智能化變壓器檢儲配方案：創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)施成效分析

關(guān)鍵詞：變壓器檢測；自動化；智能物流系統(tǒng)；機(jī)器人技術(shù)

中圖分類號：TM769 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

在新型電力系統(tǒng)快速發(fā)展的背景下，每年新增的變壓器數(shù)量顯著增加，變壓器檢測需求激增，這對檢測基地的規(guī)模和檢測能力提出了更高要求。傳統(tǒng)的人工檢測方案難以在效率和精準(zhǔn)度上同時填補(bǔ)變壓器檢測的需求缺口，因此迫切需要更高效的檢測技術(shù)來提升檢測效率和準(zhǔn)確性。

1 傳統(tǒng)變壓器檢儲配基地的不足

1.1 大規(guī)模檢測基地建設(shè)難

在傳統(tǒng)的變壓器檢測基地建設(shè)中，流程的復(fù)雜性和多階段的審批需求導(dǎo)致了初期巨額投入和方案長時間延期[1]。基地審批流程涉及多個部門，從土地獲取到方案竣工需經(jīng)歷煩瑣的行政程序和技術(shù)評估，這不僅增加了建設(shè)成本，還大幅延長了建設(shè)周期。因此，傳統(tǒng)檢儲配基地建設(shè)除面臨高額的資金需求外，土地審批也相對困難，這導(dǎo)致工程方案時長增加，工程建設(shè)成本高，等待建設(shè)周期長。

1.2 現(xiàn)有配電變壓器檢測能力缺口大

配電變壓器作為配電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，每年有近百萬臺新變壓器加入電網(wǎng)。為確保這些設(shè)備能夠安全有效地投入使用，它們需在加入電網(wǎng)前通過一系列復(fù)雜的測試，如絕緣電阻測試、變比測試、空載損耗和工頻耐壓試驗(yàn)等。

目前，居民配電工程開發(fā)商自行采購的入網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不高，投入運(yùn)行后故障率較高，這增加了電網(wǎng)使用的隱患。按照目前的趨勢，國家電網(wǎng)有限公司對于變壓器入網(wǎng)要求會越來越嚴(yán)格，變壓器檢測數(shù)量也會逐年提高。根據(jù)國網(wǎng)山東省電力公司發(fā)布的《關(guān)于開展高效節(jié)能配電變壓器專項(xiàng)抽檢工作的通知》，青島地區(qū)的變壓器年度檢測需求約為2 000 臺，山東省內(nèi)共有12 個檢儲配基地，但基于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室固定檢測工位的變壓器檢測模式，以青島基地為例，該模式的年平均檢測僅為500 臺，檢測能力不足。

1.3 人工檢測安全風(fēng)險大

在傳統(tǒng)變壓器檢測模式中，大量工序如裝卸、送檢、轉(zhuǎn)場以及高壓電氣試驗(yàn)等仍然依賴于人工操作，該操作方式的檢測效率低并且存在顯著的安全風(fēng)險。尤其在進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)和絕緣電阻測試等電氣試驗(yàn)過程中，工作人員需要近距離接觸高壓設(shè)備，高風(fēng)險的操作環(huán)境易發(fā)生觸電事故。

2 智能化變壓器檢儲配方案設(shè)計(jì)

本文提出智能化變壓器檢儲配方案，將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)進(jìn)行整合，將傳統(tǒng)檢測試驗(yàn)室和庫房改進(jìn)為預(yù)裝式組合方艙。通過融合質(zhì)檢、倉儲、配送的智能流水線來實(shí)現(xiàn)物資自動檢測、動態(tài)存儲和智能配送。同時檢測試驗(yàn)保持全程在線，檢測結(jié)果自動上傳，減少人為失誤。此外，自動檢測能夠提升檢測公信力和權(quán)威性，減少人力投入成本，提升檢測效率。

該方案包括檢測方艙布局設(shè)計(jì)、全品類變壓器智能檢測系統(tǒng)以及基于重載四向穿梭車的智慧物流系統(tǒng)，三者由調(diào)度算法進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)無人化變壓器檢測。

2.1 檢測方艙布局設(shè)計(jì)

為了在集約化的空間內(nèi)高效整合變壓器檢測、運(yùn)輸和存儲3 個功能，檢測方艙被劃分為物流區(qū)和檢測區(qū)兩個功能區(qū)，如圖1 所示。

在物流區(qū)中，出入倉設(shè)有智能行吊，負(fù)責(zé)變壓器在室外的運(yùn)輸，將變壓器送入轉(zhuǎn)出檢測倉。檢測方艙內(nèi)變壓器由四向穿梭車經(jīng)通道倉運(yùn)輸至不同區(qū)域。存儲倉用于暫存檢測完成的變壓器。

在檢測區(qū)中，預(yù)檢倉主要承擔(dān)機(jī)器視覺相關(guān)的檢測任務(wù)，以確保變壓器各部件的外觀和尺寸符合規(guī)范。實(shí)驗(yàn)倉則專注于執(zhí)行絕緣電阻測試、變比測試等電氣標(biāo)準(zhǔn)化檢測程序，以評估變壓器的電氣性能和安全性。中控倉負(fù)責(zé)變壓器的器件拆卸和組裝工作，確保檢測過程中各部件得以正確拆解與重組。該區(qū)域設(shè)計(jì)旨在通過最大化方艙自動檢測能力來提升操作效率和減少人工干預(yù)，從而降低潛在的安全風(fēng)險。

通過檢測方艙模塊化的設(shè)計(jì)，組成了融合質(zhì)檢、倉儲、配送的智能流水線，實(shí)現(xiàn)變壓器自動檢測、動態(tài)存儲、智能配送。

2.2 全品類變壓器智能檢測系統(tǒng)

為了解決傳統(tǒng)人工檢測模式中存在的效率和安全方面的問題，本方案在設(shè)計(jì)中引入變壓器的自動檢測系統(tǒng)。變壓器電氣實(shí)驗(yàn)中非破壞性實(shí)驗(yàn)包括絕緣電阻測試、變比測試、空載損耗和空載電流測試、負(fù)載損耗和阻抗電壓測試、溫升試驗(yàn)等。變壓器的非電氣實(shí)驗(yàn)有絕緣油測試[2-3]。

電氣實(shí)驗(yàn)要求變壓器進(jìn)行帶電檢測，本方案采用座式機(jī)器人代替人工操作以完成帶電檢測。針對柔性自動接線難點(diǎn)和風(fēng)險，采用座式機(jī)器人方式自動接拆線，在限定的使用空間范圍內(nèi)通過單臺機(jī)器人進(jìn)行兩臺試品對象的全自動接線。針對變比測試中的擋位切換操作，采用機(jī)器人和視覺識別技術(shù)，使用柔性端子、滑軌和進(jìn)步電機(jī)組成的機(jī)械臂，完成干式變壓器擋位調(diào)整。為避免機(jī)器人操作失誤導(dǎo)致的錯檢漏檢，利用變比測試儀和直流電阻測試儀驗(yàn)證擋位是否處于懸浮狀態(tài)。

通過應(yīng)用上述設(shè)計(jì)，檢測系統(tǒng)能夠自動完成10 kV/800 kV·A 及以下干式配電變壓器繞組對地以及繞組間直流絕緣電阻測量、吸收比測量、繞組電阻測量、電壓比測量和聯(lián)結(jié)組標(biāo)號檢定、空載損耗和空載電流測量、短路阻抗和負(fù)載損耗測量、外施耐壓試驗(yàn)、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)、在90% 和110% 額定電壓下空載損耗和空載電流測量等9 項(xiàng)C 級試驗(yàn)，并且實(shí)時上傳試驗(yàn)數(shù)據(jù)至信息管理系統(tǒng)。

在非電氣的變壓器絕緣油測試中，取油口位置姿態(tài)不一，取油過程復(fù)雜，自動化設(shè)備不易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的人機(jī)工程學(xué)操作。因此，采用人工的方式進(jìn)行采油口裝卸、清洗油杯、廢油處理等操作，而使用桁架機(jī)械手夾持色標(biāo)檢測傳感器和激光測距傳感器進(jìn)行絕緣油圖像采集、油品分析和數(shù)據(jù)上傳[4]。

2.3 基于重載四向穿梭車的智慧物流系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)待檢測變壓器在物流區(qū)和檢測區(qū)的無人自動流轉(zhuǎn)，本文設(shè)計(jì)方案中提出重載四向穿梭車的智慧物流系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一種高度自動化的穿梭車，這些穿梭車能夠根據(jù)中控系統(tǒng)的指令自動執(zhí)行存儲和轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)，重載四向穿梭車結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。

重載四向穿梭車采用基于人工智能的液壓多油路平衡系統(tǒng)算法進(jìn)行控制，優(yōu)化了頂升油路在不同負(fù)重下的液壓油流動換向的平穩(wěn)性，其可以根據(jù)不同負(fù)重和不同貨物重心偏移來自動調(diào)節(jié)液壓流量，靜止時可以實(shí)現(xiàn)毫米級精度的貨物重心位置控制。此外，在穿梭車運(yùn)動時可通過調(diào)整加減速來調(diào)節(jié)動平衡，使貨物運(yùn)行更加穩(wěn)定。穿梭車能夠根據(jù)中控指令，實(shí)現(xiàn)智能存儲、檢測場景自動轉(zhuǎn)運(yùn)，從而全面提升檢測效率。

此外，得益于對重載模式下液壓系統(tǒng)和動力電機(jī)的重構(gòu)，以及小空間內(nèi)高負(fù)載的四缸同步液壓系統(tǒng)和高負(fù)載傾斜檢測控制方法的集成，該方案中的穿梭車設(shè)計(jì)承載重量超過3 t，遠(yuǎn)超國內(nèi)市場現(xiàn)有的最大承載標(biāo)準(zhǔn)重量2.5 t。

3 方案實(shí)施成效分析

3.1 本方案建設(shè)與運(yùn)營優(yōu)勢

本方案采用電力智檢方艙替代了傳統(tǒng)的非生產(chǎn)經(jīng)營性用房建設(shè)，減少了復(fù)雜的行政審批流程和政策限制，從而顯著縮短了投資回報(bào)周期。

本方案經(jīng)過3 年的設(shè)計(jì)建設(shè)與調(diào)試，現(xiàn)已進(jìn)入正式運(yùn)行階段，其具有以下優(yōu)勢。

（1）建設(shè)周期短，場地“零”要求。本方案無須購地、審批、基建等流程，可以直接進(jìn)行模塊對接。

（2）小空間、高利用。本方案可以自動進(jìn)行變壓器逐臺、全量檢測，年檢測能力達(dá)到8 000 臺，實(shí)現(xiàn)了1 個傳統(tǒng)工位面積擁有10 個工位的檢測能力。

（3）模塊化、高集成。本方案集裝箱采用模塊化對接，可以根據(jù)需要擴(kuò)展空間和能力。

（4）24 h 連續(xù)試驗(yàn)。本方案可24 h 連續(xù)試驗(yàn)638644f6527c73aee7092e1cc7206ddb694cc8cf0e581482b732795322ebd36f，故設(shè)備利用率得到有效提高。

（5）安全性強(qiáng)。大大削減了電氣實(shí)驗(yàn)的安全隱患。

本方案是在智慧檢儲配基地建設(shè)方面的積極探索，完全符合對現(xiàn)代化、數(shù)字化、智能化檢儲配設(shè)施的管理要求。通過這種創(chuàng)新的基地建設(shè)，提高了設(shè)施運(yùn)營效率，優(yōu)化了資源配置。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

對于電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各級檢測中心，目前國家電網(wǎng)有限公司各地市分公司均有檢儲配基地建設(shè)需求，建設(shè)一座傳統(tǒng)檢儲配基地需投入2700萬元，而基于該方案建設(shè)的檢儲配方艙能夠節(jié)約建設(shè)成本1500萬元。本方案可在同等占地面積下實(shí)現(xiàn)10倍于傳統(tǒng)方案的檢測效率，年檢測能力超8000臺；對于變壓器生產(chǎn)廠家，本方案可以實(shí)現(xiàn)24 h 的自動出廠試驗(yàn)，減少生產(chǎn)廠家試驗(yàn)人員16人，降低年用人成本160萬元。通過接入國家電網(wǎng)有限公司企業(yè)信息門戶云監(jiān)造平臺來達(dá)到檢測結(jié)果互認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，還可降低供應(yīng)商物資到貨檢測不合格后的處罰成本；對于社會各級檢測機(jī)構(gòu)，該方案允許其以較低的成本實(shí)現(xiàn)較高檢測能力，并通過開展社會變壓器檢測業(yè)務(wù)收取檢測費(fèi)用，年檢測收入預(yù)計(jì)超800萬元。具體分析如下。

（1） 總體效益方面： 單廠設(shè)備投資金額為1 200 萬元，每臺檢測費(fèi)用按1000元計(jì)算，預(yù)計(jì)每年檢測收入達(dá)到800 萬元以上，按近年檢測利潤比為60% 計(jì)算，預(yù)計(jì)投資回收周期為2.5年。

（2）建設(shè)成本方面：方艙占地僅需600 m²，整體投資為1 200 萬元。建設(shè)一座與方艙具有同樣檢測及存儲能力的傳統(tǒng)檢儲基地，預(yù)計(jì)占地面積為3000m²，土建投資約為1500萬元，方艙內(nèi)建設(shè)10個標(biāo)準(zhǔn)集成檢測工位需要投資約為1 200 萬元，總投資約為2700 萬元。本方案的占地面積減少了80%。

（3）運(yùn)行效益方面：10 個傳統(tǒng)檢測工位運(yùn)行一般需要18～20人，方艙僅需4～5人，有效降低了人工成本。

3.3 安全效益分析

通過機(jī)器替代人工操作，在帶電檢測時減少了工作人員與變壓器引線、絕緣套管、接線端子等安全風(fēng)險點(diǎn)的接觸。從傳統(tǒng)的設(shè)備到貨入庫、轉(zhuǎn)場、檢測、出庫的全流程人工操作，變?yōu)橹挥谐鋈霂炝鞒逃泄ぷ魅藛T參與，安全風(fēng)險點(diǎn)減少約80%。

4 結(jié)論

本文提出的變壓器檢儲配方案成功實(shí)現(xiàn)了檢測過程的全自動化和智能化，克服了傳統(tǒng)檢測方式在效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性方面的不足。高度集成的模塊化設(shè)計(jì)方案顯著提升了操作效率，降低了人為錯誤和安全隱患，同時達(dá)到了高負(fù)載和精準(zhǔn)檢測的要求。此外，該方案還通過智能物流系統(tǒng)優(yōu)化了物資的流轉(zhuǎn)過程，進(jìn)一步提高了檢測和存儲的靈活性與效率。經(jīng)濟(jì)效益分析表明，該方案大幅節(jié)約了建設(shè)和運(yùn)營成本，預(yù)計(jì)投資回收周期僅為2.5 年，具有較高的市場推廣價值。綜上，該方案不僅滿足了現(xiàn)代電網(wǎng)對變壓器檢測的高要求，也為相關(guān)設(shè)施的未來發(fā)展提供了可靠的技術(shù)支持和成功案例。