倒闸操作

阐述了变电站倒闸操作现状以及电力机器人发展现状，重点介绍了变电站开关柜智能操作机器人技术路线及创新突破，最后分享了变电站开关柜智能操作机器人试点验证与推广应用成果。

配电网作为新型电力系统建设的主战场，是助推能源向高效化、清洁化、数字化转型的国家战略型基础设施，其安全可靠稳定运行对保障经济社会发展具有重要意义。但近年来，随着城市电网发展持续加速、光伏、电动汽车（V2G）等分布式电源不断增长，如何兼顾新型电力系统配电网的停送电效率与作业安全，支撑新型电力系统有源配电网建设运维，是当前配网专业亟需解决的问题之一。

接地线是指在电力生产现场检修设备时为了防止已停电的高压设备由于人为误操作合闸、感应电压及被检修设备与电源断开后剩余电荷对检修人员所造成的伤害，将待检修设备输入的三相电源短路并接地所采用的设备。在电力检修工作中，为了保证作业安全，均需要挂接地线，可以防止突然来电对人体的伤害，挂接地线是保护检修人员人身安全的重要措施也是倒闸操作任务中的重要步骤。接地线也具有双面性，它具有安全的作用，但使用不当也会产生破坏效应，所以工作完毕要及时拆除接地线。目前接地线的使用现场只依靠工作人员的责任心及相关的纸制登记记录，工作人员在繁忙的工作及复杂的工作流程影响下很容易遗忘远方现场已挂接的接地线。一旦忘记拆除接地线（地线接地、三相电源短路）而合闸送电将造成重大的人员伤亡及设备损坏事故。带接地线合开关会轻则损坏电气设备，重则导致恶性电气事故，造成大面积长时间停电，损坏人身安全及电网稳定。由于接地线使用频繁，一项工作中可能需要挂多处接地线，人员拆除时可能遗漏几处接地线，导致开关无法关合，在查找遗漏的接地线的过程中，会延长停电时间，导致客户不满。

网络化下令系统的开发，吉林供电公司编制完成涵盖功能、安全、界面等验收内容的《吉林配网调度网络交互指挥系统验收细则》，为系统的推广提供了可行的验收办法。同时，《国网吉林供电公司配网调度倒闸操作网络化下令管理办法》的编制，确保了检修操作的安全性。网络化下令系统的建设，将周计划管理、定值核对、异动管理等分散的业务进行了流程重建和规范，使之更适合配网运行管理的需要。特别是线上周计划管理，提高了周计划平衡的效率，线上校核提高了计划可执行率，避免了重复停电现象的发生。网络化下令系统的开发应与应用，从根本上改变了传统电话调度模式与现有配网发展需求不匹配的问题，使得配网调度向人工智能迈出了坚实的一步。并且通过配网主动抢修技术支撑体系建设，吉林公司将原有的“客户报修—坐席派单—现场巡线—调度开票—缺陷处理”的配网故障处理流程优化为“故障研判—自动派单—智能开票—缺陷处理”，其中原有的 5 个人工环节精简为 2 个自动环节、1 个辅助决策环节和 1 个人工环节，大幅压缩了故障处理时间，将人员从具体事务中解放，使他们有更多时间关注管理及安全，有更多时间进行自身业务能力提升，形成了人员能力提升、配网整体管理水平提高的良性循环。在原有多源数据分析平台以“线—变”关系实现主动工单的基础上，以网络拓扑形式进行故障研判，预期将使故障研判准确率提升 35%以上。网络化下令系统单、双轨试运行期间，共处理停电检修 141 项，完成网络下令 1489 次，成票及操作执行正确率达 100%，操作票编制时间由 10 分钟缩短至秒级，平均操作时间由 27分钟缩短至 19 分钟，同时多操作并行执行模式解决了多操作排队等待问题。配网检修全链条管理方面，实现了业务管控的在线化、可视化，设备异动、定值流转同步率提升至 100%。故障网络可视化指挥方面，实现了故障信息多方即时共享、图像实时可观，信息传递与指挥时间缩短至秒级，现场故障处置效率大大提升。

提高供电可靠性是进一步优化改善企业营商环境，建设世界一流配电网，促进国民经济稳定发展的关键要求。带电作业正是以实现客户不间断供电为目的、提升供电可靠性最直接、最有效的技术手段。但近年来，客户对供电可靠性日益提高的要求与带电作业发展不高效不充分的矛盾日渐突出，主要存在以下几点突出问题: 随着电网负荷增加及设备老化，隔离开关和跌落式熔断器等设备出现故障的概率大幅增加，同时由于城镇化建设速度加快对电杆迁移和旁路作业的作业次数快速增加，而现阶段带电作业时普遍采用绝缘毯、绝缘操作杆等通用设备，缺乏针对性的专用带电作业设备，这大大降低了工作效率、增加了作业强度和风险几率，无法满足本质安全要求。 目前为实现全面遮蔽有时需要用到十几块甚至几十块绝缘毯，比如进行隔离开关绝缘遮蔽时由于隔离开关形状不规则、体积较大，需要用到十几块绝缘毯，致使作业时间长、劳动强度大，同时易出现遮蔽不严、作业时碰触造成绝缘遮蔽脱落等问题。在旁路作业进行核相、倒闸操作和旁路接入等操作时均需要人工操作，这不仅降低了工作效率使得作业流程更为复杂，而且增加了用户的停电时间。

电气设备的智能化、无人化是目前行业发展的趋势，也是实现工业4.0的基础。参考能源局行业标准NB/T42044--2014《3.6kV~40.5kV智能交流金属封闭开关设备和控制设备》的相关标准，结合电厂运维情况，研究实现开关倒闸操作的远方程序化、自动化，可以减少操作人员配置:研究如何实现开关柜本体智能化的自诊断功能，可使设备检修更具有针对性，防止过修或失修，可以减少维护成本。 京能(锡林郭勒)发电有限公司位于锡林郭勒草原腹地，地理位置偏远，交通极为不便，且冬季长达6个月，低温可达-40C，工作条件差，人员成本高。如何有效减少人力投入，提高人员效率，降低运营成本，对企业自身发展十分必要和迫切，这在客观上要求电气设备特别是中压开关柜具备智能化、本质安全等特点，达到解放人力，提高设备可靠性与智能化水平的目的。 目前电厂配电系统中，智能化功能仅实现了遥测、遥控、遥信功能，即对开关柜综保数据、开关分合远控的功能:而在倒闸操作中，仍采用两名操作员依据操作票就地手动操作:在开关柜维护中，还未实现本质上的精益点检与状态检修，在现有技术上进- - 步减少操作人员配置、提高自动化水平，仍有很大的研究空间。 电厂的中压开关停送电工作量大，存在伤人风险，不利于本质安全。新型中压开关DCS远程可视停送电系统只需要运行人员在远方操作模式下，输入相应命令，开关设备自动、顺序执行倒闸操作，实现就地无人化，减少人力投入，提高操作人员效率，有效降低运营成本:另一方面，通过电动智能控制单元可以实现操作顺序程序化，全面防止人员误操作及疏忽，充分保障安全;最后，通过不同监测手段，对开关内部运行参数进行智能分析，通过可视化的数据及智能化的诊断结果做到设备运行状态的实时掌握，变定期维护为状态检修。

隔离开关的结构、原理在高压电气设备中属于相对简单的一种，国内外对隔离开关本身及其专用检测设备的重视程度和研究远不及 GIS、变压器和断路器等设备。目前，对隔离开关的检测主要有红外成像和回路电阻测量，但两者均只能反映隔离开关的导电性能，无法对机械性能进行监测和判断，导致现场工作中经常发生因机械卡涩而造成倒闸操作无法继续进行，严重时甚至会发生隔离开关闪络，影响电网的安全运行。根据多个电力企业的统计数据显示，在所有隔离开关故障中机械操作故障约占一半或以上，因此寻求一种检测隔离开关机械性能的方法并研制相关的检测设备就显得非常有意义。本专利的研究成果现已应用到各级变电站中隔离开关机械性能和电气故障的检测中。本专利对隔离开关机械性能的在线检测进行了研究，并研制了相应的设备，建立了相应的诊断分析系统。对上述内容，国内外展开研究的还非常少，对隔离开关状态监测的研究也是主要针对红外、回路电阻等数据的记录和综合分析，并未对隔离开关的机械性能展开研究。对于隔离开关扭矩的测量，本项目利用贴片式应力传感器开发的扭矩测量装置不破坏隔离开关的原有转系，现场安装工作量较其它传感器的安装减少 60%以上，而且精度满足机械性能判断的需求。对于隔离开关主轴转角的测量，本专利提出的测量方法虽在精度上略差于光电式角度传感器，但其精度也足以满足判断隔离开关机械性能的需求。关键是本项目所采用的转角测量设备可安装于隔离开关机构箱内，不存在防护问题，从而可以用于隔离开关主轴转角的在线测量。

“一键顺控”是智能变电站重点建设工作，通过预先设定的操作序列实现操作任务模块式搭建、操作步骤一键启动、操作过程自动执行变电站倒闸操作。在变电站推广“一键顺控”是解决变电设备爆发式增长与人力资源紧张问题的重要途径。南瑞集团联合相关单位率先开展电力系统一键顺控相关设备标准化工作，先后攻克了应用架构混乱、非同源“双确认”缺失、跨间隔数据同步困难、辅助授时设备稳定性低等关键技术难题，制定了涉及顺序控制高级应用、数据通信网关机、测控装置、时钟装置等成套标准。 DL/T 1708—2017《电力系统顺序控制技术规范》等 2 项标准作为“一键顺控”实施和检测依据，首次构建了顺序控制应用架构、业务模型、安全防护机制、智能辅助系统联动等。 Q/GDW 11627—2016《变电站数据通信网关机技术规范》作为“四统一、四规范”核心标准，首次规范了网关机的外观接口、通信服务以及承载的顺序控制等高级应用。 DL/T 1512—2016《变电站测控装置技术规范》等 2 项标准考虑变电站智能化后测控装置数字化、网络化采样和控制的新需求，对测控装置在使用条件、功能、性能、校准方法等提出要求，在间隔层提升了一键顺控的可靠性和速动性。 GB/T 33591—2017《智能变电站时间同步系统及设备技术规范》考虑北斗卫星应用和时间同步状态监测对时钟装置的新要求，首次规范“北斗优先”的多时间源仲裁机制，为一键顺控提供全局统一精准时钟。 以上技术标准有机结合，从调控中心、变电站站控层、间隔层、辅助设备实现了“一键顺控”的纵向贯通，并完成智能变电站核心装备与系统的产业升级。对比国内外相关标准，本成套标准在顺序控制应用架构、一键顺控辅助系统联动、跨间隔采样数据同步、北斗授时应用、多时间源判决方面达到了国际领先水平。实现了科技研发、标准制定和工程应用三者的相互促进和协调统一，填补了国内外多项技术标准空白。 项目成果核心技术具有完全自主知识产权，申请发明专利 31 项，授权 21 项。相关产品广泛应用于调控中心、110kV-1000kV 变电站、发电厂等电力安全生产运行及控制领域。国电南瑞支撑该领域实现销售额 9.82 亿元，新增利润 1.97 亿。经有关部门测算，如在全网推广一键顺控，每年可节约人工成本约 44.8 亿元。本成套标准充分利用现代科技缓解人力资源紧张的矛盾，已成为智能电网产业升级和结构调整的重要突破口。

9月9日21时07分，随着2台主变压器分别完成5次冲击，郑州地区首个实现“一键顺控”功能的220千伏变电站——220千伏顺和变电站正式投入运行，标志着郑州电网设备倒闸操作进入“读秒”时代。220千伏顺和变电站位于郑州中牟北部，于2020年6月正式开工建设，本期投运24万千伏安变压器2组、220千伏出线5回。

随着电网迅猛发展，变电设备规模急速增长，变电站电气设备的倒闸操作也更为复杂，有限的人员增长和安全承载力问题日益突出，需要-种新的操作模式满足智能坚强电网发展需求，而变电站“一键顺控”操作能够通过自动控制技术、物联网技术、智能分析技术，将复杂、重复、易错的传统人工操作模式转变为一种智能、安全、高效的全新操作模式，而刀闸“双确认”判断是制约一键顺控推广应用的关键技术难点。 安规7.3.3条规定设备操作后位置判断需至少有两个非同样原理或非同源的指示发生对应变化，而一键顺控操作仅能够通过遥信值一种方式判断刀闸位置，因此需要研究另外一种非同样原理或非同源的刀闸位置判断方式。 本项目基于磁感应传感器研制的“刀闸双确认装置”，加装于刀闸机构箱或运动拐臂，可精确检测实际位置信号并_上传，不需改变设备内部结构和接线，安装简单、测量精确、信号稳定，克服了刀闸“双确认”判断这个关键技术难点，有力推进了- -键顺控新技术的推广应用，深化泛在电力物联网、人工智能等新技术应用，可有效提高变电运维工作效率，强化变电运维安全管控能力。