淺析無人直升機在特高壓輸電線路應用中的安全風險

摘要：無人直升機在輸電線路運行維護的應用方面已嶄露頭角，正逐漸成為輸電線路巡視、檢查、維護的重要手段之一。由于無人機在輸電線路上的應用優點頗多，國內許多電力企業都相繼投入資金發展此類業務。但國內小型無人直升機發展起步較晚，在日常應用中會給輸電線路帶來一定的安全風險，因此需對其安全風險加以分析并進行防范。

關鍵詞：無人直升機；特高壓輸電線路；安全風險；電力能源；電力系統 文獻標識碼：A

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

我國幅員遼闊，隨著西部經濟的迅速發展及沿海發達城市的結構優化，電力的使用量與日俱增，隨之建設的大大小小的跨地區的輸電線路，很好地解決了電力能源的分配問題，但隨之而來的是越來越繁重的輸電線路的運行維護工作。目前在輸電線路運行維護中，無人直升機憑著能解決輸電線路維護中持續周期長、成本高、對于高山大嶺環境惡劣的地區巡視難度大等諸多缺點的優勢，很快成為國內各電力企業在輸電線路管理中的重點發展項目，但面對我國民用無人直升機的發展境況，再加上作業環境惡劣，各企業在此項目的訓練及作業過程中，無不涉及無人直升機失控、墜落等情況，在輸電線路特別是在跨地區特高壓輸電線路上的應用中是有諸多安全風險的。

1 輸電線路影響無人直升機運行的因素

目前，無人直升機在輸電線路上的應用主要有線路桿塔常規巡視，搭載紅外、紫外及可見光成像設備對輸電線路桿塔開展預試定檢工作，輸電線路故障查找，精確定位線路桿塔GPS坐標等地理信息，對輸電線路進行航拍取照（多為固定翼無人機）等工作。無人直升機在進行上述工作時，其工作環境有兩大特點：

1.1 貼近輸電線路工作

無人直升機在大部分作業中都要貼近輸電設備飛行或懸停，在其間帶電的輸電設備產生的空間密度不一的電場、磁場由于電磁感應原理，會使無人直升機設備中金屬部分如導線、信號線等部分電信號電路產生污染，導致無人直升機工作異常，其作為定位及輔助增穩的GPS模塊、電子指南針、電子陀螺儀也會因為磁場的影響不能正常工作。按無人直升機的工作原理（圖1），在實踐中的表現就是在無人直升機在接近輸電線路到一定距離時會突然不受控制或控制困難，地面站各項數據波動較大、GPS連接的衛星數量突然減少的情況，特別是對于用增穩模式加GPS坐標點自動巡航的無人直升機還會出現墜機導致輸電線路跳閘及設備損壞的后果。

圖1 無人直升機的工作原理

1.2 不可預知的微氣象環境

跨區域的輸電線路走廊距離長，一般都在人煙稀少的山區或廣袤的平原丘陵地區，地形環境復雜，隨之產生的是一個個不可預知區域的微氣象環境。目前輸電線路所使用的無人直升機為小型油動或電動直升機，重量輕，飛行中對復雜的氣象環境的抵抗力較弱，在微地形及大氣候的作用下，微氣象區域會無規律性地產生橫風、渦流、小型龍卷風及亂流等氣象條件，無人直升機會在飛經此區域時突然遭受這些氣象，導致無人機失控或控制困難。

除上述兩方面外，無人直升機在實際應用中，由于機體元件布置不合理，在飛行中，高頻震動或高溫（主要針對油動機）對傳感器或飛行控制器產生影響，致使PWM信號的輸入輸出異常，也會導致飛行器短時或長時間失控。另外，由于操作人員誤操作或誤撥操作鈕導致無人直升機失控的情況也時有發生。

2 安全風險分析

相對于低壓輸電線路，特高壓輸電線路有電壓等級高、輸送容量大、電流密度大、安全半徑大等特點，在無人直升機作業過程中，對于接近帶電體的飛行，對跨區域特高壓電力設備存在著很大的威脅。目前相關電力規程規范尚無關于無人直升機與帶電體之間安全距離的規定，但理論上可參照《電力安全工作規程》（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”一欄對安全距離的規定（見表1）。

從表1可以看出，電壓等級越高，其禁止進入半徑就越大，特別是在±800kV直流輸電線路中，其禁止進入半徑達到10.1m，即截面積為320.3m?的環形區域，在無人機的操作中，由于視覺誤差及人員對空間距離判斷的誤差，操作者很容易把無人機操作至危險半徑以內，除此之外，無人直升機在高電壓、高密度與高強度的電磁場環境中作業，很大程度上會導致失控墜機事故，造成輸電線路事故及對周邊環境產生影響。

2.1 無物理傷害導致的線路跳閘事故

在無人直升機作業過程中，由于外部因素干擾，或操作不當造成無人機與帶電體之間的安全距離或組合間隙不夠，導致線路跳閘。此種跳閘一般為暫時性故障，交流可通過自動重合閘裝置，直流可通過直流再啟動裝置重新使線路復電。但因為是跨地區輸電線路，其電壓等級高、輸送容量大，所以在一定程度上會對變電站或換流站設備造成沖擊，導致網絡產生諧波震蕩，影響主網的穩定運行，如系統頻率變化等，造成嚴重的電力事故事件。

2.2 由物理傷害導致的線路跳閘

在使用油動無人直升機或較大體型的電動旋翼機（如AF25B油動無人直升機，其機體長1.78m、寬0.5m、高0.7m，凈重16.12kg，滿載27.6kg，翼展達2.15m）進行作業時，由于內、外部環境等復雜因素，導致失控墜機，其高速旋轉的螺旋槳會打擊導桿塔塔材導致變形，如果擊中導線致導線斷線，則會造成線路永久性故障。以中國南方電網公司±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脈。如果造成線路永久性故障導致雙極閉鎖，系統將切除兩座大型發電站將近4000MW的機組，廣東和云南的500kV交流斷面有越限的風險，在直接造成巨額的經濟損失的同時，主通道電壓大幅度下降，系統頻率可下降0.2～0.4Hz，將構成特重大電力安全事故。

2.3 對周邊人員傷害及財產損失

以AF25B油動直升機為例，因為其翼展達2.15m，即直接傷害半徑為2.15m，如果在人群密集區域墜機可導致重大的傷亡事故，在山區其所產生的直接傷害及次聲傷害的概率較小，但亦可對個人或社會財產損失產生一定的風險。

3 結語

無人直升機在跨區域特高壓輸電系統的應用解決了跨區域高壓輸電線路運行維護中的諸多問題，但其風險也是與其電壓等級成正比的。在帶來利益及便捷的同時也存在較高的安全風險，本文所闡述的安全風險可為開展輸電線路無人機工作風險辨識與評估提供一定依據。此項作業現在電力行業無人機應用正值初級階段，在不久的將來，經過不懈的探索，無人直升機在特高壓輸電線路中將發展為集成作業審批、風險辨識、風險分析、完備安全措施的完整的一套流程。

參考文獻

[1] 楊敏祥，李衛國，石海鵬.無人直升機在輸電線路巡檢中的應用及關鍵技術問題探討[J].智能電網，2011，（10）.

作者簡介：夏誠（1988-），男，貴州貴陽人，中國南方電網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。

（責任編輯：陳 潔）