基于清洁能源智慧电网关键预警技术的研究与应用

  完成单位：国网山东省电力公司平原县供电公司

  主要完成人：田忠禹、 杨兆强、 邢爱博、 田锐、祖林海、王鹏、路兴平、 邢雁  乔明卿、李军

一、研发背景

春秋检期间，主变、母线的大型停送电和开关及线路复杂停送电任务繁重，运维人员通常要往返多次才能将所需工器具搬到停电设备区，特别是110kV敞开式变电站，工器具室离操作现场较远，从而导致每次停送电的非操作用时很长。为了保证班组对标，运维人员通常要比操作时间提前一个半小时到达操作现场，在紧张的送电完成后，运维人员还要手工缠绕接地线、围栏网，再将所有工具搬回安全工器具室，遇到昼停夜送的时候，运维人员晚上只能休息两三个小时，对运维人员的体力是一大考验，给工作带来了一定的安全隐患。

今年春季，小组成员对2019-2021年运维一班110kV敞开式变电站的主变，35kV、110kV母线等大型停送电操作次数，35kV、110kV线路的复杂停送电操作（主要指开关及线路转检修且需要挂接地线的操作）次数进行了统计：

表1 2019年-2021年运维一班大型及复杂操作次数统计表

由表1可以看出，近三年运维一班平均每年进行主变、母线等大型操作及110kV、35kV线路的复杂停送电操作52次，操作任务非常艰巨。

同时，小组成员对公司管辖部分变电站的总体布局进行了调查，对操作现场和工器具室的距离进行了统计：

表2  操作现场和工器具室的距离统计表

从表2中可以看出，不管是箱式、室内或室外变电站，操作现场和工器具室的距离较远，来回取、放工器具过程繁琐冗余，体力消耗过大，不利于正常操作。

基于清洁能源智慧电网关键预警技术的研究与应用，针对夜间抢修停电时夜间时悬挂着的接地线给运维人员带来安全隐患，因看不清接地线的位置而绊倒的事件发生，研发了“一种便携式告警接地线快速收放装置”；针对春秋检期间主变、母线的大型停送电和开关及线路复杂停送电任务繁重，运维人员要往返多次才能将所需工器具搬到停电设备区，研发了“多功能操作车”；针对夜间做安全措施时，接地线的装设和装设照明问题，研发了“用于架空线路的多功能接地枪”。该系统在现场应用后，有效缩短了停电时间，提高了供电可靠性，推广应用空间广阔，经济社会效益显著。

二、发明团队介绍

国网山东省电力公司平原县供电公司创新工作工作团队现有成员10名，平均年龄38.1岁，是一支年轻有干劲的团队其中硕士研究生7人、高级工程师4人。该团队在工作实践中，先后获得国家发明专利34项，管理创新46项，斩获全国、省市各级奖项100项有余，编写规程论文20余篇。

三、成果(专利)简介

当前电网运行指标与省公司“建设世界一流电网”的要求仍然差距较大，尤其是千户投诉率、故障保修率和10kV故障线路停运率3项指标，同时也是班组对标中最头疼的指标。随着新型城市化建设的快速发展，对电网可靠供电和营商环境的要求也越来越高。为此我公司主要围绕这3项指标，从实现爬楼梯减少停送电时间、夜间抢修安全预警和防止反送电等3方面头脑风暴，基于智能电网关键预警技术进行了研究与应用，全面提高了公司经济效益和社会效益。

1.主要技术内容：（1）为避免春秋检期间主变、母线的大型停送电和开关及线路复杂停送电任务繁重时，运维人员要往返多次才能将所需工器具搬到停电设备区，研发了“多功能操作车”。采用三角型轮代替现有技术中的普通轮，行走过程中遇到上、下楼梯状况时，不必再将车体抬上或抬下即可上楼梯或下楼梯；而且多种设备能够有规律的分类、整理放置在车体上，运输过程中避免了设备之间交互错杂、缠绕混乱现象的发生，施工时能够根据需要将用到的设备取出，管理放置有序，大大提高了施工效率；所有的施工设备能一次性运输，能在相同的时间集齐所有的设备进行施工，避免了时间浪费。（2）为避免因夜间抢修停电时夜间时悬挂着的接地线给运维人员带来安全隐患，因看不清接地线的位置而绊倒的事件发生，研发了“一种便携式告警接地线快速收放装置”，该装置能够它能够对接地线进行快速的收放，能够在收取接地线时，在卷筒上对接地线进行自动排布，能够将接地线有序的排布在卷筒上，能够发出声光报警，能够避免出现因看不清接地线而绊倒的事件发生。（3）为解决了夜间做安全措施时，接地线的装设和装设照明问题，研发了“用于架空线路的多功能接地枪”，设备验电器的验电头提前接触导体端，起到了再次验电防止反送电的作用，保证了安全措施的质量。应用该设备后，装设一组接地线用时由以前的10分钟缩短到了5分钟，达到了提高工作效率的目的，是实现缩短操作时间的成功范例。

2.授权专利情况：本成果含4项授权发明专利、3项授权实用新型专利：“一种电缆沟电缆用夹持进给装置”成果于2021年获得国家发明专利授权，专利号：ZL202010737870.2；“一种新型电力行业用多功能操作车”成果于2019年批发发明专利，专利号：ZL201710094048.7；“一种便携式告警接地线快速收放装置”成果于2019年批发发明专利，专利号：ZL 201710445692.4；“一种便携式接地线绕线装置”成果于2019年批发发明专利，专利号：ZL 201711066487.3）；“多功能操作车”成果于2021年批发实用新型专利，专利号：ZL 202120203460.9；“用于架空线路的多功能操作枪”成果于2014年批发实用新型专利，专利号：ZL 201420363287.X；“一种接地线便携式绕线架”成果于2021年批发实用新型专利，专利号：ZL 201520857717.8）。

3.技术经济指标：一次性搬运；千户投诉率降低21.43%；线路故障率降低19.02%。

4.应用推广情况：项目研发工作完成后，平原县供电公司组织人员进行了项目验收评估，并率先在公司多个变电站进行了试运行，实践表明，该成果实现了安全高效的设计目标，提高了电网供电可靠性，大大优化了营商环境，为全面“建设世界一流配电网”奠定了坚实基础。本项目成果已经在平原公司23个变电站范围内得以推广应用。

5.经济效益情况：一种新型电力行业用多功能操作车应用后，一年共为公司创造直接收益约134万元。若在系统内部推广使用，将会全面提高公司工作效率、降低10千伏线路故障跳闸率，产生可观的经济效益和社会效益，还可以应用于其他行业或者建设工程中，具有很大的开发潜力。

创新点1：研发了“多功能操作车”，实现了自主爬楼梯功能，且能一次性将检修工器具搬运到操作现场，缩短了停送电时间、线路跳闸故障率和客户投诉率。属于电力系统（电网）运行领域，旁证材料为发明专利，专利授权号为：ZL201710094048.7、实用新型专利，专利授权号：ZL202120203460.9。）

多功能操作车不仅省时省力，与传统方法不同的是，它采用三角型轮代替现有技术中的普通轮，行走过程中遇到上、下楼梯状况时，不必再将车体抬上或抬下即可上楼梯或下楼梯；而且多种设备能够有规律的分类、整理放置在车体上，运输过程中避免了设备之间交互错杂、缠绕混乱现象的发生，施工时能够根据需要将用到的设备取出，管理放置有序，大大提高了施工效率；所有的施工设备能一次性运输，能在相同的时间集齐所有的设备进行施工，避免了时间浪费，带来了经济效益和社会效益；使用配电变压器过温自动通信报警装置与传统技术相比，线路跳闸率降低了19.05%，缩短停电时间23.68%，投诉率降低了21.43%，带来了经济效益和社会效益，以下是使用多功能操作车传统对比效果表，从图中可以清楚的看到多功能操作车的优势。

表3  使用前后对比表

新设备被国网平原县供电公司在一系列检修改造中被应用，不仅缩短了停电时间、降低了线路跳闸率、投诉率，而且带来了很大的经济效益和社会效益。

创新点2：研发了“一种便携式告警接地线快速收放装置”，本系统能能够对接地线进行快速的收放，能够在收取接地线时，在卷筒上对接地线进行自动排布，能够将接地线有序的排布在卷筒上，能够发出声光报警，能够避免出现因看不清接地线而绊倒的事件发生。（属于电网供电质量及安全领域，旁证材料为发明专利，专利授权号为：ZL201710445692.4）

以上为告警接地线快速收放装置的原理框图，它通过围栏界定带电区域和安全区域，围栏上设置发光体，夜间也能被清楚看到，以便有效发挥界定作用。为节约用电，设置了光感应器件来感应外界光照强度，在光强较强时，自动关闭发光体。为避免围栏的警示作用不明显，在设置了反射式红外传感器，监测周围情况，在探测到人体或动物或工器具触碰围栏或距离围栏很近时，向现场控制器发送信号，由其控制声光报警器灯光闪烁并语音警示，促使人员撤到安全区域；同时，现场控制器将报警信息发送到监控主站和值班人员移动终端进行预警，以便值班人员做好初步准备，在进一步收到入侵信息时，迅速到达现场进行处理。

此技术相对于常用的有线通信传输方式优势明显，本项目采用 GPRS 网络技术进行远程数据传输，针对有线和无线两种传输方案进行了比较，具体如下表所示：

表 4有线和无线两种传输方案对比表

此技术相对于常用的反光型夜用安全围栏有优势明显，针对两种方案进行了比较，具体如下表所示：

表5  传统与现今两种方案比较表

该系统使用后,有效代替了传统线损异常稽查手段，即需要人工从同期线损系统通过数据分析判断异常10千伏分线和台区。现在，当10千伏分线和台区出现异常后，该系统可以直接通过数据分析，锁定具体异常公变或高压用户，并把相关信息发送到运维人员手机上第一时间处理，2021年公司连续12个月入选“国网百强县公司”，29所次入选“国网百强供电所”，

另外，告警接地线快速收放装置与传统技术相比，围栏自带发光体，能在夜间自动开启照明，在夜间确保围栏的可视性，同时为夜间检修提供照明辅助和安全保障，避免夜间施工因照明原因，造成运维人员安全、效率低问题，提高了工作效率，缩短了停电时间，直接带来了经济效益和社会效益；与传统技术相比，本系统能利用无线网络对分散分布的各配变实现有效监控，尤其是偏远地区配变，真正实现无人值守；与传统技术相比，配变设置的门禁系统采用动态密码验证，防止门禁卡丢失或固定密码泄露对配变造成不安全隐患，进一步保证了配变的安全性。

创新点3：研发了“用于架空线路的多功能接地枪”，一并解决了夜间做安全措施时，接地线的装设和装设照明问题，同时设备验电器的验电头提前接触导体端，起到了再次验电防止反送电的作用，保证了安全措施的质量。应用该设备后，装设一组接地线用时由以前的10分钟缩短到了5分钟，达到了提高工作效率的目的，是实现缩短操作时间的成功范例。（属于电网故障及事故领域，旁证材料为实用新型专利，授权专利号为：ZL 201420363287.X）

四、成果（专利）转化情况介绍

该项目目前已经进入省公司转化推广目录。已与山东中茂实业集团签订了采购合同，与聊城公司签订了应用协议。

五、经济效益与社会效益介绍

1．经济效益

本项目成果已经在平原公司23个变电站范围内得以推广应用。基于智能电网关键预警技术的研究与应用在实际在使用后，一年共为公司创造直接收益为133.65万元。若在系统内部推广使用，将会全面提高公司工作效率、降低线路跳闸率，产生可观的经济效益。

2.社会效益

减少了设备停电时间,提高了供电可靠性；降低了客户投诉率，增强了社会大众对供电公司满意度,提升了公司在整个社会上的服务形象。