基于信息深度融合的配網(wǎng)電纜及通道全壽命周期精益運檢技術與應用

黃震希 朱 強 黃毅標 江 南

(國網(wǎng)福建省電力有限公司福州供電公司，福建 福州 350009)

1 概述

目前，電力電纜使用逐漸成為城市配電網(wǎng)的主要供電形式，福州城區(qū)10kV電纜線路7894km，10kV線路電纜化率84.30%，城區(qū)內電力井蓋共計30萬個。在這樣的發(fā)展背景下，原有電纜專業(yè)管理模式、專業(yè)水平和技術手段已經不能適應當前配網(wǎng)快速發(fā)展、優(yōu)質服務和精益管理的要求[1]。對此，開展工藝、技術革新，建立完備的配電電纜及通道運檢技術體系，對于提高配網(wǎng)可靠性至關重要。

2 現(xiàn)狀與存在的問題

首先，由于工井內環(huán)境惡劣、所需通風時間長、通道路徑不清晰且缺乏經濟有效的運檢技術手段，電纜及通道日常巡檢工作的質量及效率無法得到保障，嚴重影響電纜及通道的可靠運行和精益管理[2]。

第二，電纜接頭是電纜的薄弱部位，傳統(tǒng)電纜半導電倒角方法及工具耗時長、效果差，不能滿足半導電斷口電場均勻的要求，需改進現(xiàn)有技術方法以提升電纜運行可靠性[3]。

第三，由于前期對配網(wǎng)電纜及通道數(shù)據(jù)信息重視程度不足，數(shù)據(jù)歸集不完整、信息管理不統(tǒng)一，信息數(shù)據(jù)與運檢業(yè)務融合深度不足[4]。

第四，傳統(tǒng)電纜及通道的運檢管控因受技術限制，存在運檢任務分配不合理、缺陷記錄不完整、信息更新不及時、閉環(huán)跟蹤不到位等問題，運維人員內業(yè)壓力較大，缺乏有效的過程管控和驗收評價技術支撐[5]。

3 解決思路及措施

3.1 基于RFID信息體系的電纜通道智能巡檢設備及應用

針對目前數(shù)量龐大、分布廣闊的配網(wǎng)電纜工井及通道運維巡視和信息采集需求[6]，需要研制使用靈活、攜帶方便、操作便捷、經濟適用的電纜通道智能巡檢設備，包括便攜式電力工井可視化探測裝置和履帶式管道機器人，分別適用于電力工井和電力排管的可視化勘察，結合RFID信息體系，實現(xiàn)信息采集、精準測繪、信息智能交互，達到提質增效的目標。

3.1.1 便攜式電力工井探測裝置

通過便攜式電力工井可視化探測裝置，實現(xiàn)智能遠端探測電力工井，即無需現(xiàn)場人員下井，在地面即可全景高像素探測勘查電力工井內狀況。通過RFID讀卡器對電子標簽的讀取，采集和獲取電纜及工井信息，提高電力工井的驗收、日常巡視及采集建模等工作效率。

圖1 便攜式電力工井可視化探測裝置

本產品采用手持型外觀設計、可伸縮的支架桿，結構輕量化，操作便捷，同時采用最新圖像采集技術手段及有害氣體識別模塊，適用于特殊環(huán)境應用領域，具備可伸縮支架及集成轉向云臺、高分辨率圖像采集及氣體檢測模塊。拍攝模塊通過電機伺服系統(tǒng)實現(xiàn)視軸穩(wěn)定及方向控制。配套專用圖像處理模塊，可以實現(xiàn)拍照、錄像等附加功能。采用手持一體化控制設備，大大提高了對特殊環(huán)境內部情況進行排查的便利性。

3.1.2 履帶式管道機器人

履帶式管道機器人可實現(xiàn)電力管道探測小型化、輕便化、智能化[7]，輔助軟件算法完成管道三維測繪。日常運維時，可定期對未使用的電力排管進行巡視。排管堵塞或工井被掩埋時，機器人可定位堵塞點或原有工井位置[8]。

圖2 履帶式管道機器人

本項目的管道機器人主要有爬行、視頻回傳和三維測繪定位三大功能，可以滿足電力排管勘測需求。

3.1.3 設備測試

2020年10月至11月，項目組成員在福州市城區(qū)100處電力工井對便攜式電力工井可視化探測裝置進行試用和測試。電纜及工井巡視勘查和信息采集平均耗時5.4min，最大耗時5.8min，測試過程人員均無需下井，氣體檢測準確有效，裝置滿足各類工井和工況環(huán)境的探測需求，所拍攝的影像數(shù)據(jù)均清晰可見，電纜電子標識識別讀取信息準確。

2020年1—6月，對福州城區(qū)100口工井進行實際應用測試。操控人員通過平板控制機器人行走，從前端實時傳輸回來的視頻可以很清晰查看管道內的情況。本次實際運用效果明顯，達到預期目的。

3.2 電纜接頭制作關鍵性新工藝及配套工具

較多電力電纜的擊穿部位集中在半導電層斷口處，因此需對電纜外半導電層斷口進行倒角處理，以均勻斷口電場分布，解決斷口處電場應力集中問題，防止發(fā)生局部放電或擊穿故障[9]。

傳統(tǒng)的玻璃片法和推刀法產生的缺角或毛刺會破壞外半導電均衡主絕緣層電場作用，且所需時間較長。

3.2.1 電纜半導電層斷口倒角“環(huán)削法”

傳統(tǒng)的玻璃片法和推刀法產生的缺角或毛刺會破壞外半導電均衡主絕緣層電場作用，且所需時間較長。針對傳統(tǒng)處理外半導電方法速度慢且處理效果不佳的問題，創(chuàng)新一種新的外半導電處理方法——刀片環(huán)削法[10]。

刀片環(huán)削法采用刀片取代傳統(tǒng)玻璃片，由更為鋒利的刀片對外半導電斷口進行環(huán)削，通常2～4次環(huán)削即可完成外半導電層斷口倒角，輔以簡單的修整和細砂紙打磨可達到斷口平整無“臺階”的效果(如圖3所示)。

圖3 刀片環(huán)削法

刀片環(huán)削法操作要點如圖4所示。刀片環(huán)削法操作簡單、速度更快、效果更佳，坡度更為平滑，有利于電場均衡，提高電纜使用壽命。

圖4 注意要點

3.2.2 電纜外半導電層處理一體式工具

基于“環(huán)削法”，發(fā)明一種電纜外半導電層處理一體式工具(如圖5所示)，實現(xiàn)環(huán)切、縱切、環(huán)削功能。環(huán)切工具操作方法如圖6所示。

圖5 外半導電層處理一體式工具

圖6 工具操作方法

3.3 配網(wǎng)電纜及通道全壽命周期信息系統(tǒng)

本項目按照“靜態(tài)+動態(tài)數(shù)據(jù)”雙維度、分層次歸集配網(wǎng)電纜及通道的基礎臺賬數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，以可視化系統(tǒng)平臺為載體，搭建共享、可視的配網(wǎng)電纜及通道全壽命周期數(shù)據(jù)鏈。

3.3.1 靜態(tài)+動態(tài)數(shù)據(jù)構建

考慮信息體系構建需要有效的管理方案作為支撐，數(shù)據(jù)按照靜態(tài)和動態(tài)雙維度分層次梳理歸集，其中靜態(tài)數(shù)據(jù)是指配網(wǎng)電纜及通道的基礎臺賬數(shù)據(jù)，通過信息普查建模方式有效歸集；動態(tài)數(shù)據(jù)是指電纜運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過質量抽檢和狀態(tài)檢測方式跟蹤歸集。

圖7 基礎普查數(shù)據(jù)歸集流程

數(shù)據(jù)來源主要包括：常態(tài)化開展電纜質量抽檢工作、嚴格做好電纜入網(wǎng)交接程序、收集局放檢測結果數(shù)據(jù)、振蕩波局放試驗與超低頻介損試驗結果歸集。

3.3.2 可視化平臺歸集

以國網(wǎng)設備(資產)運維精益管理系統(tǒng)(GIS2.0)作為可視化平臺統(tǒng)一歸集并呈現(xiàn)所有信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)資源可視共享，支持查詢、編輯、導入、分析等功能，在線數(shù)據(jù)做到“同建設、同采集、同運維、同檢修”，為應用拓展和智能分析奠定良好基礎。

圖8 可視化平臺歸集系統(tǒng)

3.4 通道資源全流程在線可視功能開發(fā)

依托配網(wǎng)電纜及通道全壽命周期可視化數(shù)據(jù)平臺，深度拓展研發(fā)通道資源全流程在線可視應用功能，涵蓋通道規(guī)劃設計、方案編制、資料審核、管溝驗收、在線審批、通道使用、信息反饋、歸檔終結等，以可視化平臺作為載體支撐，通過后臺智能分析功能一鍵規(guī)劃電纜路徑和占用管孔。

3.4.1 在線業(yè)務可視功能

通道資源在線業(yè)務可視功能分為申請部分、審核部分、管理部分。申請部分涵蓋通道規(guī)劃設計、方案編制、資料審核。審核部分即在線審批環(huán)節(jié)。管理部分涵蓋管溝驗收、通道使用、信息反饋、歸檔終結。

圖9 通道資源在線業(yè)務示意圖

3.4.2 智能分析決策功能

智能分析決策功能包括電纜剖面圖分析、路徑規(guī)劃測量、接入路徑分析、電源點分析等，協(xié)助編制供電方案，并通過與通道資源在線審批對接，快速、高效發(fā)起資源審批。

3.5 多維信息精益運檢移動終端應用

3.5.1 電纜接頭管控功能

研制電纜接頭制作管控移動端，現(xiàn)場識別作業(yè)人員基本信息，實現(xiàn)電纜技工及施工單位的“雙準入”監(jiān)督管理；監(jiān)理人員現(xiàn)場拍照上傳接頭制作關鍵工序， 技術專家實時管控工藝質量；針對違規(guī)作業(yè)情況立即給予警告、通報、停工等考核。

圖10 電纜接頭制作管控移動終端

3.5.2 創(chuàng)建工程信息

運維人員根據(jù)工作計劃，創(chuàng)建工程任務單，設置計劃工作時間、工作地點、施工單位、工作負責人等工程信息，指定監(jiān)理人員到場監(jiān)督。

圖11 創(chuàng)建工程信息

3.5.3 管控工藝質量

監(jiān)理人員根據(jù)工程時間到場監(jiān)督，掃描電纜技工安全帽的二維碼，現(xiàn)場識別人員信息，嚴格核實作業(yè)資質；現(xiàn)場監(jiān)督接頭制作工藝質量，上傳電纜剝削尺寸、預處理情況、安裝尺寸等關鍵工序照片；技術專家線上實時管控電纜接頭工藝質量，評價電纜接頭完工質量，及時整改不合格接頭工藝并給予相應考核。

圖12 監(jiān)理現(xiàn)場初審

3.5.4 完成工程驗收

工作票終結前，運維人員核對轄區(qū)內的工程項目、施工隊伍和電纜技工基本信息，審查接頭制作關鍵工序照片，經現(xiàn)場驗收合格后通過工程驗收。

3.5.5 配電運維管理功能

配電運維管理模塊面向日常電纜及通道運維巡視和信息采集的使用需求，主要功能包括巡視任務管理、缺陷隱患管理、信息讀取與查詢、信息錄入編輯。

4 應用成效

本項目在2019年籌備立項并組織開展技術攻關，2020年完成項目所有技術攻關和系統(tǒng)軟件研發(fā)，并同步在國網(wǎng)福州供電公司內全面應用。

2020—2021年，國網(wǎng)福州供電公司在市區(qū)內全面開展配網(wǎng)電纜及通道信息采集和數(shù)據(jù)建模工作，同步全覆蓋安裝電纜及工井的RFID電子標識。在系統(tǒng)數(shù)據(jù)輔助下，完成城區(qū)內配網(wǎng)電纜運行情況全面梳理。根據(jù)大數(shù)據(jù)分析結果，對有可能存在缺陷隱患的電纜有序安排電纜振蕩波局放和超低頻介損檢修試驗，及時診斷并處理局放異常、高危缺陷的電纜200條，避免電纜故障引發(fā)的大面積停電和停電損失。研發(fā)的通道資源全流程在線可視功能有效簡化電纜通道規(guī)劃及使用業(yè)務流程，使電源接入點和電纜敷設路徑選擇更加經濟合理，相關業(yè)務整體效率提升50%，推動電力營商環(huán)境持續(xù)優(yōu)化。

本項目所研發(fā)的便攜式電力工井探測裝置和履帶式管道機器人設備高度融合信息技術，代替人工下井作業(yè)，減少井下作業(yè)時長，運檢整體工作效率提升80%。電纜半導電層斷口“環(huán)削法”工藝和一體式環(huán)削工具有效解決電纜外半導電層斷口不均勻問題，提升電纜接頭制作工藝質量。2020年，公司借助研發(fā)的電纜接頭制作管控模塊，在終端平臺開展該項新工藝和工具的推廣教學，收到成效。2020—2021年，福州市電纜接頭制作工藝質量合格率提升60%，因接頭工藝質量問題引發(fā)的故障率降低30%。

項目成果相關核心技術已獲得國家專利7項，發(fā)表論文4篇。項目成果獲得行業(yè)內外高度肯定，榮獲全國電力行業(yè)創(chuàng)新成果一等獎、全國發(fā)明展覽會銀獎等榮譽9項。目前，成果已在國網(wǎng)福州供電公司成熟應用2年以上，并在福建省內推廣，平均每年可創(chuàng)造經濟效益3900萬元，為世界一流城市配電網(wǎng)建設提供典型特色示范樣本，成功助力公司的品牌建設和形象塑造。

5 結束語

本項目聚焦目前運檢技術關鍵薄弱點，研發(fā)便攜式電力工井探測裝置和履帶式管道機器人，提升電纜通道巡檢維護和信息采集的工作質量和效率。另外，創(chuàng)新電纜半導電層斷口倒角“環(huán)削法”及電纜外半導電層處理一體式工具；研發(fā)設備全壽命周期數(shù)據(jù)平臺歸集配網(wǎng)電纜及通道全壽命周期信息數(shù)據(jù)，充分挖掘數(shù)據(jù)價值深度開發(fā)業(yè)務應用功能；整合多種運維需求，開發(fā)多維信息精益運檢移動終端應用，實現(xiàn)電纜及通道信息掌上管理，為一流城市配電網(wǎng)建設提供可借鑒的經驗。