基于本質安全的配電網設備質檢中心建設

李 志，余紹峰，勞增江，畢 安，張 瑩

（1.浙江華電器材檢測研究所有限公司，杭州 310015；2.國網浙江省電力有限公司，杭州 310007）

0 引言

“十三五”期間，國家大力增加對配電網的投入和升級改造，每年都有大量的配電網設備入網運行[1-4]。以國網浙江省電力公司配電變壓器為例，每年新增數量約在13 000臺；以二次設備為例，浙江2017年新增DTU（數據傳輸單元）約8 000臺，故障指示器約12萬支。而長期以來，由于配電網受重視程度不夠、設備種類繁多又大小不一、供應商水平參差不齊等客觀原因，配電網設備質量事故引起的電網事故層出不窮，極大影響了供電可靠性和安全性。據統計，2016年配電網設備質量事故占各類事故比例達57%以上，因此配電網設備質量管控已經到了刻不容緩的地步。而隨著國家電網公司（以下簡稱國網公司）提出的“堅固耐用”、“本質安全”理念的深入人心，結合近期提出的配電網設備質量“兩排查一整治”專項活動，配電網設備質量管控工作必將推到一個新的高度。

然而，達到配電網設備質量管控的“本質安全”并非易事，現階段主要存在以下困難和問題：

（1）配電網設備質量檢測能力不足。配電網設備入網質量抽檢是考核設備質量最有效直接的方法，而現階段全國網質量抽檢工作大部分仍由第三方檢測機構承擔，因配電網設備數量巨大，檢測效率、結果及時率將是制約抽檢工作能否順利正常開展的一個長期突出問題。

（2）設備質檢和現場工期的協調問題。一旦現場工期緊張，如無法及時完成檢測工作，就會影響工程施工，甚至出現檢出設備不合格時，同一批次設備已經安裝完畢投入運行，給電網造成停電返工、降低整體工作效率的后果。

（3）入網前設備和在運設備質量信息共享不足。現階段入網前設備質檢工作由物資部門負責，而在運設備運維工作由運檢部門負責，設備在入網前和在運時的質量信息缺乏共享，配電網設備質量管控工作缺乏延續性。

針對配電網設備質量管控工作中的困難和問題，依托于“工業4.0”新思維，提出一個全方位的配電網設備質檢中心建設新模式，旨在系統性地解決以上難題，真正為配電網設備質量管控“本質安全”工作做好服務。首先，介紹配電網設備質檢中心建設思路；其次，介紹了配電網設備質檢中心技術特點；再次，結合配電網設備具體檢測內容對配電網設備質檢中心體系建設方案進行了全面闡述；最后，對配電網設備質檢中心新模式的發展進行了展望。

1 配電網設備質檢中心建設思路

當前，配電網設備存在數量龐大、供應商眾多、質量參差不齊的問題。做好“本質安全”的配電網設備質量管控工作，必須實現一次設備、二次設備、通信設備的入網檢測和故障解體分析全覆蓋，打造一個門類齊全、規模作業、高信息化集成、高自動化運行的配電網設備質檢中心[5-10]。

針對配電網設備特點，配電網設備質檢中心應基于“工業4.0”新思維，從優化物流調度、提升質檢效率和全壽命周期管控三方面考慮，成為檢測集約化、物流自動化和管理信息化的現代質檢中心，以進一步推進配電網設備質量管控工作，實現電網資產、效能、成本綜合最優。考慮到檢測資源合理分配，配電網設備質檢中心應開展一次設備、二次設備的常規試驗、特殊試驗及不合格設備復檢工作，通過信息化手段實現檢測標準的統一、檢測數據的統一和實驗室管理體系的統一，以實現檢測計劃的動態調控和檢測資源的合理配置。并且，質檢體系應延伸到有條件的制造企業和第三方檢測機構，在生產、檢測配電網設備物資時，將質檢過程中的數據信息通過信息化手段反饋到相應省公司管理部門。

2 配電網設備質檢中心技術特點

2.1 物流自動化

目前國內大部分檢測實驗室仍采用傳統的倉儲、流轉方式，被試品的入庫—流程—出庫過程主要依靠試驗員手動填寫表單來完成。這樣的方式很難實時掌握檢測平臺的檢測能力，從而在一定程度上導致了調度的盲目性。

針對以上問題，配電網設備質檢中心基于“物聯網”技術，利用RFID、二維碼結合智能貨架實現被試品的信息化管理和主動定位，并設計自動化流水線工藝。通過手持終端的信息采集生成二維碼，對被試品進行唯一標識，然后被試品根據自動化流水線及非自動化流水線流程，實現系統對被試品的跟蹤。其中自動化流水線通過被試品周轉設備的條形碼同被試品二維碼綁定作為唯一標識，被試品信息由綁定的托盤二維碼進行識別；非自動化流水線直接通過被試品在各實驗區進出時進行設備二維碼掃描來追蹤被試品的狀態[11]。

經過以上設計，檢測中心調度人員能夠實時準確掌握被試品檢測試驗項目的進展情況以及各試驗區的工作情況，有助于檢測資源的合理分配，能有效提高檢測效率。

2.2 檢測集約化

作為一個高效、快速、集約化的檢測平臺，配電網設備質檢中心旨在為檢測工作的高效展開奠定堅實基礎[12-13]。

集約化檢測平臺的硬件包含：試品區、主控室和試驗區3個部分。試品區作為緩存區，實現被試品信息錄入收樣、信息核查和檢入檢出功能；主控室是實驗室調度中心，配備有數據庫服務器、應用服務器和工作機，通過路由器、交換機與其他試驗區進行數據傳輸。試驗區則對被試品進行試驗并采集數據，并通過物流機接受主控室調度。

針對傳統配電設備檢測效率低下、自動化能力弱和信息化程度低的缺點，集約化檢測平臺采用如下3種改進措施：

（1）通過自動化流水線形式，將配電設備的試驗內容分割為多個獨立工序，每個工位僅完成1個工序，并且采用集成化試驗設備，全部試驗項目自動化讀數、采集結果、部分試驗項目自動化接線、自動檢測。

（2）針對部分復雜度高、試驗時間長的工序，合理增加試驗設備，以突破該工序對整體試驗效率的限制。

（3）通過檢測信息管理系統實時跟蹤被試品、試驗項目和工位區試驗能力，智能調度檢測路線（包括被試品轉移路線、試驗項目流程、所需試驗設備和儀器），制定信息化檢測方案。

2.3 管理信息化

基于“移動互聯網”技術，配電網設備質檢中心可以實現檢測過程中配電網設備的遠程調度以及檢測試驗數據的采集傳輸、分析統計。

在檢測過程中，質檢中心應具備試驗信息管理和試驗數據分析功能。其中，試驗信息管理可根據被試品唯一標識二維碼，實時跟蹤該被試品的檢測進度、數據；根據檢測能力，制定動態檢測方案，根據模板格式自動生成試驗報告；試驗數據分析基于全壽命周期管理思維對配電網設備進行質量信息管控，主要從4方面入手：

（1）入網前配電網設備質檢信息專家庫的建設，即統計各類設備、供應商和型號的產品質檢數據，為后續故障分析提供樣本基礎。

（2）運行過程中設備故障解體分析信息庫建設，即統計故障設備事故分析、解體數據，為后續質量管控提供指南方向。

（3）年度專項質量管控行動計劃編制，即針對在運出故障較多的設備進行專項質量管控和評估工作，為后續設備風險評估和應用決策提供依據。

（4）配電網設備風險評估與決策應用，即運用風險評估思想，針對設備、用戶、風險等維度提出相應策略。

3 配電網設備質檢中心實施方案

配電網設備質檢中心的建立是在“互聯網+”新形勢下適應配電網設備檢測全覆蓋要求的必然結果。以被試品的檢測過程作為典型案例，來分析配電網設備質檢中心的具體功能模塊。

3.1 自動化物流模塊

作為配電網設備質量檢測的核心功能，被試品的智能化流轉是提高檢測效率的關鍵因素，需要各區域和各工作人員各司其職、相互配合。自動化物流模塊采用物聯網技術，通過信息管理系統為被試品建立唯一可追蹤的自動化物流方案。

自動化物流模塊采用了智能貨柜、機械手、AGV（自動導向車）小車和檢測流水線等設備，將被試品信息二維碼與設備周轉裝置上的條形碼進行綁定，被試品可按照設定的路線由周轉裝置運送依次進行試驗，被試品信息可以通過試驗區的移動終端識別，以便一次錄入、多次綁定。值得注意的是，由于部分被試品（故障指示器）需配套使用、不可分開，故需在物流周轉全過程中進行成套關系校驗，以保證被試品的對應關系。

如圖1所示，自動化物流模塊可以實現被試品的拆包入庫、檢測試驗、測試完成出庫3個步驟的自動流轉。其中，拆包入庫步驟對到貨的被試品進行信息綁定、錄入信息管理系統；檢測試驗步驟通過機械手、AGV小車將被試品從智能貨柜中取出并運送至檢測流水線進行各檢測項目的試驗；測試完成出庫步驟則將被試品放入智能貨柜的對應儲位，集中裝箱后完成退樣、出庫。

圖1 配電網設備自動化物流周轉流程

3.2 集約化檢測模塊

集約化檢測模塊主要針對入庫的被試品，自動根據對應類別、需要檢測的試驗項目和工位區試驗能力，制定合理檢測方案以提升檢測效率。

以檢測暫態錄波型故障指示器為例，其檢測系統包含故障指示器集成測試臺和故障指示器耐壓測試臺。故障指示器集成測試臺由故障指示器測試柜和主控柜上位機信息處理系統組成，可實現故障指示器主要功能、基本性能和通信規約等項目的自動測試；可全真模擬實際10 kV配電線路多種運行狀況，如短路故障、重合閘、人工投切大負荷、非故障線路重合閘等波形進行閉環自動測試，并可對配電線路波形進行實時錄波，對比判斷故障指示器錄波功能。故障指示器絕緣耐壓測試臺硬件由控制柜、程控電源柜、接口端子臺組成，可實現一次接線，完成十通道測試對象的全自動絕緣耐壓測試。

按照是否使用故障指示器集成測試臺，檢測試驗總體流程分成不帶電檢測、帶電檢測準備、帶電檢測試驗3個階段，各階段的具體測試項目及流程如圖2所示。

圖2 故指測試流程

根據每套故障指示器檢測系統每次測試15套暫態錄播型故障指示器來分析集約化檢測效率：一批錄波型故障指示器（A）在進入自動測試的同時，如對下一批錄波型故障指示器（B）進行手動測試，可使整個測試周期（15套+15套）縮短為200 min（約3.3 h），1 d按8 h工作時間來算，1 d測試 72套（30套/3.3 h×8 h）， 1年（按 260 d）測試18 720套，節拍分析如圖3所示。

3.3 信息化管理模塊

信息化管理模塊采用信息物理網絡模式將體系管理和試驗業務融合為一個有機整體，為工作人員提供了試驗信息管理和檢測數據分析的友好交互平臺，該模塊的功能架構及與其他模塊的交互關系如圖4所示。

試驗信息管理一方面要對被試品信息、物流信息、檢測數據和實驗室體系進行統一信息管理；另一方面還需要參與自動化物流模塊和集約化檢測模塊的動態信息調度。

以試驗報告管理為例，試驗報告自動化生成是試驗信息管理的主要業務功能之一，系統根據試驗報告模板程序以及被試品在實驗室所有檢測試驗數據自動生成格式規范的試驗報告，供給用戶下載打印。試驗報告內容基本要求包括：被試品信息、試驗項目、設備和儀器信息、試驗數據、判斷依據、試驗結果和審核批準等。

自動出具試驗報告分為以下步驟：首先，讀取被試品信息和試驗項目信息，包括設備種類、實驗方案、報告模板路徑等信息；其次，操作員上傳試驗原始數據，根據系統中預設的試驗方案（包括檢測項目、檢測路線、誤差限值、項目參數等）形成報告初稿；再次，試驗管理員審核初稿結果，根據審核結果決定是否輸出檢定證書、檢測記錄、檢點檢測情況等統計報表。其中，整個過程中不同試驗員服從嚴格的權限管理，實現對試驗流程、試驗模板、試驗依據和試驗報告的規范化管理，與傳統手動出具報告的方式相比，可以規避人工抄錄錯誤，大幅度節省時間。

圖3 故指集約化檢測模塊節拍分析

圖4 信息管理模塊架構

檢測數據分析包括試驗記錄查詢和歷史數據統計2個子模塊。試驗記錄查詢提供已做過試驗的各被試品的試驗記錄。點擊試驗數據查詢頁面左側設備列表中的設備信息，在右側“審批記錄”和“試驗數據”欄目中便可以看到該被試品的操作記錄以及詳細試驗數據，便于試驗回溯和監管；歷史數據統計模塊可自定義試驗參數查詢范圍，查詢條件包括：起始時間、終止時間、電壓等級、設備類型、額定容量、選擇試驗參數。通過對歷史數據的統計分析，可以從設備供應商、設備薄弱環節和設備種類等不同維度揭示配電網設備質量問題，為后續質量管控（如不良行為通報、專項行動）提供數據支撐。如表1所示，過去15個月配電網設備中心完成了882臺變壓器和44臺開關類設備的檢測工作，其突出的檢測成效得益于信息化管理模塊與物流、檢測模塊的配合，為“本質安全”的配電網設備質量管控工作打下了堅實的基礎。

表1 配電網設備歷史檢測數據統計

4 結語

針對配電網設備質量管控工作“本質安全”的要求，提出一個全方位的配電網設備質檢中心建設新模式，旨在解決檢測效能不足和信息化程度不高的問題；從物流自動化、檢測集約化和管理信息化3方面介紹了配電網設備質檢中心技術特點，并結合典型案例介紹了具體實施方案。結果表明，配電網設備檢測中心能夠大幅提升檢測效率，保證檢測時效性，并且形成有效的信息閉環。

在下一步的工作中，可以針對以下幾個方面來進一步發展配電網設備質檢中心：

（1）建立更加完備的質檢體系，打通管理機構、檢測中心、業主單位和供應商間的信息通道。

（2）構建運輸物流統一調度平臺，基于檢測能力統一管控送檢路線。

（3）建立大數據分析平臺，形成基于風險的差異化檢測方案。

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