馬學林 李家保 李杰 張巖 李金哲

摘要：電網(wǎng)內因小動物而引起的設備短路、二次回路斷線、光纜斷裂事件時有發(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防鼠難題提供了新的思路和方法。

關鍵詞：電纜溝;防鼠;智能.

引言

變電站中的電纜溝布置型式與現(xiàn)場設備及地形條件有關，但無論是室內還是室外電纜溝，在電纜溝的轉彎和交叉處，敷設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、蛇等小動物進入電纜溝、電纜豎井、室內啃咬、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，如何驅鼠捕鼠是變電站運維巡視的一項重要工作。

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

變電運行“三統(tǒng)一、兩強化”實施以來，收回大量變電站的運維工作，巡維中心管轄變電站防小動物措施水平參差不齊，整改面臨時間、費用等諸多問題。當小動物進入變電站電纜溝、電纜豎井、繼電保護室、通信機房內，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，重要信號無法及時顯示;3、保護拒動、誤動;4、造成直流接地等。在運維周期內無法及時、有效發(fā)現(xiàn)電纜破損情況，難以及時發(fā)現(xiàn)電纜溝等處小動物活動情況，但目前的防小動物措施：“老鼠夾”、“粘鼠板”等難以防治上述隱患，公司范圍內變電站小動物事件時有發(fā)生，傳統(tǒng)方法難以解決防治小動物的難題。

1 現(xiàn)狀分析

研究小組在2020年10月份至2021年03月對某變電站電纜溝電纜破損狀況進行了調查統(tǒng)計分析，對進出主控樓、端子箱、機構箱等重點防小動物設置點進行排查，選擇其中15個薄弱點位進行跟蹤調查。每個點位抽查25段電纜（每段長0.5米），每月共調查共375段電纜，總計調查共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)計后，對可能造成電纜破損的原因利用“頭腦風暴法”，對主要影響因素進行認真分析，發(fā)現(xiàn)9項會導致主控樓、端子箱、機構箱處電纜溝電纜出現(xiàn)損傷情況的因素，即：小動物隱患致?lián)p、運維不當、電纜溝內積水積油、防小動物措施不完善、新電纜鋪設損傷、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。小組針對各項因素進行現(xiàn)場查證、分析，發(fā)現(xiàn)其中小動物隱患致?lián)p、新電纜鋪設損傷為統(tǒng)計周期內電纜損傷只要原因。

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

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

2 項目實施

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，立足工作實際，采取一系列措施，優(yōu)化班組各項生產(chǎn)業(yè)務，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時監(jiān)測、防治一體的電纜溝防鼠裝置，對電纜溝內小動物情況進行實時監(jiān)測，運維人員將能根據(jù)監(jiān)測報警結果及時對報警點進行排查，將有效防治小動物隱患，減少電纜溝內電纜損傷數(shù)。根據(jù)之前確認電纜溝電纜損傷的要因：小動物隱患損傷電纜，小組成員嚴格按照5W1H的原則，針對上述原因制定相應對策。

小組成員針對如何有效研制一種新型實時監(jiān)測、防治一體的電纜溝防鼠裝置實現(xiàn)設定目標進行了分析，基于目前運維工作的實際情況，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、具備當老鼠出現(xiàn)時在釋放超聲波、成本低、安全清潔節(jié)能、具備消息通知功能。

研究小組成員應用“頭腦風暴法”針對如何有效研制一種新型實時監(jiān)測、防治一體的電纜溝防鼠裝置實現(xiàn)設定目標進行了分析，基于目前運維工作的實際情況，提出研制一種智能防鼠系統(tǒng)，實時對老鼠活動情況進行檢測，通過覆蓋區(qū)域內的設備對老鼠進行行動監(jiān)測、范圍聯(lián)動驅趕、誘導定點捕捉、防治結合于一體，通過部署的設備不僅能達成防鼠目的外還能對防治區(qū)域內進行數(shù)據(jù)的采集，實時預警通知管理員及對應設備位置，系統(tǒng)可準確顯示覆蓋區(qū)域內任意時間段內的防鼠情況。通過網(wǎng)絡AT指令鏈接控制設備、光柵監(jiān)測或人工智能檢測預警系統(tǒng)以達成對老鼠探測的目的、觸發(fā)自動啟動不同頻段的超聲波干擾老鼠并刺激老鼠神經(jīng)，讓老鼠無法忍受達到驅趕目的，不同的頻段自動切換讓老鼠無法適應，啟動聯(lián)動驅趕、誘導定點捕捉，降低電纜溝內電纜因老鼠啃咬致?lián)p率、有效解決電纜溝內老鼠隱患。

經(jīng)小組討論明確新裝置的研制要點為輕巧便于安裝、有效降低電纜溝電纜損傷率、驅捕結合、具備消息通知功能、成本低、安全清潔節(jié)能。通過開展頭腦風暴，對比多種方案，最終選定由單片機進行控制集蜂鳴器、傳感器、信息轉換處理、信息發(fā)送裝置、電源、捕鼠籠于一體的智能防鼠裝置。小組對方案進行分解，明確各組件、模塊的實際組成方式，制定各功能實現(xiàn)方式和途徑，對確定的最佳方案，采取以下6個對策：1、總模塊設計;2、總模塊電路設計，對電路板焊制，編寫程序，并燒錄程序;3、電源模塊設計;4、組裝;5、定制裝置外殼;6、現(xiàn)場實際使用。小組成員明確分工和完成時間，制定目標和對應措施。從安全性、功能性、經(jīng)濟性等方面對各組件、模塊進行選擇。

蜂鳴器的選擇為超聲波壓電陶瓷蜂鳴器，根據(jù)壓電效應制成，可通過電子線路進行控制特定時候產(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、驅鼠能力強;功耗小、體積小價格區(qū)間為40-100元。

單片機的選擇為RV-STAR開發(fā)板單片機，自身開發(fā)簡便，抗干擾能力強，外接接口豐富運算速度快，內部集成高速10位A/D轉換器，通過對市場調查，RV-STAR開發(fā)板單片機價格區(qū)間為300-500元。

信號發(fā)送模塊的選擇為SIM 900信號發(fā)送模塊，可通過GPRS、2G、3G、4G網(wǎng)絡進行信號發(fā)送，安全性能良好，能通過單片機信號控制回路及時發(fā)送信息，模塊價格區(qū)間為50-100元，需要插入SIM卡，通信費用200-300元/年。

信號發(fā)送模塊的選擇為集成單片機數(shù)模轉換芯片，將數(shù)模轉換芯片集成至單片機，由單片機直接對數(shù)模轉換進行控制，通過對市場調查，集成型數(shù)模轉換芯片價格區(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）總模塊設計：

目標：完成超聲波模塊設計，開關機、傳感器靈敏度、頻率的設計，信息發(fā)送模塊設計，電源模塊設計

措施：每個模塊的組成部件;理論驗證目標實現(xiàn)的合理性。

（2）總模塊電路設計，對電路板焊制，編寫程序，并燒錄程序：

目標：實現(xiàn)震動傳感器啟動超聲波模塊功能;實現(xiàn)信息發(fā)送模塊功能。

措施：購買單片機模塊超聲波壓電陶瓷蜂鳴器、SIM 900信號發(fā)送模塊、集成數(shù)模轉換芯片、光敏電阻、震動傳感器、長效連續(xù)捕鼠利器;根據(jù)電路設計圖焊接電路板;燒錄程序，實驗功能是否正常實現(xiàn)。

（3）電源模塊設計：

目標：USB/光伏雙供電模式

措施：設計供電接口電路;購買電池充電板模塊、電源管理模塊等完成電源模塊設計組裝。

（4）組裝：

目標：感應故障物時發(fā)出超聲波并進行數(shù)據(jù)傳輸，實驗信息發(fā)送模塊是否可靠運行。

措施：組裝出完整的裝置;驗證對策目標。

結合需要實現(xiàn)的功能，將設計超聲波驅趕器模塊、人機數(shù)據(jù)交換模塊、電源供電模塊，其中超聲波驅趕器模塊分為觸發(fā)模塊和超聲波釋放處理模塊。

3 實施效益

項目實施過程中，小組成員對電纜溝智能防鼠系統(tǒng)功能進行校準及驗證，當有小動物進入系統(tǒng)監(jiān)測范圍內時，系統(tǒng)對應功能模塊啟動，向運行維護人員發(fā)送報警信息，達到預訂設計目標。

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物薄弱點進行監(jiān)測應用，跟蹤統(tǒng)計。每月對變電站內裝設智能防鼠系統(tǒng)電纜溝電纜損壞量進行檢查分析，每個點位檢查全部電纜，每月共調查共106段電纜，總計跟蹤檢查525段電纜，均未出現(xiàn)電纜損傷數(shù)量增加;總計報警次數(shù)12次、捕獲小動物15只，電纜溝智能防鼠系統(tǒng)效果經(jīng)6個月驗證，防鼠效果良好。

項目實施后，實現(xiàn)了實時對老鼠行動情況進行檢測、報警、驅趕、捕捉等，解決運維周期內無法及時、有效發(fā)現(xiàn)電纜破損情況、難以及時發(fā)現(xiàn)電纜溝等處小動物行動情況等安全隱患問題，有效減少電纜溝內老鼠數(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)定運行水平。目前沒有電纜溝相關防鼠裝置和系統(tǒng)，本項目研制一種基于硬件設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)預警模塊、數(shù)據(jù)防控模塊以及運維策略模塊，其技術關鍵點及創(chuàng)新點為：由集中控制裝置進行控制，由光柵檢測或人工智能檢測系統(tǒng)、區(qū)域聯(lián)動超聲波驅鼠系統(tǒng)、誘捕系統(tǒng)、信息轉換處理及發(fā)送裝置、電源等組成，對老鼠情況進行檢測并實現(xiàn)信息報送、聯(lián)動驅逐、誘導捕捉、防治結合于一體。

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

（1）對變電站驅鼠問題進行探討改進，提高精確度，進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用，為管控好變電站防小動物運維不到位風險奠定良好的基礎;

（3）電纜溝智能防鼠系統(tǒng)申請國家專利;

（4）把本次QC活動的經(jīng)驗和成果推廣到其他運行班組。

4 結束語

本次項目取得了成功，改善了巡維中心防小動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、繼電保護室、通信機房內防小動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，不斷努力，進一步提高運維工作的質量及效率。通過持續(xù)調查、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、深入分析，團結協(xié)作，共同努力實現(xiàn)了預定的項目目標，本次項目從質量意識、問題意識、改進意識、參與意識、質量管理方法、工具應用等各方面大大提高了小組人員素質，取得了巨大的無形效果。同時使我們學會如何在活動中運用科學的方法，也體會了集思廣益、開拓進取，動手動腦能力和創(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物運維不到位風險奠定良好的基礎，同時也為今后課題的開展奠定了扎實的基礎。

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

參考文獻

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

[2]《變電設備運維規(guī)程（試行）》.

作者簡介：馬學林，男，本科，云南蒙自，電氣工程及其自動化專業(yè)。