智能化變壓器檢儲配方案：創(chuàng)新設(shè)計與實施成效分析

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)有實驗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)行工頻耐壓試驗和絕緣電阻測試等電氣試驗過程中，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

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現(xiàn)物資自動檢測、動態(tài)存儲和智能配送。同時檢測試驗保持全程在線，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、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)，從而實現(xiàn)無人化變壓器檢測。

2.1 檢測方艙布局設(shè)計

為了在集約化的空間內(nèi)高效整合變壓器檢測、運輸和存儲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。實驗倉則專注于執(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，組成了融合質(zhì)檢、倉儲、配送的智能流水線，實現(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)計中引入變壓器的自動檢測系統(tǒng)。變壓器電氣實驗中非破壞性實驗包括絕緣電阻測試、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、溫升試驗等。變壓器的非電氣實驗有絕緣油測試[2-3]。

電氣實驗要求變壓器進(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證擋位是否處于懸浮狀態(tài)。

通過應(yīng)用上述設(shè)計，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、感應(yīng)耐壓試驗、在90% 和110% 額定電壓下空載損耗和空載電流測量等9 項C 級試驗，并且實時上傳試驗數(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，靜止時可以實現(xiàn)毫米級精度的貨物重心位置控制。此外，在穿梭車運動時可通過調(diào)整加減速來調(diào)節(jié)動平衡，使貨物運行更加穩(wěn)定。穿梭車能夠根據(jù)中控指令，實現(xiàn)智能存儲、檢測場景自動轉(zhuǎn)運，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 方案實施成效分析

3.1 本方案建設(shè)與運營優(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周期。

本方案經(jīng)過3 年的設(shè)計建設(shè)與調(diào)試，現(xiàn)已進(jìn)入正式運行階段，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。本方案可24 h 連續(xù)試驗638644f6527c73aee7092e1cc7206ddb694cc8cf0e581482b732795322ebd36f，故設(shè)備利用率得到有效提高。

（5）安全性強(qiáng)。大大削減了電氣實驗的安全隱患。

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，本方案可以實現(xiàn)24 h 的自動出廠試驗，減少生產(chǎn)廠家試驗人員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)收取檢測費用，年檢測收入預(yù)計超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，每臺檢測費用按1000元計算，預(yù)計每年檢測收入達(dá)到800 萬元以上，按近年檢測利潤比為60% 計算，預(yù)計投資回收周期為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）運行效益方面：10 個傳統(tǒng)檢測工位運行一般需要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)險點減少約80%。

4 結(jié)論

本文提出的變壓器檢儲配方案成功實現(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)和運營成本，預(yù)計投資回收周期僅為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。