吊索法帶電作業(yè)在±1 100 kV特高壓直流輸電線路的應用

楊佳睿，陳煒，李勝花，李波，賀志華，馬玉慧，蘇佳鵬

(國網寧夏電力有限公司檢修公司，寧夏 銀川 750011)

0 引 言

±1 100 kV 昌吉至古泉特高壓直流輸電工程是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠、技術水平最先進的特高壓輸電工程[1-3]，其帶電作業(yè)工作將面臨更大的挑戰(zhàn)。帶電作業(yè)進出強電場等電位是整個帶電作業(yè)工作中的核心環(huán)節(jié)，也是安全隱患聚集點。目前特高壓直流輸電線路帶電作業(yè)主要進出強電場的方式有“吊籃法”，沿耐張絕緣子串“跨二短三法”，地線“軟梯”懸掛法進入耐張塔強電場，“絕緣軟梯法”進入直線塔強電場，電動提升裝置進電場，直升機平臺法或吊索法帶電作業(yè)等[4]。由于特高壓電網一旦投入運行很難申請進行停電檢修消缺，帶電作業(yè)成為特高壓電網檢修的首選技術手段，偏遠、復雜地形下輸電線路帶電作業(yè)，直升機具備有較強適應性且高效的作業(yè)優(yōu)勢。為做好±1 100 kV吉泉線在偏遠、復雜地形下帶電作業(yè)工作，進一步豐富該電壓等級輸電線路運檢技術手段，本文針對直升機吊索法在±1 100 kV特高壓直流輸電線路帶電作業(yè)應用具體情況開展了相關研究工作。

1 設備缺陷基本情況

運維人員在巡視過程中，發(fā)現±1 100 kV吉泉直流3383號塔極Ⅱ線小號側第2間隔棒向大號側3 m處2號子導線斷5股(見圖1)，2號子導線5股導線已完全斷開，并繞導線脫散，如不及時處理，導線將持續(xù)散股，存在相間短路的風險，威脅線路安全運行。

圖1 缺陷圖片

該處缺陷所處塔位小號側跨越清水河(見圖2)、大號側跨越110 kV清海壓氣線及750 kV州盤Ⅰ、Ⅱ線(見圖3)，周圍地形復雜、檢修車輛難以就位。

圖2 3381號—3382號塔跨越清水河

圖3 3383號-3385號塔跨越多條電力線路

消除該處缺陷若采用跨二短三法需從3382號塔瓷瓶串進入等電位，需再在導線上行走至3383號處，耗費體能極大，且由此帶來的安全風險極高。通過“吊籃法”、“絕緣軟梯法”或電動提升裝置進入強電場作業(yè)方法需向現場運輸一定數量的安全工器具和相關輔助工具。通過現場勘查，該現場作業(yè)地形條件不具備車輛運輸通行條件，人力運輸耗時、耗力，難以滿足帶電作業(yè)檢修及時性要求，而直升機帶電作業(yè)具備該缺陷所處地理條件狀況下的優(yōu)勢。

兩種常用的直升機帶電作業(yè)方法為吊索法和平臺法。直升機吊索法是直升機通過絕緣繩(桿)或吊倉，將作業(yè)人員或機械送到線路作業(yè)點進行帶電作業(yè)的方法。平臺法是在直升機機腹設置工作平臺，直升機和作業(yè)人員直接進入等電位進行帶電作業(yè)[5-6]。其中，平臺作業(yè)法需由直升機會同等電位人員直接進入電場，受直升機機體的影響，增加了飛臨作業(yè)面的路徑侵入選擇難度和風險。吊索作業(yè)法進入電場的方式由人力攀爬改為直升機運送，其原理基于傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式。其主要優(yōu)點一是多航發(fā)直升機即可，不必經放電試驗驗證，對直升機機型的選擇余地大；二是由于直升機不需要進入電場，飛機遭受電擊和造成相間短路的風險相對較小；三是對飛行員的操作技術相對平臺作業(yè)法要求不高[7]。綜合考慮，為規(guī)避直升機飛臨作業(yè)面的路徑選擇難度和風險，本次帶電作業(yè)選用直升機吊索法展開應用研究。

2 直升機吊索法安全風險評估

2.1 吊索法進入等電位路徑

對于該處缺陷所處位置，作業(yè)人員利用直升機吊索法進入導線等電位路徑有兩種，一種是沿線路導線外側進入，一種是從地線內側豎直進入?，F場地線保護角為負角度，由于地線在導線豎直方向的外側，直升機通過吊索載人后難以將作業(yè)人員從導線外側送入進行等電位。侵入路徑只能從地線內側豎直方向進入，進入過程中同時沿水平方向進行位置調整，最終將等電位人員侵入適當的作業(yè)位置。直升機吊索法等電位侵入路徑如圖4所示。

圖4 吊索法等電位侵入路徑

2.2 直升機安全距離確認

本次吊索法帶電作業(yè)使用Bell429直升機，整體機長約為10 m、機體高度約為3 m。為配合帶電作業(yè)人員進入等電位，直升機通常以機頭對準作業(yè)點，從導線上方逐漸進入作業(yè)區(qū)域。直升機接近帶電導線時，其螺旋槳、機橇等曲率半徑較小地方的空間電場將產生嚴重畸變，會造成直升機與帶電導線之間的間隙放電或影響直升機儀器設備的正常工作?，F有研究表明直升機儀器設備可承受的最大電場強度為500 kV/m，棒-板間隙的平均擊穿場強一般為300～400 kV/m[8]，因此，帶電作業(yè)時必須保證直升機與帶電設備之間的安全距離?！? 100 kV線路懸垂串塔身外上側橫擔以外部分整體場強小于156 kV/m[9]，本次作業(yè)選擇使用40 m長度的絕緣繩索，直升機完全處在地線及相對整個塔身橫擔外側，機腹至下方地線凈空大于11.8 m，至帶點極導線凈空距離大于38 m，安全距離滿足直升機帶電作業(yè)對電場強度要求。

2.3 等電位人員組合間隙校核

等電位人員沿地線內側進入導線過程中，出現的最小組合間隙情況為地線-人體-極導線(圖5)，此時人體與帶電體和地線的組合間隙計算方法為S2+S’1-h；考慮人身占位及電位轉移桿下垂長度，總體占位按h=1.8 m計算，激光點云測距地線與導線上層子導線凈空距離為27.60 m，因此最小組合間隙為25.80 m。該值大于規(guī)程規(guī)定10.9 m(1.58倍過電壓，海拔高度1 500

圖5 組合間隙

2.4 等電位人員作業(yè)時與接地體的距離

激光點云測距得出作業(yè)位置導線與地線的距離為27.60 m(見圖6)，作業(yè)時人體活動范圍按照0.5 m考慮，人員站于下層子導線上，人體超出上層子導線約1.8-1.4=0.4(m)，因此等電位人員與接地體的距離為27.60-0.5-0.4=26.7(m)，大于10.4 m(1.58倍過電壓，海拔高度1 500

圖6 導線與地線空間距離

2.5 塔上安全監(jiān)護人員與帶電體的距離

為保障直升機吊索法載人更加安全、高效的進出強電場等電位，需在塔上設置一名安全監(jiān)護人員。激光點云測距得出導線掛點與橫擔的垂直距離為13.85 m，塔上安全監(jiān)護人員位于橫擔上(見圖7)，與帶電體的距離大于10.1 m(1.58倍過電壓，海拔高度1 500

圖7 導線與橫擔空間距離

2.6 絕緣工具最小有效絕緣長度

由點云數據量測可得3383塔右導線大號側第2個間隔棒處的地線與導線的垂直距離為26.85 m，本次作業(yè)選擇使用40 m長度的絕緣繩索，把地線視為帶電體，絕緣繩有效絕緣長度為13.15 m,大于9.3 m(1.58倍過電壓，海拔高度1 500

2.7 各項安全距離綜合對比

根據上述計算結果，與文獻[10]的相關要求值對比，如表1所示。

表1 作業(yè)點安全距離控制值

各項作業(yè)距離驗算如圖8所示。

圖8 作業(yè)距離驗算

綜合所述計算值比較，該處缺陷可采用從地線內側侵入開展直升機吊索法等電位方式作業(yè)。作業(yè)人員在進出電場各作業(yè)位置中各項控制性安全距離滿足規(guī)程規(guī)范要求。

3 其他關鍵技術措施

3.1 吊索法連接方式

本次作業(yè)直升機選擇Bell429型直升機，該機型為雙發(fā)輕型直升機，滿足民航管理單位對直升機平臺掛載人員作業(yè)機型要求；配備載人雙鉤，雙鉤已取得中國民航局頒發(fā)的適航許可證。Bell429直升機配置雙鉤設備，為外載荷吊掛人員專用設備，雙鉤通過預裝架構與直升機機腹相連，設置有吊鉤及相關釋放開關。在外載荷吊掛人員作業(yè)時，機腹雙鉤通過2個封閉環(huán)與D型鎖、絕緣繩索等連接。

吊索法連接方式(見圖9)：機腹雙鉤(主鉤和副鉤)-封閉環(huán)-D型鎖-40 m絕緣繩索(配重距繩索底端約10 m)-D型鎖-作業(yè)人員，其中，副鉤通過吊索與主鉤封閉環(huán)相連。

圖9 吊索法連接

3.2 作業(yè)氣象條件

根據文獻[11-12]中的要求：能見度不低于3 km，垂直能見度不低于500 m，云底高度不低于吊掛作業(yè)點以及往返航線最高點300 m，風速依據各機型飛行手冊的風速限制，但最大不得大于5 m/s(不大于3級風)，相對濕度不大于80%。

4 結 論

2021年5月18日，通過直升機吊索法首次在±1 100 kV吉泉線現場作業(yè)的成功開展，確認了該進出方案整體的可行性，完全適用于該等級輸電線路的帶電檢修作業(yè),現場作業(yè)效率高，等電位進出強電場速度快。其進出電場方案為從地線內側豎直空間進入，并同時沿水平方向進行位置調整，最終將等電位作業(yè)人員送入等電位位置；出電場的方案依次相反。使用直升機吊索法針對山區(qū)、車輛不易到達的線路帶電作業(yè)消缺，可節(jié)省大量的時間和人力，為保障±1 100 kV輸電線路平穩(wěn)安全運行提供了可靠的帶電作業(yè)技術手段。