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高海拔、无人区架空输电线路运维与管控技术

编辑:   发布时间:2018-10-18

一、前言

    近年来,青藏、川藏、青新联网工程相继建成投运,为青海、四川、西藏、甘肃等地区223余万平方公里的800余万群众提供了坚强的电力保障,在优化能源配置、维护少数民族地方稳定等方面发挥着重要的作用。但是,这些工程90%以上的输电线路穿越高海拔、无人区,复杂多变的气候条件和极端恶劣的自然环境对线路设备及运维人员的安全构成严重威胁,现有线路本质安全水平、运维管控模式、及后勤保障已不能满足线路安全稳定运行的需求。为此,国网运检部组织国网青海、四川、西藏电力对海拔2500米以上的220千伏及以上交直流输电线路的运维管控技术进行专项研究,通过总结提炼运行经验、健全技术标准规范、优化运维管理策略、完善后勤保障措施,提高了高海拔、无人区架空输电线路的运维管理水平,填补了行业管理的空白。

二、成果实施背景

(一)解决高海拔、无人区输电线路规模日益扩大,面临运维标准缺失、运行经验不足的问题。

    2015年国家电网企业所辖高海拔、无人区输电线路达1.3万余公里,“十三五”末将增至1.8万余公里,迅猛增长的高海拔、无人区输电线路涉及的技术标准、管理规范将会千差万别,而现行的大部分输电专业技术标准仅适用于海拔2500米以下地区,涉及高海拔地区尤其是海拔4000米及以上地区的技术标准缺失,导致线路个别技术指标不能满足特殊环境下的运行要求。此外,高海拔、无人区输电线路投运时间短,运行经验不足,缺乏有针对性的运维检修管理规范和标准,给线路运维管控工作带来一定困难。

(二)高海拔、无人区输电线路外部环境复杂多样,运维工作面临特殊的困难。

    高海拔、无人区输电线路穿越沙漠、戈壁、盐湖、沼泽、多年冻土层、无人区,千变万化的地质条件和恶劣的运维环境使得其运维工作面临与平原地区截然不同的困难。一是高海拔地区高寒缺氧,运维人员工作效率较平原地区降低约40%,而现行的输电专业人员定员标准未考虑高海拔、无人区的特殊情况,导致人员严重超负荷工作,现有人员流失严重,缺员问题日益突出,严重影响线路运维工作的正常开展。二是高海拔地区机械的输出功率约为平原地区的60%,目前配置的线路运维装备技术指标不能完全满足现场作业需求,运维工作劳动强度高而工作效率低。三是直升机(无人机)巡检、在线监测等新技术应用不足,运维手段单一,工作效率难以提升。

(三)高海拔、无人区的自然环境恶劣,运维人员劳动健康面临严重威胁

    高海拔地区自然环境恶劣,空气含氧量仅为平原地区的60%,昼夜温差大,紫外线辐射强,尤其是海拔4000米及以上地区“一年无四季,一日有四季”的气候特点,对运维人员身体健康和劳动能力造成较大影响,极易引发脑水肿、肺水肿等急性高原病,若救治不及时,容易造成人员伤亡。而线路所经过地区人烟稀少,社会公共资源稀缺,医疗卫生机构匮乏,救助设施不完善,对人员的生理、心理影响巨大,若仅仅依靠当地的社会资源,运维人员的后勤无法得到有效保障,严重威胁运维人员的身体健康甚至人身安全。

三、内涵和做法

(一)工作内涵

    以维护少数民族地区稳定、优化资源配置为目标,以保障输电线路安全稳定运行为落脚点,首次形成一系列适用于高海拔、无人区输电线路运维的标准和规范,探索出高海拔、无人区输电线路运维管控新模式,实现技术和管理方面的重大突破。

(二)主要做法

1. 建立、健全运维标准、规范

(1)开展高海拔外绝缘放电特性研究,编制《高海拔架空输电线路外绝缘配置引导意见》

    现行的《高压输变电设备绝缘配合》规范(GB311.1-2012)仅适用于海拔4000米以下地区。为此,组织开展外绝缘放电特性试验研究,并分别在海拔4200米和5200米地区运行线路上开展了典型间隙操作波和雷电波间隙放电特性试验,经过理论计算、实验室模拟试验和现场验证试验,发现试验结果与依据GB311.1-2012 计算所得结果存在较大偏差。依据试验结果并结合运行经验编制了《高海拔架空输电线路外绝缘配置引导意见》,重新确定输电线路海拔修正系数了,提出高海拔输电线路外绝缘配置原则。

(2)开展冻土特性研究,编制了《冻土基础运维工作手册》

    一是针对高海拔地区特有的多年冻土地质,开展冻土特性研究,建立了冻土区空间数据库,并系统化应用塔基热棒技术,降低了冻土冻胀、融沉和差异性变形对基础稳定性造成的危害。二是建立常态化运维工作机制,编制了《冻土基础运维手册》,引导开展冻土基础稳定性监(检)测和专项运维,除在日常巡视中增加观察冻土基础外在变化的工作内容外,还综合考虑不同塔基基础型式、冻土环境、冻土类型等条件因素,选择一定数量的塔位进行实时、动态监(检)测。每月开展一次冻土基础沉降变形观测及冻土基础地温监测,并对观测数据进行统计分析,形成分析评估报告;每年4月和9月分别开展一次基础回冻监测,每三个月开展一次冻土基础监(检)测工作专项评审和总结分析,形成监测报告;每年底根据监(检)测结果,形成冻土基础监测年度分析报告。通过日常运维和专项监(检)测及时发现潜在的病害并采取必要的养护维修措施,防患于未然。

(3)开展高海拔线路鸟害机理及整治措施研究,编制下发了《高压架空线路防鸟害设施技术导则》。

    一是通过对高海拔地区线路历年鸟害故障的统计分析,明确故障原因均为鹰、隼等大型食肉型猛禽在导线上方活动时,排泄的粪便短接空气间隙,导致线路空气间隙击穿。二是通过日常巡视和在杆塔上安装高清视频监控装置,观测高海拔地区鸟类种群、数量、生活习性和活动规律,分析鸟类对线路的影响和危害,绘制《涉鸟故障风险分布图》,使得输电线路鸟害风险更加清晰直观。三是在高海拔地区线路上开展鸟粪滴落放电特性试验,并在线路上试装防鸟刺、防鸟针板、防鸟挡板、防鸟网、电子驱鸟器等多种防鸟设施,观察和验证其防鸟功效。四是编制下发了《高压架空线路防鸟害设施技术导则》,首次提出不同海拔高度下各电压等级输电线路的鸟害防护半径,明确适用于高海拔地区的各类防鸟设施的关键技术参数及选用原则,提出防鸟设施的运维要求,引导高海拔地区线路防鸟害工作的开展。

(4)修订高海拔地区带电作业标准

    通过在实验室模拟杆塔和运行杆塔上开展不同海拔高度、不同电压等级交直流输电线路带电作业试验,获得了不同海拔高度、不同电压等级安全距离及组合间隙的实际修正系数,完善了2500米及以上海拔高度下不同电压等级输电线路带电作业最小安全距离、最小组合间隙以及绝缘工器具的最小有效绝缘长度,编制了《高海拔输电线路带电作业现场操作规程》,从人员组织、技术保障、安全防护等多方面引导带电作业。

(5)差异化配置附属设施

    针对高海拔地区高空作业劳动强度大、安全风险高的问题,与设计、基建单位协商对杆塔附属设施进行优化设计。一是在海拔2500米-3000米地区全高超过50米的铁塔上加装一处休息平台,在海拔3000米-4000米地区的铁塔上均加装一处休息平台,在海拔4000米-5000米的铁塔上均加装二处休息平台,在海拔4500米以上的铁塔上安装自动攀爬装置。二是在杆塔构件间隔距离大的地方加装水平拉杆,在海拔4000米以上的铁塔全塔安装防坠落装置。

2.研究、制定多元化的运维管控模式

(1)破解运维难题,完善运检策略

    一是针对高海拔、无人区输电线路受复杂多变的气候和恶劣的自然环境影响极大,常规的输电线路巡视方法无法满足运维工作,按照线路设计条件、运行年限、运行环境和季节特征,结合设备状态评价结果,将线路划分为政治敏感区、不良地质区、无人区等特殊区域,分别制定不同的巡视周期。利用社会化资源,采取委托方式(如兵站、铁路和公路道班等)开展线路通道巡视。二是针对专业缺员,高海拔降效明显,检修工作效率不高的突出问题,建立“四位一体”高效应急、检修体系。基于运行单位、技术监督单位、设备厂家及施工单位的设备状态数据联动分析机制,对检修(检测)项目和检修周期进行合理调整,最大限度利用有限的资源。三是在线路运维策略全面优化的基础上,总结应用成果,编制了《高海拔、无人区输电线路运维管理制度》。

(2)凸显技术引领,提高装备水平

    一是研究并成功应用在线取能、通信接力等新技术,解决高海拔、无人区输电线路在线监测装置供电和通信两大难题,提升其适应性和可靠性,推动在线监测装置在高海拔、无人区的应用范围。二是广泛应用覆冰、山火、微气象等技术成熟的在线监测装置,搭建输电线路智能巡检系统,实现对输电线路运行环境的全天候监测。三是安装故障定位装置,实现线路故障的准确定位,提高故障查找效率,减少故障巡视工作量。四是优选性能稳定、便于携带的红外测温、紫外检测仪,丰富设备监测手段,加强设备监测,及时发现设备缺陷。五是推进直升机、无人机和人工协同模式的应用,全面覆盖。

    海拔超过4000米高山峻岭、无人区、沼泽及沙漠等复杂地形环境下的输电线路的全面巡视、通道巡视、杆塔精细化巡视。六是针对高海拔地区高寒缺氧、昼夜温差大、紫外线辐射强的自然条件和无人区线路周边无可利用社会资源的特点,为解决运维工作环境恶劣和人员、机械降效明显的突出问题,依据《国家电网企业运检装备配置使用管理规定》,提出《高海拔、无人区运检装备配置标准》,配备了个人高原防寒服、防辐射面罩及防狼电警棍等防护用品,卫星电话、移动式攀爬机、电动飞车、全地形越野车等装备来减轻人员工作强度、提高现场工作效率。

(3)缩小地域差异,合理配置资源

    以国家电网企业《供电企业劳动定员标准》为依据,充分考虑高海拔无人区人工降效严重的实际,制订了《高海拔、无人区输电线路运维检修定员标准》,对劳动定员数量进行海拔修正。提出在海拔2500米的基础上,海拔每增加1000米定员增加10%的要求,并对运维人员的学问层次、身体素质、年龄结构提出明确要求,确保人员能够满足高海拔输电线路的基本运维要求。同时,对运维人员开展岗位培训和体能训练,提高其工作技能和身体素质,建设高效率、高素质的运维队伍。

3.构建后勤保障体系

    针对高海拔、无人区自然环境的特点,总结工程建设期间后勤保障工作经验,制定《高海拔、无人区输电线路运维后勤保障制度》,建立高海拔、无人区后勤保障体系。

    一是充分调研高海拔、无人区输电线路沿线的社会资源,最大限度地利用现有社会资源建立三级医疗保障体系(一级医疗站负责运维人员的体检并建立健康档案,开展健康常识教育,普及高原病防治常识,负责运维人员常见病和多发病的诊断和治疗;二级医疗站负责运维人员身体状况评估及一般疾病的救治和转送;三级医疗站负责运维人员重大、危急疾病的救治),配置固定和移动式高压氧舱等高原救护设备及医疗和保健药品,保障运维人员的健康和安全。二是实行运维人员高原准入制度,对准备进入高海拔地区工作的运维人员的健康状况进行全面检查,对其身体素质进行专业评估,最终确定能否进入高海拔地区开展工作。三是实行习服制度,建立习服基地,对准备进入高原工作的运维人员,开展高原病防治措施和高原生产、生活注意事项等培训,克服恐惧心理和麻痹思想,缓解高原反应,加快人体对高原环境的适应。

四、成果实施后产生的效果

    通过高海拔、无人区架空输电线路运维与管控技术的创新与实践工作,标准、规范进一步健全、完善,运维检修策略得以科学优化,运维装备水平得以有效提升,人员后勤得以可靠保障,使设备安全可靠性稳步提高,不仅提升了企业的管理水平,而且保障了地方经济可持续发展,有利于民族团结和社会稳定。

(一)填补了高海拔、无人区输电线路运维管理空白

    通过开展高海拔、无人区输电线路运维关键技术研究,总结运行经验,编制了《高海拔输电线路外绝缘配置引导意见》、《高海拔、无人区输电线路运维管理规范》、《高海拔输电线路带电作业现场操作规程》、《冻土基础运维工作手册》、《高海拔、无人区输电线路运维检修定员标准》、《高海拔、无人区输电线路运维后勤保障制度》等标准、规范,填补了高海拔、无人区输电线路运维管理空白。

(二)创造了世界性高原医疗保障奇迹

    针对高海拔、无人区恶劣的自然环境,分析评估作业风险,超前落实管控措施,降低了作业人员安全风险。同时,通过建立三级医疗卫生保障体系及与之配套的规章制度,科学配置资源,采取准入、习服等防治相结合的措施,确保运维人员“上得去、干得好、下得来”,保障了运维人员的身体健康和生命安全。截止目前已成功保障4800余人次,未发生一例因保障不到位或救治不及时造成的人员伤亡事件,实现了高海拔地区医疗保障“高原病零死亡、零伤残、零后遗症、鼠疫零传播”的目标,创造了世界性医疗保障奇迹。

(三)提高了高海拔、无人区输电线路的安全水平

    通过加强日常运维质量管控,并针对设备运行中出现的问题开展专题研究,实施专项整治,杜绝了线路污闪事故的发生,线路鸟害故障大幅减少,冻土地区的塔基全部稳定运行。高海拔、无人区输电线路安全稳定运行,未发生重大事故和大面积的停电事故。

(四)运维成本大幅降低,实现资源效益最大化

    高海拔、无人区架空输电线路巡视策略和检修模式的优化,使有限的人、财、物资源发挥了最大的作用,电网运行成本大幅降低,管理效率显著提高。经初步测算,高海拔、无人区输电线路经优化巡视、检修策略后,人均年维护工作量减少约420公里,减少幅度达50%。

(五)满足少数民族地区社会用电需求,为地方经济发展做出了突出的贡献

    高海拔、无人区电网的安全稳定运行,优质、高效地保障了地方经济社会的发展和人民的生产生活,有力地维护了少数民族地区的团结稳定,为地方经济发展做出了突出的贡献。

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