的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)頗多，國(guó)內(nèi)許多電力企業(yè)都相繼投入資金發(fā)展此類業(yè)務(wù)。但國(guó)內(nèi)小型無(wú)人直升機(jī)發(fā)展起步較晚，在日常應(yīng)用中會(huì)給輸電線路帶來(lái)一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此需對(duì)其安全風(fēng)險(xiǎn)加以分析并進(jìn)行防范。

關(guān)鍵詞：無(wú)人直升機(jī)；特高壓輸電線路；安全風(fēng)險(xiǎn)；電力能源；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM73 文章編號(hào)：1009-2374（2015）34-0044-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.023

我國(guó)幅員遼闊，隨著西部經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展及沿海發(fā)達(dá)城市的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，電力的使用量與日俱增，隨之建設(shè)的大大小小的跨地區(qū)的輸電線路，很好地解決了電力能源的分配問(wèn)題，但隨之而來(lái)的是越來(lái)越繁重的輸電線路的運(yùn)行維護(hù)工作。目前在輸電線路運(yùn)行維護(hù)中，無(wú)人直升機(jī)憑著能解決輸電線路維護(hù)中持續(xù)周期長(zhǎng)、成本高、對(duì)于高山大嶺環(huán)境惡劣的地區(qū)巡視難度大等諸多缺點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，很快成為國(guó)內(nèi)各電力企業(yè)在輸電線路管理中的重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，但面對(duì)我國(guó)民用無(wú)人直升機(jī)的發(fā)展境況，再加上作業(yè)環(huán)境惡劣，各企業(yè)在此項(xiàng)目的訓(xùn)練及作業(yè)過(guò)程中，無(wú)不涉及無(wú)人直升機(jī)失控、墜落等情況，在輸電線路特別是在跨地區(qū)特高壓輸電線路上的應(yīng)用中是有諸多安全風(fēng)險(xiǎn)的。

1 輸電線路影響無(wú)人直升機(jī)運(yùn)行的因素

目前，無(wú)人直升機(jī)在輸電線路上的應(yīng)用主要有線路桿塔常規(guī)巡視，搭載紅外、紫外及可見(jiàn)光成像設(shè)備對(duì)輸電線路桿塔開(kāi)展預(yù)試定檢工作，輸電線路故障查找，精確定位線路桿塔GPS坐標(biāo)等地理信息，對(duì)輸電線路進(jìn)行航拍取照（多為固定翼無(wú)人機(jī)）等工作。無(wú)人直升機(jī)在進(jìn)行上述工作時(shí)，其工作環(huán)境有兩大特點(diǎn)：

1.1 貼近輸電線路工作

無(wú)人直升機(jī)在大部分作業(yè)中都要貼近輸電設(shè)備飛行或懸停，在其間帶電的輸電設(shè)備產(chǎn)生的空間密度不一的電場(chǎng)、磁場(chǎng)由于電磁感應(yīng)原理，會(huì)使無(wú)人直升機(jī)設(shè)備中金屬部分如導(dǎo)線、信號(hào)線等部分電信號(hào)電路產(chǎn)生污染，導(dǎo)致無(wú)人直升機(jī)工作異常，其作為定位及輔助增穩(wěn)的GPS模塊、電子指南針、電子陀螺儀也會(huì)因?yàn)榇艌?chǎng)的影響不能正常工作。按無(wú)人直升機(jī)的工作原理（圖1），在實(shí)踐中的表現(xiàn)就是在無(wú)人直升機(jī)在接近輸電線路到一定距離時(shí)會(huì)突然不受控制或控制困難，地面站各項(xiàng)數(shù)據(jù)波動(dòng)較大、GPS連接的衛(wèi)星數(shù)量突然減少的情況，特別是對(duì)于用增穩(wěn)模式加GPS坐標(biāo)點(diǎn)自動(dòng)巡航的無(wú)人直升機(jī)還會(huì)出現(xiàn)墜機(jī)導(dǎo)致輸電線路跳閘及設(shè)備損壞的后果。

圖1 無(wú)人直升機(jī)的工作原理

1.2 不可預(yù)知的微氣象環(huán)境

跨區(qū)域的輸電線路走廊距離長(zhǎng)，一般都在人煙稀少的山區(qū)或廣袤的平原丘陵地區(qū)，地形環(huán)境復(fù)雜，隨之產(chǎn)生的是一個(gè)個(gè)不可預(yù)知區(qū)域的微氣象環(huán)境。目前輸電線路所使用的無(wú)人直升機(jī)為小型油動(dòng)或電動(dòng)直升機(jī)，重量輕，飛行中對(duì)復(fù)雜的氣象環(huán)境的抵抗力較弱，在微地形及大氣候的作用下，微氣象區(qū)域會(huì)無(wú)規(guī)律性地產(chǎn)生橫風(fēng)、渦流、小型龍卷風(fēng)及亂流等氣象條件，無(wú)人直升機(jī)會(huì)在飛經(jīng)此區(qū)域時(shí)突然遭受這些氣象，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)失控或控制困難。

除上述兩方面外，無(wú)人直升機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中，由于機(jī)體元件布置不合理，在飛行中，高頻震動(dòng)或高溫（主要針對(duì)油動(dòng)機(jī)）對(duì)傳感器或飛行控制器產(chǎn)生影響，致使PWM信號(hào)的輸入輸出異常，也會(huì)導(dǎo)致飛行器短時(shí)或長(zhǎng)時(shí)間失控。另外，由于操作人員誤操作或誤撥操作鈕導(dǎo)致無(wú)人直升機(jī)失控的情況也時(shí)有發(fā)生。

2 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

相對(duì)于低壓輸電線路，特高壓輸電線路有電壓等級(jí)高、輸送容量大、電流密度大、安全半徑大等特點(diǎn)，在無(wú)人直升機(jī)作業(yè)過(guò)程中，對(duì)于接近帶電體的飛行，對(duì)跨區(qū)域特高壓電力設(shè)備存在著很大的威脅。目前相關(guān)電力規(guī)程規(guī)范尚無(wú)關(guān)于無(wú)人直升機(jī)與帶電體之間安全距離的規(guī)定，但理論上可參照《電力安全工作規(guī)程》（GB 2685-2011）電力線路部分中“在電力桿塔上工作與帶電體的安全距離”一欄對(duì)安全距離的規(guī)定（見(jiàn)表1）。

從表1可以看出，電壓等級(jí)越高，其禁止進(jìn)入半徑就越大，特別是在±800kV直流輸電線路中，其禁止進(jìn)入半徑達(dá)到10.1m，即截面積為320.3m?的環(huán)形區(qū)域，在無(wú)人機(jī)的操作中，由于視覺(jué)誤差及人員對(duì)空間距離判斷的誤差，操作者很容易把無(wú)人機(jī)操作至危險(xiǎn)半徑以內(nèi)，除此之外，無(wú)人直升機(jī)在高電壓、高密度與高強(qiáng)度的電磁場(chǎng)環(huán)境中作業(yè)，很大程度上會(huì)導(dǎo)致失控墜機(jī)事故，造成輸電線路事故及對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。

2.1 無(wú)物理傷害導(dǎo)致的線路跳閘事故

在無(wú)人直升機(jī)作業(yè)過(guò)程中，由于外部因素干擾，或操作不當(dāng)造成無(wú)人機(jī)與帶電體之間的安全距離或組合間隙不夠，導(dǎo)致線路跳閘。此種跳閘一般為暫時(shí)性故障，交流可通過(guò)自動(dòng)重合閘裝置，直流可通過(guò)直流再啟動(dòng)裝置重新使線路復(fù)電。但因?yàn)槭强绲貐^(qū)輸電線路，其電壓等級(jí)高、輸送容量大，所以在一定程度上會(huì)對(duì)變電站或換流站設(shè)備造成沖擊，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生諧波震蕩，影響主網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，如系統(tǒng)頻率變化等，造成嚴(yán)重的電力事故事件。

2.2 由物理傷害導(dǎo)致的線路跳閘

在使用油動(dòng)無(wú)人直升機(jī)或較大體型的電動(dòng)旋翼機(jī)（如AF25B油動(dòng)無(wú)人直升機(jī)，其機(jī)體長(zhǎng)1.78m、寬0.5m、高0.7m，凈重16.12kg，滿載27.6kg，翼展達(dá)2.15m）進(jìn)行作業(yè)時(shí)，由于內(nèi)、外部環(huán)境等復(fù)雜因素，導(dǎo)致失控墜機(jī)，其高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳會(huì)打擊導(dǎo)桿塔塔材導(dǎo)致變形，如果擊中導(dǎo)線致導(dǎo)線斷線，則會(huì)造成線路永久性故障。以中國(guó)南方電網(wǎng)公司±800kV楚穗直流線路為例，其輸送容量為雙極2×2500MW，是連接云南省與廣東省的大動(dòng)脈。如果造成線路永久性故障導(dǎo)致雙極閉鎖，系統(tǒng)將切除兩座大型發(fā)電站將近4000MW的機(jī)組，廣東和云南的500kV交流斷面有越限的風(fēng)險(xiǎn)，在直接造成巨額的經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，主通道電壓大幅度下降，系統(tǒng)頻率可下降0.2～0.4Hz，將構(gòu)成特重大電力安全事故。

2.3 對(duì)周邊人員傷害及財(cái)產(chǎn)損失

以AF25B油動(dòng)直升機(jī)為例，因?yàn)槠湟碚惯_(dá)2.15m，即直接傷害半徑為2.15m，如果在人群密集區(qū)域墜機(jī)可導(dǎo)致重大的傷亡事故，在山區(qū)其所產(chǎn)生的直接傷害及次聲傷害的概率較小，但亦可對(duì)個(gè)人或社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失產(chǎn)生一定的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人直升機(jī)在跨區(qū)域特高壓輸電系統(tǒng)的應(yīng)用解決了跨區(qū)域高壓輸電線路運(yùn)行維護(hù)中的諸多問(wèn)題，但其風(fēng)險(xiǎn)也是與其電壓等級(jí)成正比的。在帶來(lái)利益及便捷的同時(shí)也存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，本文所闡述的安全風(fēng)險(xiǎn)可為開(kāi)展輸電線路無(wú)人機(jī)工作風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與評(píng)估提供一定依據(jù)。此項(xiàng)作業(yè)現(xiàn)在電力行業(yè)無(wú)人機(jī)應(yīng)用正值初級(jí)階段，在不久的將來(lái)，經(jīng)過(guò)不懈的探索，無(wú)人直升機(jī)在特高壓輸電線路中將發(fā)展為集成作業(yè)審批、風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)分析、完備安全措施的完整的一套流程。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊敏祥，李衛(wèi)國(guó)，石海鵬.無(wú)人直升機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題探討[J].智能電網(wǎng)，2011，（10）.

作者簡(jiǎn)介：夏誠(chéng)（1988-），男，貴州貴陽(yáng)人，中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局助理工程師，研究方向：特高壓輸電線路技術(shù)。

（責(zé)任編輯：陳 潔）