變電站電纜溝智能防鼠系統(tǒng)的研制

馬學(xué)林 李家保 李杰 張巖 李金哲

摘要：電網(wǎng)內(nèi)因小動(dòng)物而引起的設(shè)備短路、二次回路斷線、光纜斷裂事件時(shí)有發(fā)生，“老鼠夾”、“粘鼠板”等傳統(tǒng)手段難以防治上述隱患。本文通過研制一套變電站電纜溝智能防鼠系統(tǒng)，為有效解決變電站內(nèi)防鼠難題提供了新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：電纜溝;防鼠;智能.

引言

變電站中的電纜溝布置型式與現(xiàn)場設(shè)備及地形條件有關(guān)，但無論是室內(nèi)還是室外電纜溝，在電纜溝的轉(zhuǎn)彎和交叉處，敷設(shè)的電纜彎曲半徑過小，有些電纜冗余過多、彎曲過度，使電纜過度緊張彎曲，容易造成電纜絕緣、線芯和外部包皮損傷，鼠、蛇等小動(dòng)物進(jìn)入電纜溝、電纜豎井、室內(nèi)啃咬、短接電纜，特別是薄弱部分，容易引發(fā)電力事故。電纜溝、電纜豎井鼠害是變電站安全的一大安全隱患，一直以來，如何驅(qū)鼠捕鼠是變電站運(yùn)維巡視的一項(xiàng)重要工作。

近年來，電網(wǎng)內(nèi)因小動(dòng)物而引起的設(shè)備短路、二次回路斷線、光纜斷裂事件時(shí)有發(fā)生，小動(dòng)物進(jìn)入配電室或保護(hù)室，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。許多變電站投運(yùn)時(shí)間較早，防小動(dòng)物設(shè)施存在不同程度的老化，防小動(dòng)物檢查點(diǎn)范圍廣、數(shù)量大，部分變電站處于山區(qū)，老鼠、蛇等小動(dòng)物較多，電纜孔洞的封堵、防小動(dòng)物檢查工作面臨著較大的困難。目前，按照《公司生產(chǎn)運(yùn)行管理辦法（2018版）》的要求，變電站防小動(dòng)物檢查周期為一季度一次[1][2]，檢查間隔周期較長，變電運(yùn)行人員沒有有效的設(shè)備設(shè)施對(duì)變電站小動(dòng)物情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，可能出現(xiàn)小動(dòng)物事件。

變電運(yùn)行“三統(tǒng)一、兩強(qiáng)化”實(shí)施以來，收回大量變電站的運(yùn)維工作，巡維中心管轄變電站防小動(dòng)物措施水平參差不齊，整改面臨時(shí)間、費(fèi)用等諸多問題。當(dāng)小動(dòng)物進(jìn)入變電站電纜溝、電纜豎井、繼電保護(hù)室、通信機(jī)房內(nèi)，可能發(fā)生如下事故事件：1、咬破電纜，絕緣降低發(fā)生短路;2、光纜中斷，重要信號(hào)無法及時(shí)顯示;3、保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng);4、造成直流接地等。在運(yùn)維周期內(nèi)無法及時(shí)、有效發(fā)現(xiàn)電纜破損情況，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜溝等處小動(dòng)物活動(dòng)情況，但目前的防小動(dòng)物措施：“老鼠夾”、“粘鼠板”等難以防治上述隱患，公司范圍內(nèi)變電站小動(dòng)物事件時(shí)有發(fā)生，傳統(tǒng)方法難以解決防治小動(dòng)物的難題。

1 現(xiàn)狀分析

研究小組在2020年10月份至2021年03月對(duì)某變電站電纜溝電纜破損狀況進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)進(jìn)出主控樓、端子箱、機(jī)構(gòu)箱等重點(diǎn)防小動(dòng)物設(shè)置點(diǎn)進(jìn)行排查，選擇其中15個(gè)薄弱點(diǎn)位進(jìn)行跟蹤調(diào)查。每個(gè)點(diǎn)位抽查25段電纜（每段長0.5米），每月共調(diào)查共375段電纜，總計(jì)調(diào)查共2250段電纜。

小組分析2020年10月份至2021年03月電纜破損情況統(tǒng)計(jì)后，對(duì)可能造成電纜破損的原因利用“頭腦風(fēng)暴法”，對(duì)主要影響因素進(jìn)行認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)9項(xiàng)會(huì)導(dǎo)致主控樓、端子箱、機(jī)構(gòu)箱處電纜溝電纜出現(xiàn)損傷情況的因素，即：小動(dòng)物隱患致?lián)p、運(yùn)維不當(dāng)、電纜溝內(nèi)積水積油、防小動(dòng)物措施不完善、新電纜鋪設(shè)損傷、電纜溝壁發(fā)生崩塌、電纜彎曲半徑過小、電纜中間接頭接觸不良、氣候條件。小組針對(duì)各項(xiàng)因素進(jìn)行現(xiàn)場查證、分析，發(fā)現(xiàn)其中小動(dòng)物隱患致?lián)p、新電纜鋪設(shè)損傷為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)電纜損傷只要原因。

小組成員對(duì)變電站各項(xiàng)記錄進(jìn)行查詢，分析統(tǒng)計(jì)因新電纜鋪設(shè)導(dǎo)致電纜溝內(nèi)原有電纜損傷的數(shù)量，查詢記錄有：設(shè)備投運(yùn)記錄、4A系統(tǒng)工作票管理模塊、設(shè)備工作記錄模塊，變電站于2020年12月、2021年01月開展過新電纜鋪設(shè)工作：220kV主變中性點(diǎn)智能投切裝置前期相關(guān)電纜鋪設(shè)工作、主變油色譜在線監(jiān)測裝置綜合處理單元改造相關(guān)電纜鋪設(shè)工作，對(duì)這兩個(gè)工程新鋪設(shè)電纜所在電纜溝進(jìn)行檢查，損傷痕跡為施工工藝不當(dāng)、新電纜重力壓制導(dǎo)致外絕緣損傷、電纜破損1根，總計(jì)鋪設(shè)211根，占比很小0.47%，通過加強(qiáng)現(xiàn)場工程質(zhì)量管理、完善施工工藝、做好防電纜損傷相關(guān)安全措施，可以有效避免新電纜鋪設(shè)造成電纜溝內(nèi)原有電纜損傷。

巡維中心按《公司生產(chǎn)運(yùn)行管理辦法（2018版）》進(jìn)行運(yùn)維，03月開展了防小動(dòng)物及電纜檢查，04月現(xiàn)場檢查時(shí)再次發(fā)現(xiàn)粘鼠板上有老鼠、蛇等小動(dòng)物，由于缺乏有效監(jiān)測措施而無法及時(shí)得知現(xiàn)場小動(dòng)物實(shí)際活動(dòng)情況，現(xiàn)場檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)損傷電纜痕跡多為小動(dòng)物啃咬。經(jīng)過現(xiàn)場排查確認(rèn)，變電站截至2021年03月?lián)p傷電纜總數(shù)為12根，其中小動(dòng)物致?lián)p數(shù)為11根，占比92%。為有效解決運(yùn)維周期內(nèi)無法對(duì)變電站防小動(dòng)物情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，導(dǎo)致不能及時(shí)、有效發(fā)現(xiàn)小動(dòng)物隱患，造成電纜損傷持續(xù)增加，甚至引起電力事故事件，研制一種新型實(shí)時(shí)監(jiān)測、防治一體的電纜溝防鼠裝置勢在必行。

2 項(xiàng)目實(shí)施

小組秉持“精誠協(xié)作、追求卓越”的班組理念，不斷集思廣益、精益求精、開拓創(chuàng)新，立足工作實(shí)際，采取一系列措施，優(yōu)化班組各項(xiàng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)，解決工作中存在的問題，提高班組日常生產(chǎn)工作效率。

若能通過研制一種新型實(shí)時(shí)監(jiān)測、防治一體的電纜溝防鼠裝置，對(duì)電纜溝內(nèi)小動(dòng)物情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，運(yùn)維人員將能根據(jù)監(jiān)測報(bào)警結(jié)果及時(shí)對(duì)報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行排查，將有效防治小動(dòng)物隱患，減少電纜溝內(nèi)電纜損傷數(shù)。根據(jù)之前確認(rèn)電纜溝電纜損傷的要因：小動(dòng)物隱患損傷電纜，小組成員嚴(yán)格按照5W1H的原則，針對(duì)上述原因制定相應(yīng)對(duì)策。

小組成員針對(duì)如何有效研制一種新型實(shí)時(shí)監(jiān)測、防治一體的電纜溝防鼠裝置實(shí)現(xiàn)設(shè)定目標(biāo)進(jìn)行了分析，基于目前運(yùn)維工作的實(shí)際情況，小組充分討論提出以下需求分析：輕巧便于安裝、降低電纜溝電纜損傷率、具備當(dāng)老鼠出現(xiàn)時(shí)在釋放超聲波、成本低、安全清潔節(jié)能、具備消息通知功能。

研究小組成員應(yīng)用“頭腦風(fēng)暴法”針對(duì)如何有效研制一種新型實(shí)時(shí)監(jiān)測、防治一體的電纜溝防鼠裝置實(shí)現(xiàn)設(shè)定目標(biāo)進(jìn)行了分析，基于目前運(yùn)維工作的實(shí)際情況，提出研制一種智能防鼠系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)老鼠活動(dòng)情況進(jìn)行檢測，通過覆蓋區(qū)域內(nèi)的設(shè)備對(duì)老鼠進(jìn)行行動(dòng)監(jiān)測、范圍聯(lián)動(dòng)驅(qū)趕、誘導(dǎo)定點(diǎn)捕捉、防治結(jié)合于一體，通過部署的設(shè)備不僅能達(dá)成防鼠目的外還能對(duì)防治區(qū)域內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，實(shí)時(shí)預(yù)警通知管理員及對(duì)應(yīng)設(shè)備位置，系統(tǒng)可準(zhǔn)確顯示覆蓋區(qū)域內(nèi)任意時(shí)間段內(nèi)的防鼠情況。通過網(wǎng)絡(luò)AT指令鏈接控制設(shè)備、光柵監(jiān)測或人工智能檢測預(yù)警系統(tǒng)以達(dá)成對(duì)老鼠探測的目的、觸發(fā)自動(dòng)啟動(dòng)不同頻段的超聲波干擾老鼠并刺激老鼠神經(jīng)，讓老鼠無法忍受達(dá)到驅(qū)趕目的，不同的頻段自動(dòng)切換讓老鼠無法適應(yīng)，啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)驅(qū)趕、誘導(dǎo)定點(diǎn)捕捉，降低電纜溝內(nèi)電纜因老鼠啃咬致?lián)p率、有效解決電纜溝內(nèi)老鼠隱患。

經(jīng)小組討論明確新裝置的研制要點(diǎn)為輕巧便于安裝、有效降低電纜溝電纜損傷率、驅(qū)捕結(jié)合、具備消息通知功能、成本低、安全清潔節(jié)能。通過開展頭腦風(fēng)暴，對(duì)比多種方案，最終選定由單片機(jī)進(jìn)行控制集蜂鳴器、傳感器、信息轉(zhuǎn)換處理、信息發(fā)送裝置、電源、捕鼠籠于一體的智能防鼠裝置。小組對(duì)方案進(jìn)行分解，明確各組件、模塊的實(shí)際組成方式，制定各功能實(shí)現(xiàn)方式和途徑，對(duì)確定的最佳方案，采取以下6個(gè)對(duì)策：1、總模塊設(shè)計(jì);2、總模塊電路設(shè)計(jì)，對(duì)電路板焊制，編寫程序，并燒錄程序;3、電源模塊設(shè)計(jì);4、組裝;5、定制裝置外殼;6、現(xiàn)場實(shí)際使用。小組成員明確分工和完成時(shí)間，制定目標(biāo)和對(duì)應(yīng)措施。從安全性、功能性、經(jīng)濟(jì)性等方面對(duì)各組件、模塊進(jìn)行選擇。

蜂鳴器的選擇為超聲波壓電陶瓷蜂鳴器，根據(jù)壓電效應(yīng)制成，可通過電子線路進(jìn)行控制特定時(shí)候產(chǎn)生高頻超聲波，安全性較好;可通過電子線路產(chǎn)生頻率范圍廣、驅(qū)鼠能力強(qiáng);功耗小、體積小價(jià)格區(qū)間為40-100元。

單片機(jī)的選擇為RV-STAR開發(fā)板單片機(jī)，自身開發(fā)簡便，抗干擾能力強(qiáng)，外接接口豐富運(yùn)算速度快，內(nèi)部集成高速10位A/D轉(zhuǎn)換器，通過對(duì)市場調(diào)查，RV-STAR開發(fā)板單片機(jī)價(jià)格區(qū)間為300-500元。

信號(hào)發(fā)送模塊的選擇為SIM 900信號(hào)發(fā)送模塊，可通過GPRS、2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)發(fā)送，安全性能良好，能通過單片機(jī)信號(hào)控制回路及時(shí)發(fā)送信息，模塊價(jià)格區(qū)間為50-100元，需要插入SIM卡，通信費(fèi)用200-300元/年。

信號(hào)發(fā)送模塊的選擇為集成單片機(jī)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，將數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片集成至單片機(jī)，由單片機(jī)直接對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制，通過對(duì)市場調(diào)查，集成型數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片價(jià)格區(qū)間為10-20元。

其他功能模塊的選擇為MH-Sensor光敏電阻模塊、SW-420/520D震動(dòng)傳感器模塊、CN3791電池充電板模塊、WS-6/24V電源管理模塊。

（1）總模塊設(shè)計(jì)：

目標(biāo)：完成超聲波模塊設(shè)計(jì)，開關(guān)機(jī)、傳感器靈敏度、頻率的設(shè)計(jì)，信息發(fā)送模塊設(shè)計(jì)，電源模塊設(shè)計(jì)

措施：每個(gè)模塊的組成部件;理論驗(yàn)證目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的合理性。

（2）總模塊電路設(shè)計(jì)，對(duì)電路板焊制，編寫程序，并燒錄程序：

目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)震動(dòng)傳感器啟動(dòng)超聲波模塊功能;實(shí)現(xiàn)信息發(fā)送模塊功能。

措施：購買單片機(jī)模塊超聲波壓電陶瓷蜂鳴器、SIM 900信號(hào)發(fā)送模塊、集成數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、光敏電阻、震動(dòng)傳感器、長效連續(xù)捕鼠利器;根據(jù)電路設(shè)計(jì)圖焊接電路板;燒錄程序，實(shí)驗(yàn)功能是否正常實(shí)現(xiàn)。

（3）電源模塊設(shè)計(jì)：

目標(biāo)：USB/光伏雙供電模式

措施：設(shè)計(jì)供電接口電路;購買電池充電板模塊、電源管理模塊等完成電源模塊設(shè)計(jì)組裝。

（4）組裝：

目標(biāo)：感應(yīng)故障物時(shí)發(fā)出超聲波并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)驗(yàn)信息發(fā)送模塊是否可靠運(yùn)行。

措施：組裝出完整的裝置;驗(yàn)證對(duì)策目標(biāo)。

結(jié)合需要實(shí)現(xiàn)的功能，將設(shè)計(jì)超聲波驅(qū)趕器模塊、人機(jī)數(shù)據(jù)交換模塊、電源供電模塊，其中超聲波驅(qū)趕器模塊分為觸發(fā)模塊和超聲波釋放處理模塊。

3 實(shí)施效益

項(xiàng)目實(shí)施過程中，小組成員對(duì)電纜溝智能防鼠系統(tǒng)功能進(jìn)行校準(zhǔn)及驗(yàn)證，當(dāng)有小動(dòng)物進(jìn)入系統(tǒng)監(jiān)測范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)功能模塊啟動(dòng)，向運(yùn)行維護(hù)人員發(fā)送報(bào)警信息，達(dá)到預(yù)訂設(shè)計(jì)目標(biāo)。

小組將制成的電纜溝智能防鼠裝置分別安裝于變電站防小動(dòng)物薄弱點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測應(yīng)用，跟蹤統(tǒng)計(jì)。每月對(duì)變電站內(nèi)裝設(shè)智能防鼠系統(tǒng)電纜溝電纜損壞量進(jìn)行檢查分析，每個(gè)點(diǎn)位檢查全部電纜，每月共調(diào)查共106段電纜，總計(jì)跟蹤檢查525段電纜，均未出現(xiàn)電纜損傷數(shù)量增加;總計(jì)報(bào)警次數(shù)12次、捕獲小動(dòng)物15只，電纜溝智能防鼠系統(tǒng)效果經(jīng)6個(gè)月驗(yàn)證，防鼠效果良好。

項(xiàng)目實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)對(duì)老鼠行動(dòng)情況進(jìn)行檢測、報(bào)警、驅(qū)趕、捕捉等，解決運(yùn)維周期內(nèi)無法及時(shí)、有效發(fā)現(xiàn)電纜破損情況、難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜溝等處小動(dòng)物行動(dòng)情況等安全隱患問題，有效減少電纜溝內(nèi)老鼠數(shù)量、有效降低老鼠啃咬致?lián)p電纜數(shù)量，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。目前沒有電纜溝相關(guān)防鼠裝置和系統(tǒng)，本項(xiàng)目研制一種基于硬件設(shè)備的多功能電纜溝智能防鼠系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)警模塊、數(shù)據(jù)防控模塊以及運(yùn)維策略模塊，其技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)為：由集中控制裝置進(jìn)行控制，由光柵檢測或人工智能檢測系統(tǒng)、區(qū)域聯(lián)動(dòng)超聲波驅(qū)鼠系統(tǒng)、誘捕系統(tǒng)、信息轉(zhuǎn)換處理及發(fā)送裝置、電源等組成，對(duì)老鼠情況進(jìn)行檢測并實(shí)現(xiàn)信息報(bào)送、聯(lián)動(dòng)驅(qū)逐、誘導(dǎo)捕捉、防治結(jié)合于一體。

通過對(duì)電纜溝智能防鼠系統(tǒng)的連續(xù)試驗(yàn)與應(yīng)用，我們成功的將電纜平均損傷數(shù)量降低到了我們的預(yù)定目標(biāo)，使得課題得到圓滿解決。為了鞏固活動(dòng)成果，我們制定了以下鞏固措施：

（1）對(duì)變電站驅(qū)鼠問題進(jìn)行探討改進(jìn)，提高精確度，進(jìn)一步提高班組分析問題，解決問題的能力。

（2）巡維中心所轄其他變電站推廣運(yùn)用，為管控好變電站防小動(dòng)物運(yùn)維不到位風(fēng)險(xiǎn)奠定良好的基礎(chǔ);

（3）電纜溝智能防鼠系統(tǒng)申請(qǐng)國家專利;

（4）把本次QC活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)和成果推廣到其他運(yùn)行班組。

4 結(jié)束語

本次項(xiàng)目取得了成功，改善了巡維中心防小動(dòng)物及電纜檢查工作的方法，有效解決電纜損壞數(shù)量持續(xù)增加的問題，為解決電纜溝、電纜豎井、繼電保護(hù)室、通信機(jī)房內(nèi)防小動(dòng)物措施困難提供了新的思路和方法。下一步，巡維中心小組將繼續(xù)創(chuàng)新改進(jìn)，不斷努力，進(jìn)一步提高運(yùn)維工作的質(zhì)量及效率。通過持續(xù)調(diào)查、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、深入分析，團(tuán)結(jié)協(xié)作，共同努力實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的項(xiàng)目目標(biāo)，本次項(xiàng)目從質(zhì)量意識(shí)、問題意識(shí)、改進(jìn)意識(shí)、參與意識(shí)、質(zhì)量管理方法、工具應(yīng)用等各方面大大提高了小組人員素質(zhì)，取得了巨大的無形效果。同時(shí)使我們學(xué)會(huì)如何在活動(dòng)中運(yùn)用科學(xué)的方法，也體會(huì)了集思廣益、開拓進(jìn)取，動(dòng)手動(dòng)腦能力和創(chuàng)新能力也得到了明顯提高，極大的優(yōu)化了班組工作效率、為管控變電站防小動(dòng)物運(yùn)維不到位風(fēng)險(xiǎn)奠定良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也為今后課題的開展奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

電纜溝智能防鼠裝置的應(yīng)用，不僅解決了運(yùn)維周期內(nèi)無法及時(shí)、有效發(fā)現(xiàn)電纜破損情況，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜溝等處小動(dòng)物活動(dòng)情況等安全隱患問題，同時(shí)大量減輕運(yùn)維人員防小動(dòng)物檢查運(yùn)維工作量，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]《云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)運(yùn)行管理辦法（2018版）》.

[2]《變電設(shè)備運(yùn)維規(guī)程（試行）》.

作者簡介：馬學(xué)林，男，本科，云南蒙自，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)。