研制及应用

本报告基于电网数字化建设背景，介绍了湖北电网在变电设备带电作业机器人的研制情况，包括小型化绝缘载体升级改造、基于视觉的绝缘斗臂车空间引导、复杂场景下绝缘子伞裙高精度识别定位、机器人平台强电磁屏蔽处理、新型高效干冰介质清洗应用、机器人远程自动化控制等内容。2022年，该机器人通过了工频耐压性能试验和多次模拟实验验证，并于湖北荆门220kV变电站成功进行首次应用，有效验证了本机器人设备面向主网变电设备开展带电作业的安全性、智能性与可行性。 此外，该机器人成套技术及装备既能通过更换系列化末端作业工装，用于外绝缘设备带电PRTV喷涂、零值检测等场景，也能兼容电压等级，拓展至配网带电作业机器人应用场景中。

一、项目背景 二、关键技术 三、项目成果及推广应用 四、未来展望

广东电网作为全国规模最大的省级电网，2020年作业数量120万项，项目承包商1900余家，现场作业人员超20万人，每天开工作业超5000项，作业环境复杂多变，安全监管难度大，传统“人盯人”模式难以适应新形势下的安全监管要求，亟需科技手段提升现场安全监管能力。项目针对电力作业安全监管难点，以视频监控、传感监测、大数据应用三条技术主线，开展作业全过程智能化闭环管控研究，在关键技术、装备研制、集成应用三方面实现了突破，在全省范围内规模化应用，实现了智慧化安全监管。项目成果包括授权发明专利9项、实审发明专利13项，授权其他知识产权7项，发表学术论文10篇，研制智能终端10款，建成全国规模最大、功能最全的省级智慧安监系统，接入各类型终端超10万台/套。项目成果在广东电网20个地市局整体应用，2020年及时查处违章2.46万起、同比增加173%，全年未出现人身事故，监管效能显著提升，经济社会效益显著，推动了电力生产安全监管领域的数字化转型，推广应用价值巨大。经中国电力企业联合会组织的成果鉴定，项目成果达到国际领先水平。

输电线路作为电力传输的基本途径，是重要的能源基础设施，关系到国民经济命脉和国家能源安全。我国电网规模稳居世界第一，立项之初，超特高压输电线路长度11.5万公里，近十年电网规模呈爆发式增长，年平均增长率在15%以上，截至2019年，超特高压输电线路长度达26.2万公里，其中架空输电线路占比超过98%。随着电网规模的不断增长，线路走廊日趋紧张，关键输电通道运行环境愈发复杂，设备故障频发，线路运行风险大。依靠人力为主的传统运检模式已无法满足迅猛增长的电网运维需求，无法及时掌握输电线路缺陷和隐患，难以实现大电网安全稳定运行可控、在控。直升机搭载先进巡查仪器进行巡航，可从空中俯瞰输电线路及周边环境，具有观测立体化、巡视高效率、地域全适应等优势，已成为架空输电线路的新型高效巡视的重要手段，是架空输电线路精益化运维的发展方向。

该联合研制的低热阻填充材料可根本解决电缆沟内密集堆积和排管敷设段成为限制整条电缆线路载流能力的瓶颈问题，达到国内领先水平。同时，填充材料还具有防白蚁、防火阻燃等效果。研制SH凝胶体、水、砂等组分按照一定比例配制成的低热阻填充材料，通过改善电缆通道敷设热阻环境来提高载流量。通过在材料中添加弱碱性长效保持成分且具有水分保持、阻燃特性，同时解决了防白蚁和防火阻燃问题。凝胶体混合体由于凝固前可流动特性，解决了排管中填充难题。已获2项发明专利情况。 成果于2016年分别应用在中山供电局110kV旗光线、110kV旗长线、110kV菊宁甲线、110kV菊宁乙线、220kV桂三甲线、220kV桂三乙线等电缆线路，110kV龙山变电站10kV线路出现电缆沟内电缆段。通过预先布置在电缆表面的测温热电偶，长期监测其正常未填充段、填充段的电缆外皮温度及埋深处的环境温度等，发现电缆低热阻填充材料的应用对于电缆的散热环境的改善效果显著，负荷电流越大，降温作用越明显。同时，该填充材料还具有防白蚁、防火阻燃等效果。

项目研究成果具有完全自主知识产权，共申请发明专利30项，获授权16项，发表论文19篇，获软著3项。相关科技成果经中国电机工程学会鉴定为国际领先水平，项目研究成果获多项电力系统内一等奖。 项目实现了以标准带动应用，以应用催生市场，从市场创造需求，由需求引导技术创新与进步的完备“垂直域”生态圈，项目实施后在电力系统全面推广应用，指导变电站网络规划设计、工程建设、设备选型、运行维护、质量监督等工作，推动自主可控交换芯片及交换机产品研制及应用，近3年相关产品产生经济效益超13亿元，利润超2.5亿元，实现变电站网络设备100%国产化，相比进口设备节约投资成本约40亿元。

随着输电线路里程数逐年增加，挂线异物清除工作量急剧攀升、工作时效性要求更高，传统异物清除方法难以满足电网运维中异物清除工作的现实需求。因此，研发新型输电线路飘浮异物激光远程带电清除装置，既实现电网异物清除技术革新，也为电网安全运行提供保障。创新点、效果归纳及专利申请或授权情况：（1）提出输电线路异物远程激光清除方法，揭示不同波长激光对线路设备无损伤、对异物有效作用的物理机理，并提出激光功率和处理时间最佳阀值，实现了远距离、无明火清除异物，从根本上解决了远距高非接触带电清除异物的难题（授权发明专利、实用新型专利各1件）。（2）提出基于形态特征的导线与异物图像实时识别跟踪方法，开发适应不规则运动变化目标的高精度控制系统，实现了工作距离60-200米异物精确跟踪，精度达主0.003°，优于0.0056”的军品级精度，从根本上解决了激光远距高清除异物精确腊准的难题（授权发明专利1件、实用新型专利2件）。（3）提出基于热场扫描与仰角闭锁的安全控制技术，研制了世界首套便携式输电线路飘浮异物激光远程清除装置，实现了远距高飘浮异物的带电快速清除，从根本上解决了异物现场清除效率低、安全管控风险大的难题（授权发明专利实用新型专利3件、外观专利3件）。

随着我国电网的快速发展，气体绝缘组合电器（GIS）得到大规模应用，近三年国网公司330kV以上GIS间隔平均增长率达22.5%。GIS设备在运输、储存和安装中可能发生的多种间题原因产生各种绝缘缺陷，仅2017年国网系统中发由于绝缘间题导致的故障跳闸占到84%以上。说明交流耐压试验对发现GIS设备潜在故障的局限性，而冲击耐压试验的必要性也因此而体现，对于及时发现GIS设备所存在的问题进而确保GIS的安全运行有重要的实际意义。现有冲击试验装置由于体积等间题造成试验成本较高，本课题针对现场高效试验开展相关研究。 国网宁夏电力公司电力科学研究院自2015年起，开展了散开自立式GJS现场冲击耐压试验装置及试验方法进行了针对性的研究，并取得了圆满的成功。项目成果已在多个现场得到了应用，丰富了现场检测手段，有效提高了入网GIS设备的可靠性，经济社会效益显著。

随着智能配电网建设的推进，配电自动化呈现出跨越式发展，对供电可靠性的提升发挥着日益重要的作用。本案例介绍了配电自动化终端一体化运维系统和配套使用的智能手持终端及APP。 本案例引入软件可视化闭环管理系统，明确了配电自动化终端设备管理流程及规范，建立了基于终端历史维护记录和最新运行数据的终端状态分析评价方法，以及基于终端历史动作记录和馈线跳闸等因素的阶段性运维策略设计方案。实现了运维策略智能化、运维路线自动最优化设定、运维信息实时记录、运维知识库自动更新、运维效果自动评价的运维全流程信息化、智能化。

在电力生产企业或者其他涉及使用电力的企业，当设备开展计划性检修或设备临时停电消缺时，需要断开设备的空气开关(也叫空气断路器，简称“空开”)隔离电源。在整个检修工作期间，空气开关需要长时间保持在“分闸”位置，确保检修设备不带电，以保证检修工作人员的绝对安全。目前，主要是通过在已断开的空气开关上悬挂“禁止合闸有人工作"安全标志牌(线式悬挂)警示，防止其他人员误操作合上空气开关对检修设备送电，导致检修工作人员发生触电安全事故。 通过现场调查统计，我公司设备电源空开较多，且厂家型号不同(包括ABB、施耐德、西门子等) ，仅机组配电柜内空开就有3000余个。因其空开本体上无稳固悬挂安全标志牌的固定点，导致安全标志牌悬挂后易掉落，容易发生人为误操作(图4)，且容易遮挡空开名称(图5)，给现场的安全生产带来极大隐患。