装备研制

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。

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）。

国网智研院牵头国网公司自主可控安全防护系列装备设计研发，目前已完成包括新型安全接入网关、网络安全隔离装置网闸型、边界安全集中管控平台在内的系统装备研制，并在国网江苏、福建、四川、河南、江西等地形成规模化应用，支撑公司智慧物联体系及其安全防护建设。

项目属于变电站领域，变电站设备巡检是保证电网安全运行的关键手段，其数据获取的全面性和诊断的准确性是反映设备运行状态的重要依据。随着电网设备规模快速增长和信息化技术的不断发展，通过各种检测手段获取的设备状态数据（尤其是图像、声音类数据）数量急剧增长，传统以人工为主的数据分析方式受主观因素影响大，巡检质量分散；而现有的自动检测手段又存在应用场景单一、图声数据的智能分析能力不足等问题，并且缺乏有效的共享机制。因此函待提出一种新型变电站智能巡检模式，以满足新电改形势下变电巡检全景化、智能化和精益化的发展需求。在山东省重大专项和国网公司重点项目支持下，项目针对电网变电设备巡检缺陷诊断关键技术进行科研攻关，开展基于图声巡检数据的缺陷诊断技术研究， 研制系列化智能巡检装备，并实现产业化应用。

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。

柔性直流输电系统成套设计及核心装备系列国家标准，包括1《柔性直流输电系统成套设计规范》、2《柔性直流输电换流器技术规范》、3《柔性直流输电控制与保护设备技术要求》，均由南方电网科学研究有限责任公司牵头编写，为世界上首次制定，技术创新难度大，标准成果达到国际领先水平。 本项目之前，世界上尚无相关国际标准参考，南网科研院突破柔性直流输电技术领域三个重要技术方向，包括成套设计、换流器、控制保护核心技术，研究成果形成国家标准，规范了国内柔性直流输电系统成套及核心装备设计情况，为成套设计及核心装备设计、制造、试验、验收提供直接参考依据，意义重大。 项目团队依托国家863计划课题，通过多年技术攻关，完全掌握高柔性直流输电关键技术，在成套设计、换流器、控制保护等方面取得重大创新成果，形成技术标准，并率先实现工程应用，引起巨大社会反响： 1.标准1中第4、6、7部分，世界上首次提出了百千伏级高压柔性直流输电系统集成设计方法，实现了大规模新能源并网和区域电网互联的整体工程应用。 2.标准2中第5、6部分，世界上首次设计了自主化的高压大容量柔性直流输电换流阀关键装备，实现了直流电压从±160kV到±350kV、输送容量从百兆瓦到千兆瓦的跨越式突破。 3.标准3中第5部分，世界上首次提出了柔性直流输电控制与保护设备的体系化技术要求，有效支撑柔性直流输电工程控制保护系统的研发。 4.标准1中第9部分、标准2中第7部分、标准3中第6部分，世界上首次提出了覆盖柔性直流输电系统研究、装备研制、主设备试验的试验技术。 项目获得专利15项（发明专利12项）、软件著作权1项，发表论文14篇，专著1部。相关成果通过了中国电机工程学会及中国机械工业联合会的成果鉴定，鉴定委员会一致认为“多端柔性直流输电技术处于国际领先水平”、“研发的千兆瓦级柔性直流背靠背系统装备具有完全自主知识产权，达到国际领先水平”。 本系列标准已成功应用在云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程、乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程、三峡如东海上风电柔性直流输电示范项目中的系统成套设计、换流阀、控制保护等核心设备研制中，社会经济效益显著。 项目完成的国家标准是柔性直流输电技术成果转化为知识产权的直接体现，通过成功实施和推广应用，建成了产学研用科研团队，培养了大批专业技术人才，带动了国内高压大容量柔性直流输电换流器、控制保护等核心装备制造业的发展，提升了我国能源科技自主创新能力和国际竞争力，践行了国家创新驱动发展战略。

特高压是实现能源优化配置和清洁能源高效利用的重要手段，已列入我国能源安全发展战略和大气污染防治行动计划。特高压带电作业是保证电网安全稳定运行的重要技术手段。绝缘子是输电线路的重要电气部分，容易受雷电、雾霾等因素影响而损坏。特高压线路关系着国家经济命脉和能源安全，线路投运后很难停电检修，亟需实现绝缘子带电更换。但特高压输电线路绝缘子长，需转移的荷载大，对工器具的机械、电气性能提出更高要求。本项目形成了一批具有自主知识产权的产品，所研制的系列碳纤维工器具和大吨位承力工具结构合理、使用方便、作业效率高，显著降低了作业人员的劳动强度，改善了作业条件，拓宽了特高压带电作业范围。目前,该系列工具已在湖南省推广应用，应用效果良好，取得了巨大了经济和社会效益。系列工具应用前景广阔，具有巨大的推广价值。项目组仍在工具结构改善、性能优化以及产品的售后服务上努力，以获取品质更优的成果，争取在行业全面推广应用，形成产业化规模。对电网企业履行社会责任、提高优质服务水平具有更重要的意义。

本项目以海南联网工程为背景，基于输电领域复杂海况和非动力定位平台作业需求，攻克了大功率海缆检测机器人设计、海缆带电检测、智能巡检控制、非动力定位平台匹配性设计及作业技术等关键技术难题，研制了一套可应用于非动力定位平台的高压海缆带电智能检测系统，并应用于工程实际。项目技术属国际首创，原理先进、技术新颖，应用效果好，总体成果达到国际领先水平，相关产品填补了国内空白。 本项目针对复杂海况和非动力定位平台作业需求，研制了一套可应用于非动力定位船舶的高压海缆带电智能检测系统，突破了大功率海缆检测机器人设计、海缆带电检测、智能巡检控制、非动力定位船舶匹配性设计及作业技术等一系列国际关键技术难题。项目成果成功应用于500kV海南联网运行海底电缆的检测，并可拓展应用于国内外海底电缆运维检测，经济及社会效益显著。依托项目研究成果，申请发明专利23项，实用新型专利23项，国际专利1项，发表论文17篇，申请标准4项。本项目实现了国内外首次高压海缆带电检测，受到国内外同行广泛关注，加拿大BC Hydro 公司率团来我国学习。成果多次用于海缆带电检测，单次可节约运维检测成本上亿元，同时可避免海缆停电时间70天，极大保证了海南电网的供电可靠性。项目实际工程应用效果显著，可推广至其他海域及海上风电海缆、海底光缆、海底油气管道等检测领域，前景极其广阔。

本项目属于变电站领域，变电站设备巡检是保证电网安全运行的关键手段，其数据获取的全面性和诊断的准确性是反映设备运行状态的重要依据。随着电网设备规模快速增长和信息化技术的不断发展，各种检测手段采集的设备状态数据（尤其是图像、声音类数据）急剧增长，传统以人工为主的数据分析方式受主观因素影响大，巡检质量分散，而现有自动检测手段应用场景单一,图声数据的智能分析能力不足，缺乏有效的共享机制，亟需提出一种新型变电站智能巡检模式，满足新电改形势下变电巡检全景化、智能化和精益化的发展需求。 在山东省重大专项和国网公司重点项目支持下，本项目针对电网变电设备巡检缺陷诊断关键技术进行科研攻关，开展了基于图声巡检数据的缺陷诊断技术研究，研制了系列化智能巡检装备，并实现产业化应用。 截至目前，本项目共授权发明专利17项，实用新型专利4项；获得软件著作权3项；发表核心期刊及以上论文7篇。本项目攻克了巡检图像中设备精确定位、缺陷多维诊断和基于边缘计算的智能装备等多项关键技术，研发成果实现了设备巡检数据处理智能化、智能巡检装备产业化，创新了变电设备智能巡检模式，有效降低了变电设备巡检人工工作量。目前，智能巡检装备在全国31个省、市、自治区进行了应用。近三年，智能巡检装备累计投运1600余套，累计为用户及时发现各种缺陷隐患1700余处，避免了供电区域的大面积停电，为人民的生产生活提供了保障，经济效益和社会效益显著。

超特高压输电线路是我国电网骨干网架的关键组成部分，近十年电网规模呈爆发式增长。大部分线路穿越地区地形复杂、环境恶劣，运维人员及车辆难以抵达，巡视难度大、效率低、准确性差。直升机搭载先进的巡查仪器巡航，具有观测立体化、巡视高效率、地域全适应等优势，成为架空输电线路的新型高效巡视的重要手段。 在北京市政府和国网公司科研经费支持下，团队经过 5 年技术攻关，取得一系列技术突破，全面解决了上述难题，形成三大创新，提出了八轴稳定四轴主动的光纤陀螺稳定技术，研制了集成内变焦结构多光谱传感单元的大视距小微目标观测航巡吊舱，稳定精度达 16μrad，较业内先进吊舱精度提升 20%，与军用吊舱稳定级别相当，解决了直升机高频振动导致的成像清晰度低问题。发明了组合孔径动态平衡探测技术，研制了电力应用型大视场机载激光扫描系统吊舱，将扫描视场角拓宽至 70°，视场角提升 16.7%；采用小样本随机森林算法，构建了输电通道场景关键要素激光点云数据全自动分类模型，数据处理速度提升 7 倍，有效解决扫描视场角窄、数据处理速度慢的问题。提出了计及电力线和杆塔形态特征的高抗噪三维重构算法，发明了融合激光点云和多光谱影像的输电通道单木分割与树种识别方法，识别精度达 92%，开发了包含树种、地形、气象、电力潮流等多要素的超特高压架空线路空间安全距离仿真预警分析系统，解决了通道隐患误报、漏报和预警准确度差的问题。 项目授权专利 17 项，其中发明专利 7 项；授权软著 18 项；主导编制电力及民航行标 3 项、国网企标 1 项；出版专著 1 部；取得适航证书 4 项；发表论文 45 篇，SCI/EI收录 29 篇。项目通过由陈维江院士牵头的成果鉴定，达到国际领先水平。2013年以来，项目成果应用于国网各省电力公司，发现线路缺陷 11.4 万处，通道隐患 4.4 万处，目前正与巴西就美丽山±800kV 特高压输电线路巡视开展商业谈判，具备广阔市场前景；研制的航巡吊舱经改造，已广泛应用于公安、交通、农林等行业，带动交叉行业发展。