陳欽榮 吳思思 梁 磊 朱桂華

近日，在2023 年廣西科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，南方電網(wǎng)廣西電網(wǎng)公司榮獲2022 年度廣西科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1 項(xiàng)、二等獎(jiǎng)4 項(xiàng)，獲獎(jiǎng)數(shù)量和質(zhì)量居獲獎(jiǎng)企業(yè)首位。這也是該公司連續(xù)兩年獲得廣西科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，充分展現(xiàn)了中央駐桂企業(yè)在科技創(chuàng)新、能源保障等方面的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

這背后，是近年來(lái)廣西電網(wǎng)公司積極推動(dòng)科技創(chuàng)新工作向縱深發(fā)展，不斷完善科技創(chuàng)新體制機(jī)制，深化創(chuàng)新項(xiàng)目“揭榜掛帥制”，優(yōu)化創(chuàng)新評(píng)價(jià)考核體系，加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和成果轉(zhuǎn)化，推動(dòng)科技創(chuàng)新工作不斷取得新突破。6 月2 日，筆者實(shí)地探訪部分重點(diǎn)科研項(xiàng)目，探秘廣西電網(wǎng)新科技。

無(wú)人機(jī)無(wú)線充電自主巡檢

在廣西南寧市忠良村的上空，一架執(zhí)行了數(shù)千米配電線路巡視任務(wù)的無(wú)人機(jī)自主?？吭跅U塔上的“無(wú)人機(jī)停機(jī)坪”，自動(dòng)進(jìn)入無(wú)線充電模式。約30分鐘后，“滿電復(fù)活”的無(wú)人機(jī)再次騰空而起，繼續(xù)按設(shè)定航線執(zhí)行巡檢任務(wù)。

這是廣西電網(wǎng)公司最新研發(fā)的科技創(chuàng)新成果“無(wú)線充電無(wú)人機(jī)及機(jī)巢”。好比手機(jī)無(wú)線充電一樣，這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)的無(wú)線充電。當(dāng)電量不足時(shí)，按照設(shè)定航線執(zhí)行巡檢拍照任務(wù)的無(wú)人機(jī)會(huì)自動(dòng)前往安裝在電桿上的機(jī)巢，只要落到預(yù)設(shè)的場(chǎng)域里，不需要插拔“插頭”，就會(huì)進(jìn)入無(wú)線充電模式。完成充電后，無(wú)人機(jī)會(huì)繼續(xù)執(zhí)行巡檢任務(wù)，直至所有任務(wù)完成，全程自動(dòng)化不用人為干預(yù)。

近年來(lái)，為全面推動(dòng)數(shù)字電網(wǎng)及新型電力系統(tǒng)建設(shè)，廣西電網(wǎng)公司提出了無(wú)人機(jī)在輸變配領(lǐng)域的發(fā)展思路，建成“機(jī)巡為主、人巡為輔”的智能巡線模式?！皺C(jī)巡”替代“人巡”工作取得了長(zhǎng)足發(fā)展，供電局已大量采用無(wú)人機(jī)開(kāi)展日常線路巡檢工作。

然而，利用無(wú)人機(jī)開(kāi)展巡線工作，最大的困擾是無(wú)人機(jī)的續(xù)航問(wèn)題。通常情況下，一塊容量7000 毫安時(shí)的電池，能讓無(wú)人機(jī)快速巡航約5 至8 千米。可電力線路往往有二三十千米，有的甚至長(zhǎng)達(dá)上百千米，巡線人員就要在線路延伸處等候，不斷更換電池，綿延山里的線路，還得翻山越嶺趕過(guò)去。另一方面，目前電力巡檢主要采用飛手操作無(wú)人機(jī)巡檢的工作方式，也無(wú)法滿足智能巡檢發(fā)展需求。

南方電網(wǎng)廣西電力科學(xué)研究院陳紹南博士介紹，解決無(wú)人機(jī)自主巡航痛點(diǎn)，主流方案有兩種，一種采用機(jī)械臂幫助無(wú)人機(jī)更換電池，成本較高，單建1 個(gè)帶機(jī)械臂的機(jī)巢就得花費(fèi)六七十萬(wàn)元。另一種是接觸式充電，對(duì)無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)定位插拔充電“插頭”要求高，并且由于觸頭是金屬的，長(zhǎng)期在戶外環(huán)境容易被氧化銹蝕和磨損，導(dǎo)致充不上電，尤其像南方“回南天”這樣的潮濕天氣，觸頭銹蝕風(fēng)險(xiǎn)更是成倍增大。

“我們有成熟的無(wú)線充電技術(shù)，為什么不運(yùn)用到無(wú)人機(jī)巡線工作中，讓無(wú)人機(jī)無(wú)線充電、自主續(xù)航呢？不僅提高效率，也可以降低巡線工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。”陳紹南和同事們決心探索將無(wú)線充電技術(shù)應(yīng)用于無(wú)人機(jī)全自主補(bǔ)電上，推動(dòng)電力系統(tǒng)巡檢技術(shù)向智能化發(fā)展。他們于2020 年申報(bào)“無(wú)線充電無(wú)人機(jī)及機(jī)巢”項(xiàng)目，開(kāi)啟了研發(fā)之路。

可研發(fā)道路卻一波三折。與無(wú)線充電汽車(chē)安裝大型充電裝置不同，加裝在無(wú)人機(jī)上的無(wú)線充電裝置，其重量大小直接影響飛機(jī)的巡航速度、續(xù)航時(shí)間、安全性和抗風(fēng)等級(jí)等，如何既保證無(wú)線充電效果，又讓無(wú)人機(jī)輕裝上陣？“剛開(kāi)始做的無(wú)線充電線圈是圓盤(pán)式，安裝在無(wú)人機(jī)腳架底部，發(fā)現(xiàn)容易遮擋無(wú)人機(jī)攝像頭旋轉(zhuǎn)記錄的‘視線’。改成螺旋管式線圈，解決了‘遮眼’問(wèn)題，但重量并沒(méi)有降下來(lái)，還是不行，又繼續(xù)攻關(guān)。”項(xiàng)目組對(duì)無(wú)線充電模式、裝置構(gòu)造、模塊優(yōu)化等開(kāi)展深入鉆研，反復(fù)試驗(yàn)、驗(yàn)證，不斷推倒重來(lái)。

對(duì)于給無(wú)人機(jī)提供無(wú)線充電的機(jī)巢，也在反復(fù)試驗(yàn)中不斷優(yōu)化。參與研發(fā)的廣西電力科學(xué)研究院專家莫宇鴻說(shuō)：“剛開(kāi)始做出來(lái)的機(jī)巢體積大，重量達(dá)上百公斤，長(zhǎng)寬高都接近1 米。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，不斷優(yōu)化機(jī)巢機(jī)械結(jié)構(gòu)及空間布局，大幅縮減了體積，降低了成本?！?/p>

功夫不負(fù)有心人。2022 年底，項(xiàng)目組成功建成配電線路無(wú)線充電無(wú)人機(jī)自主巡檢示范工程，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)無(wú)線充電的穩(wěn)定性與輕量化的統(tǒng)一，充電裝置重量降到180 克以內(nèi)，無(wú)人機(jī)充電最優(yōu)效率達(dá)到91%，大幅提高巡檢效率和巡檢安全性。

陳紹南在介紹“無(wú)線充電無(wú)人機(jī)和機(jī)巢”項(xiàng)目（圖片由廣西電網(wǎng)公司提供）

據(jù)介紹，該項(xiàng)研究成果有效解決了接觸式充電觸頭氧化、接觸不良造成的充電慢、無(wú)法充電的難題；首次探索適用于電力巡檢的飛控邏輯、無(wú)線通信優(yōu)化方案等，實(shí)現(xiàn)了全線路自主巡檢。該研究成果獲得PCT 國(guó)際專利授權(quán)1 項(xiàng)，發(fā)明專利授權(quán)6 項(xiàng)，并在2023 年5 月舉辦的能源產(chǎn)業(yè)“綠能星”高質(zhì)量系列獎(jiǎng)項(xiàng)公益評(píng)選上榮獲一等獎(jiǎng)。

與傳統(tǒng)接觸式充電相比，無(wú)線充電具備無(wú)接觸磨損、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、免維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，避免了因接觸不良、接口氧化等原因造成的無(wú)人機(jī)無(wú)法充電問(wèn)題。

“無(wú)線充電機(jī)巢解決了接觸式充電經(jīng)常出現(xiàn)的觸點(diǎn)老化、防潮防塵性能差、對(duì)位不精準(zhǔn)、充不上電等系列問(wèn)題，徹底實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程快速補(bǔ)電?！蹦戏诫娋W(wǎng)廣西河池東蘭供電局城郊供電所配電線路維護(hù)班楊有權(quán)介紹。

“自主巡檢無(wú)人機(jī)只要下達(dá)命令就可以完成作業(yè)任務(wù)，中間不需要干預(yù)，也不用考慮電池電量不足等問(wèn)題，極大解放了我們一線運(yùn)維人員?！蹦戏诫娋W(wǎng)廣西崇左供電局變電管理所上龍巡維班甘杰創(chuàng)說(shuō)。

目前，這項(xiàng)科技成果已在南寧供電局10 千伏才忠線、河池東蘭供電局武篆供電所10 千伏納烈線、梧州藤縣10 千伏平政線開(kāi)展示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)、無(wú)人機(jī)多機(jī)巢全自主巡檢圖片采集功能。下一步，還將計(jì)劃在桂林漓江核心景區(qū)、崇左輸配電一體化巡檢示范區(qū)進(jìn)行安裝示范運(yùn)行。

大功率電動(dòng)大巴實(shí)現(xiàn)邊走邊充

一輛經(jīng)過(guò)專門(mén)設(shè)計(jì)的電動(dòng)公交車(chē)在無(wú)線充電試驗(yàn)車(chē)道行駛。與常規(guī)的公交客車(chē)不同，這輛車(chē)不用加油，也不用停下來(lái)充電，可以邊走邊充。這是廣西電力科學(xué)研究院的最新研究成果，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了大功率電動(dòng)汽車(chē)邊走邊充的突破。

“車(chē)輛在無(wú)線充電車(chē)道上行駛1 個(gè)小時(shí)可充電60 度，3 小時(shí)即可充滿一輛大型電動(dòng)公交車(chē)?！睆V西電力科學(xué)研究院無(wú)線傳能技術(shù)專家吳曉銳介紹，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了功率效率的全面提升，額定輸出功率達(dá)到60 千瓦，充電效率也達(dá)到82.7%，這在電動(dòng)汽車(chē)移動(dòng)式無(wú)線充電領(lǐng)域均處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

據(jù)了解，廣西電力科學(xué)研究院早在2012 年就開(kāi)始電動(dòng)汽車(chē)移動(dòng)式無(wú)線充電技術(shù)研究，在2015 年，率先建成了國(guó)內(nèi)第一條電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電車(chē)道，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)移動(dòng)式無(wú)線充電示范工程空白。

近年來(lái)，廣西電力科學(xué)研究院專家團(tuán)隊(duì)繼續(xù)攻堅(jiān)研發(fā)，聯(lián)合廣西交投科技有限公司、重慶大學(xué)、宇通客車(chē)股份有限公司，在廣西南寧市青秀區(qū)廣西交投科技有限公司科研實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)60 千瓦電動(dòng)汽車(chē)大功率移動(dòng)式無(wú)線充電示范工程，是目前國(guó)內(nèi)工程化最成熟的電動(dòng)汽車(chē)移動(dòng)式無(wú)線充電項(xiàng)目。

該項(xiàng)目成果對(duì)推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)移動(dòng)式無(wú)線充電工程化應(yīng)用具有顯著的示范引領(lǐng)作用，為下一步開(kāi)展成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化推動(dòng)奠定了基礎(chǔ)。該技術(shù)將率先在快速公交車(chē)、旅游景區(qū)觀光車(chē)、機(jī)場(chǎng)擺渡車(chē)等固定線路推廣應(yīng)用，并逐步推廣到城市道路及高速路應(yīng)用，將極大地提高電動(dòng)汽車(chē)的充電便捷性和靈活性，為電動(dòng)汽車(chē)的推廣和普及提供了更加可靠和便利的技術(shù)支持。

吳曉銳介紹大功率無(wú)線充電大巴（圖片由廣西電網(wǎng)公司提供）

“機(jī)器代人”高空更換絕緣子

機(jī)器人乘坐絕緣斗臂車(chē)升至高空，靠近變電站龍門(mén)架的絕緣子串后，通過(guò)隨身攜帶的工具包，一手固定住要更換的瓷瓶片，一手旋轉(zhuǎn)瓷瓶至合適的角度，左右手協(xié)同作業(yè)，拆除劣化絕緣子，安裝新絕緣子，完成后自動(dòng)收起工具包。整個(gè)過(guò)程，左右手協(xié)同開(kāi)工，自如地旋轉(zhuǎn)、卡位、拆除、安裝，一氣呵成。

這是廣西電力科學(xué)研究院成功研制的國(guó)際首套變電站懸式絕緣子檢測(cè)與更換機(jī)器人工作的場(chǎng)景。

“相比傳統(tǒng)人工檢測(cè)，這位機(jī)器人對(duì)每片絕緣子片檢測(cè)時(shí)間不超過(guò)10 秒鐘，并且實(shí)現(xiàn)了絕緣子的自主更換作業(yè)，一線工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全性得到極大提升?！表?xiàng)目牽頭人、廣西電力科學(xué)研究院的南方電網(wǎng)一級(jí)專家郭麗娟介紹。

據(jù)了解，絕緣子是電網(wǎng)系統(tǒng)中大量使用的基礎(chǔ)器件，由于長(zhǎng)期暴露在戶外，日曬雨淋，自然積污，并且經(jīng)受著機(jī)械、電氣的多重考驗(yàn)。一旦有一片絕緣子出現(xiàn)劣化，整串絕緣子的絕緣功能就會(huì)受到影響，危及電網(wǎng)安全，所以電網(wǎng)工人必須定期登高給絕緣子串做體檢，及時(shí)更換受損的絕緣子。由于絕緣子架設(shè)在高空中，絕緣子的低、零值檢測(cè)以及劣化絕緣子的更換一直是電網(wǎng)運(yùn)維工作的“老大難”，特別對(duì)于變電站懸式絕緣子，重達(dá)上百斤的絕緣子串，日常維護(hù)需要多人高空高強(qiáng)度協(xié)同作戰(zhàn)。

“整個(gè)作業(yè)過(guò)程都在高空完成，尤其高溫暴曬天氣，長(zhǎng)時(shí)間在高空開(kāi)展這樣耗體力、作業(yè)要求高、危險(xiǎn)性高的工作，是很辛苦的，這也是我們研發(fā)這個(gè)機(jī)器人代替人工作業(yè)的驅(qū)動(dòng)力?！惫惥瓯硎荆鳛楸Ｕ想娋W(wǎng)安全運(yùn)行的核心業(yè)務(wù)，電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維存在危險(xiǎn)性高、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，她牽頭組建了技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)展“變電站懸式絕緣子檢測(cè)與更換機(jī)器人”項(xiàng)目研發(fā)工作。

絕緣子檢測(cè)與更換機(jī)器人系統(tǒng)包括移動(dòng)升降平臺(tái)、雙臂協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)、專用作業(yè)工具包等 謝國(guó)汕/攝

“難度最大的是位姿調(diào)整機(jī)械臂技術(shù)?！惫惥杲榻B，位姿調(diào)整機(jī)械臂作為絕緣子及工具包的承載機(jī)構(gòu)，對(duì)其承載能力有極高的要求，專業(yè)上用負(fù)載自重比這個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量。為了研發(fā)滿足復(fù)雜環(huán)境和多任務(wù)需求的輕質(zhì)大負(fù)載機(jī)械臂，團(tuán)隊(duì)提出了多種機(jī)械臂構(gòu)型及驅(qū)動(dòng)方案，對(duì)每種組合都開(kāi)展了建模分析和仿真論證，基于活動(dòng)度與負(fù)載導(dǎo)向的機(jī)構(gòu)綜合方法，最終設(shè)計(jì)研制出大負(fù)載自重比的串并聯(lián)復(fù)合機(jī)械臂，其負(fù)載自重比達(dá)到1.95 ∶1。

1.95 ∶1 是個(gè)什么概念？“這相當(dāng)于一個(gè)舉重運(yùn)動(dòng)員，抓起自身體重近兩倍的重物，然后舉上來(lái)?！惫惥暾f(shuō)。然而，負(fù)重舉高只是機(jī)器人的基本功，更換單片絕緣子的“手術(shù)”，需要機(jī)器人在舉重的同時(shí)開(kāi)展復(fù)雜精細(xì)的操作，這對(duì)于機(jī)器人靈活、精準(zhǔn)地調(diào)整角度、位置、姿勢(shì)以及力道大小都有極高要求，“它不僅是優(yōu)秀的舉重運(yùn)動(dòng)員，還得是技術(shù)精湛的手術(shù)醫(yī)生?！?/p>

為了讓機(jī)器人能靈活進(jìn)行“手術(shù)”，郭麗娟和團(tuán)隊(duì)給機(jī)器人設(shè)計(jì)了5 個(gè)能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，除了上下、左右、前后自由移動(dòng)外，針對(duì)絕緣子串懸垂弧度以及交叉角度的特殊性，項(xiàng)目組還專門(mén)設(shè)計(jì)讓機(jī)器人擁有2 個(gè)特殊的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，能自如旋轉(zhuǎn)調(diào)整到合適的角度。

“不僅讓機(jī)器人能自由調(diào)整位姿，還得讓它練成精準(zhǔn)的‘手上功夫’?！眳⑴c研發(fā)的廣西電力科學(xué)研究院技術(shù)人員謝國(guó)汕介紹，絕緣子插拔銷(xiāo)的定位和作業(yè)有很多細(xì)節(jié)，容不得一點(diǎn)偏差?！敖^緣子片與片之間是有連接的，連接處就是插銷(xiāo)點(diǎn)，相當(dāng)于把各個(gè)絕緣子片連接組裝在一起的關(guān)節(jié)點(diǎn)，怎么在復(fù)雜的高空室外環(huán)境下實(shí)現(xiàn)插拔銷(xiāo)定位和作業(yè)，精準(zhǔn)地把銷(xiāo)釘給推出來(lái)，機(jī)械手之間怎么協(xié)同作業(yè)，這都是極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。”

在沒(méi)有任何先例可以借鑒的情況下，郭麗娟帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)集智攻關(guān)，最終成功研制出絕緣子檢測(cè)與更換機(jī)器人系統(tǒng)，包括移動(dòng)升降平臺(tái)、雙臂協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)、專用作業(yè)工具包等，于2022 年12月通過(guò)廣西壯族自治區(qū)組織的項(xiàng)目驗(yàn)收。該項(xiàng)目成果依托廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和南方電網(wǎng)重點(diǎn)項(xiàng)目，突破了機(jī)器人在高空、狹窄空間、強(qiáng)電磁場(chǎng)等復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)動(dòng)、感知、作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展、智能電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步和企業(yè)本質(zhì)安全具有重要的推動(dòng)作用。

目前，該項(xiàng)目成果已經(jīng)在南寧石埠變電站220 千伏門(mén)型架成功實(shí)現(xiàn)了懸式絕緣子串的低、零值檢測(cè)及單片劣化絕緣子自主更換作業(yè)，降低了人工登塔檢測(cè)和更換懸式絕緣子的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性，實(shí)現(xiàn)了“機(jī)器代人”。

機(jī)器人帶電檢測(cè)讓“最可怕溫室氣體”無(wú)所遁形

在變電站檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，攜帶取氣管的機(jī)器人，像拿著檢測(cè)工具的“醫(yī)生”，靈活地檢查設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)，精準(zhǔn)定位六氟化硫泄漏點(diǎn)，并發(fā)出報(bào)警，機(jī)器表盤(pán)上則自動(dòng)顯示出氣體泄漏量值。

由廣西電力科學(xué)研究院成功研制出的國(guó)際首套“絕緣氣體泄漏檢測(cè)機(jī)器人”，憑借國(guó)際領(lǐng)先的泄漏氣體高空接觸式帶電精準(zhǔn)原位檢測(cè)方法，解決了傳統(tǒng)接觸式氣體泄漏檢測(cè)必須設(shè)備停電的難題，提高了氣體泄漏帶電檢出率，降低了檢測(cè)時(shí)間，泄漏缺陷治理后的設(shè)備無(wú)一再發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

在日常電力工作中，存在SF6 設(shè)備漏氣缺陷的運(yùn)維單位因無(wú)法停電，帶電檢測(cè)又難以找到漏點(diǎn)的現(xiàn)象，不但危險(xiǎn)，而且耗時(shí)，并直接影響用戶用電體驗(yàn)。針對(duì)這一難題，郭麗娟和團(tuán)隊(duì)決心用機(jī)器人代替人工進(jìn)行漏點(diǎn)檢測(cè)，他們申報(bào)的“絕緣氣體泄漏檢測(cè)機(jī)器人研發(fā)”項(xiàng)目因具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值獲批南方電網(wǎng)重點(diǎn)科技項(xiàng)目。

絕緣氣體泄漏檢測(cè)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外屬首次研發(fā)，無(wú)參考先例，理論推導(dǎo)、仿真及試驗(yàn)都需要花費(fèi)大量時(shí)間。團(tuán)隊(duì)常常同時(shí)進(jìn)行幾個(gè)方案的試驗(yàn)，最后選擇一個(gè)最優(yōu)方案。比如機(jī)器人操作臂的設(shè)計(jì)就反復(fù)改了8次，關(guān)鍵元件先后嘗試了6種。

負(fù)責(zé)研制絕緣云梯的技術(shù)人員陳梁遠(yuǎn)說(shuō)：“實(shí)驗(yàn)室里條件與室外環(huán)境不同，曾嘗試了3 種技術(shù)方案研制原理樣機(jī)，都因達(dá)不到理想效果被否定了，我們反復(fù)修改、反復(fù)校正，直到滿足室外條件?！?/p>

經(jīng)過(guò)鉆研，郭麗娟團(tuán)隊(duì)成功研制了國(guó)際首臺(tái)絕緣氣體泄漏帶電檢測(cè)機(jī)器人，經(jīng)電力行業(yè)專家驗(yàn)收后，2020 年起在廣西電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用。

據(jù)介紹，傳統(tǒng)方式采用人工結(jié)合紅外線技術(shù)，對(duì)絕緣氣體泄漏進(jìn)行停電檢修，需要9 個(gè)小時(shí)，不僅耗時(shí)長(zhǎng)，檢測(cè)效果也不理想。運(yùn)用絕緣氣體泄漏檢測(cè)機(jī)器人不僅不需要停電，檢測(cè)時(shí)間比原來(lái)縮短了80%以上，帶電檢測(cè)精準(zhǔn)度從平均60%大幅提高至95%以上。

目前，絕緣氣體泄漏檢測(cè)機(jī)器人在廣西電網(wǎng)所屬供電局凱歌站、橋圩站、江南站等變電站的長(zhǎng)期重復(fù)漏氣設(shè)備上成功檢測(cè)出六氟化硫氣體泄漏點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了氣體泄漏點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，減少了“最可怕溫室氣體”六氟化硫的排放。泄漏缺陷治理后的設(shè)備至今未發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

以絕緣子檢測(cè)與更換機(jī)器人、絕緣氣體泄漏檢測(cè)機(jī)器人作為“機(jī)器人支撐電網(wǎng)設(shè)備智慧運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”成果的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，項(xiàng)目通過(guò)了中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)組織的成果鑒定，以中國(guó)工程院院士王耀南為主任的鑒定委員會(huì)認(rèn)為，“項(xiàng)目技術(shù)難度大，取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性技術(shù)成果，在機(jī)器人支撐電網(wǎng)設(shè)備智慧運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”?？蒲谐晒皺C(jī)器人支撐電網(wǎng)設(shè)備智慧運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”還榮獲2022 年度廣西壯族自治區(qū)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

“我們的目標(biāo)就是讓機(jī)器人代替人工更安全、更高效開(kāi)展電網(wǎng)設(shè)備的智慧運(yùn)維，降低一線工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性?！惫惥瓯硎?，將持續(xù)深入推進(jìn)機(jī)器人開(kāi)展電網(wǎng)設(shè)備智慧運(yùn)維，推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展和智能電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步，更好服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展。

讓電網(wǎng)擁有“敏銳感官”“聰明大腦”

傳感器對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，就像人體中的神經(jīng)末梢。傳統(tǒng)的電力傳感器存在體積大、成本高、安裝運(yùn)維復(fù)雜、無(wú)法物聯(lián)等痛點(diǎn)問(wèn)題，制約了電網(wǎng)感知的廣度、深度和密度。

廣西電力科學(xué)研究院專家團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“小微智能傳感器”，只有鼠標(biāo)大小，其突出的特點(diǎn)是不僅體積小、重量輕，還能實(shí)現(xiàn)自取能和數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，而且安裝方便，卡上去就能用，既能測(cè)量電網(wǎng)中的電流、電壓，還能測(cè)量溫度。安裝在設(shè)備上的智能傳感器，就像給設(shè)備扣上了“微型的智能手環(huán)”，可24 小時(shí)不間斷對(duì)設(shè)備進(jìn)行“望聞問(wèn)切”的狀態(tài)感知和診斷，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

廣西電力科學(xué)研究院金慶忍博士介紹：“我們之所以研究‘小微智能傳感器’，是為了讓電網(wǎng)更透明。就像我們出門(mén)使用導(dǎo)航一樣，可以隨時(shí)隨地了解路況信息。有了‘小微智能傳感器’，就可以非常清晰地了解到線路的電流大小、電壓高低、溫度情況等，有利于我們的運(yùn)維人員及時(shí)掌握變壓器會(huì)不會(huì)過(guò)載、電壓是不是正常。在配電網(wǎng)的分支線上也都安裝上小微智能傳感器后，我們就可以在后臺(tái)實(shí)時(shí)查看村里每家每戶的用電情況，能夠?yàn)楦玫母纳齐娋W(wǎng)供電質(zhì)量提供技術(shù)支撐。”

該項(xiàng)目首創(chuàng)了非侵入式芯片化電壓/電流精確測(cè)量方法，攻克了傳感器寬范圍可靠自取能、低時(shí)延高可靠無(wú)線通信等工程化共性技術(shù)，首次研制出非侵入式、高精度、厘米級(jí)、無(wú)源無(wú)線的系列電氣量傳感器，包括不同電壓等級(jí)、不同電流大小的小微電壓傳感器和小微電流傳感器，開(kāi)創(chuàng)了厘米級(jí)新型電氣量傳感器替代米級(jí)傳統(tǒng)互感器的全新技術(shù)路線與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐。

鑒定專家組認(rèn)為，項(xiàng)目整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。該項(xiàng)目成果獲得了機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、電力科技創(chuàng)新大獎(jiǎng)、南方電網(wǎng)網(wǎng)公司科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

目前，該項(xiàng)目成果已規(guī)?；瘧?yīng)用于重大保供電場(chǎng)所、新型電力系統(tǒng)示范區(qū)、智能配電臺(tái)區(qū)等眾多場(chǎng)景，并在中國(guó)—東盟冷鏈物流產(chǎn)業(yè)基地等工程的電氣設(shè)計(jì)、橫州市戶用屋頂分布式光伏工程建設(shè)等電網(wǎng)外場(chǎng)景推廣應(yīng)用，有力保障了電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，打造了廣西數(shù)字電網(wǎng)新型電氣量傳感器的應(yīng)用新生態(tài)。

南方電網(wǎng)廣西南寧供電局城西供電分局配電線路搶修班班員盧建洛說(shuō)：“以前夏季負(fù)荷高峰時(shí)期，我們都要到現(xiàn)場(chǎng)來(lái)測(cè)量變壓器的負(fù)荷電流和溫度，現(xiàn)在安裝了‘小微智能傳感器’，就可以坐在辦公室遠(yuǎn)程查看這些數(shù)據(jù)了，極大地提升了我們的運(yùn)維效率”。

隨著越來(lái)越多的小微智能傳感器安裝在電網(wǎng)中，為電網(wǎng)加持了更多的“千里眼”“順風(fēng)耳”，海量的智能傳感器匯聚形成傳感網(wǎng)絡(luò)，讓電網(wǎng)擁有“更敏銳的感官”和“更聰明的大腦”。

廣西電網(wǎng)公司還計(jì)劃將項(xiàng)目成果運(yùn)用到桂林世界級(jí)旅游城市現(xiàn)代化電網(wǎng)、南寧橫州市城區(qū)新型城鎮(zhèn)化配電網(wǎng)、梧州藤縣整縣屋頂光伏等新型電力系統(tǒng)示范區(qū)規(guī)?；茝V應(yīng)用上，并在工礦企業(yè)、智慧醫(yī)院、智能交通、新能源、綠色建筑等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，為電網(wǎng)安全運(yùn)行、用戶能效管理等業(yè)務(wù)提供更加全面的數(shù)據(jù)支撐，不斷滿足人民美好生活的高質(zhì)量電力供應(yīng)需求，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展和人民生活水平的不斷提升。

配電網(wǎng)試驗(yàn)“身臨其境”開(kāi)展

走進(jìn)這個(gè)南方區(qū)域規(guī)模最大的先進(jìn)配電網(wǎng)實(shí)境試驗(yàn)平臺(tái)，可以看到鐵塔、線路、開(kāi)閉所等全類(lèi)型的配電網(wǎng)設(shè)備。在這里可以真實(shí)呈現(xiàn)生產(chǎn)、生活中可能遇到的火災(zāi)、觸電等各類(lèi)故障場(chǎng)景，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)處置。

近期，廣西電網(wǎng)公司建成南方區(qū)域規(guī)模最大的先進(jìn)配電網(wǎng)實(shí)境試驗(yàn)平臺(tái)，并完成多個(gè)專項(xiàng)試驗(yàn)，真實(shí)還原了配電網(wǎng)故障場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)新技術(shù)、新設(shè)備測(cè)試從模擬測(cè)試向?qū)嵕硿y(cè)試的跨越，進(jìn)一步加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的步伐。

“比方說(shuō)，雷擊引發(fā)線路故障，威脅到電網(wǎng)設(shè)備和人身安全，后臺(tái)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并由智能化開(kāi)關(guān)自動(dòng)作出故障隔離等動(dòng)作，不需要人工干預(yù)?！睆V西電力科學(xué)研究院智能電網(wǎng)研究所專家俞小勇介紹。

配電網(wǎng)是電網(wǎng)連接用戶的“最后一公里”。相對(duì)于主電網(wǎng)，配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、運(yùn)行狀況更多變。在有限的場(chǎng)地建設(shè)涵蓋所有典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和典型故障情況的配電網(wǎng)真實(shí)環(huán)境試驗(yàn)平臺(tái)，是一個(gè)較大的考驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)，配電網(wǎng)實(shí)境試驗(yàn)可以靈活、真實(shí)、全景復(fù)現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)百種故障場(chǎng)景和不停電運(yùn)維場(chǎng)景，讓配電網(wǎng)試驗(yàn)可以“身臨其境”。平臺(tái)涵蓋配電網(wǎng)10 余種典型接線模式，主控室可對(duì)多種供電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、量測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程的可視化和智能化。

該平臺(tái)不僅可以模擬常規(guī)配電網(wǎng)運(yùn)行狀況，還具備光伏、風(fēng)力及小水電等新能源接入配電網(wǎng)的運(yùn)行情況模擬能力，無(wú)論接入哪種類(lèi)別、多大規(guī)模的新能源，會(huì)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生怎樣的波動(dòng)或影響，都可以像實(shí)際發(fā)生那樣一目了然，對(duì)新能源充分利用、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行以及構(gòu)建新型電力系統(tǒng)等形成重大利好。

該平臺(tái)是目前南方區(qū)域規(guī)模最大的先進(jìn)配電網(wǎng)實(shí)境試驗(yàn)平臺(tái)，是南方電網(wǎng)新技術(shù)掛網(wǎng)試運(yùn)行基地之一，也是廣西電力裝備科技成果轉(zhuǎn)化中試研究基地的重要組成部分，預(yù)期建設(shè)成為新型配用電領(lǐng)域具有行業(yè)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)與核心競(jìng)爭(zhēng)力的引領(lǐng)型、平臺(tái)型綜合性實(shí)驗(yàn)研究基地，打造配用電領(lǐng)域廣西電網(wǎng)創(chuàng)新“名片”。

以國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)探索電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力

截至2023 年5 月，廣西連續(xù)1900 多天實(shí)現(xiàn)清潔能源全額消納，是南方五?。▍^(qū)）唯一連續(xù)超過(guò)5 年“零棄水、零棄風(fēng)、零棄光”的?。▍^(qū)）。這背后，依托先進(jìn)科研技術(shù)成果，核電安全平穩(wěn)參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻，有效提升廣西電網(wǎng)可調(diào)節(jié)能力，成為廣西充分消納清潔能源的強(qiáng)大推手。

據(jù)了解，出于安全、經(jīng)濟(jì)等多因素考慮，長(zhǎng)期以來(lái)，核電以滿負(fù)荷運(yùn)行為主。隨著核電規(guī)?；?，以及新能源電力裝機(jī)占比持續(xù)走高，電力能源結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，核電仍長(zhǎng)期以滿負(fù)荷運(yùn)行為主的模式受到挑戰(zhàn)。

“一方面，風(fēng)、光等新能源大規(guī)模并網(wǎng)，廣西新能源占比已經(jīng)接近三分之一，出力不穩(wěn)定的高占比新能源導(dǎo)致電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)困難。另一方面，廣西煤電機(jī)組供熱改造后調(diào)節(jié)容量大幅下降，水電調(diào)節(jié)能力受季節(jié)性影響，電力系統(tǒng)電力電量平衡的調(diào)節(jié)資源匱乏。”廣西電力科學(xué)研究院專家文立斌介紹。

如何在保障核電安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，提高其參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，用好每一度清潔能源？廣西電力科學(xué)研究院技術(shù)專家聯(lián)合武漢大學(xué)、防城港核電等開(kāi)展了提升核電機(jī)組涉網(wǎng)安全靈活調(diào)控技術(shù)攻關(guān)。

這項(xiàng)攻關(guān)技術(shù)的難度空前。核裂變必須安全可控，核功率的改變會(huì)對(duì)核裂變反應(yīng)造成影響，稍有偏差，其核裂變性質(zhì)就會(huì)發(fā)生惡性變化，并產(chǎn)生各種連鎖反應(yīng)，后果不堪設(shè)想。

“技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在核電涉網(wǎng)過(guò)程不可測(cè)、不可控、不可調(diào)?！蔽牧⒈蠼榻B，相比火電，核能發(fā)電的控制非常復(fù)雜?；痣娛菬海馃?，可以通過(guò)減少氧氣、減少煤量、或噴水等手段來(lái)控制，但是核燃料不好控制。一旦核燃料棒開(kāi)始燃燒，就像太陽(yáng)發(fā)光一樣，控制它能量釋放過(guò)程很復(fù)雜，必須摸清楚核燃料的反應(yīng)規(guī)律。

文立斌和團(tuán)隊(duì)在攻關(guān)過(guò)程中，首創(chuàng)了核—熱—電精細(xì)化建模及測(cè)辨技術(shù)。通過(guò)建模，對(duì)核電從核能轉(zhuǎn)換熱能、熱能轉(zhuǎn)變電能，整個(gè)過(guò)程對(duì)超溫、超速、功率和頻率突變、核電廠與電網(wǎng)異常故障等環(huán)境進(jìn)行了模擬，實(shí)現(xiàn)了核電涉網(wǎng)全景安全感知仿真推演。

針對(duì)核電特性，技術(shù)專家們發(fā)明了核電—電網(wǎng)耦合安全分析與優(yōu)化控制技術(shù)，解決了核—熱—電系統(tǒng)失調(diào)導(dǎo)致的機(jī)組出力受限問(wèn)題；提出了考慮核電調(diào)峰安全、升/降功率路徑等約束和風(fēng)險(xiǎn)成本的多電源系統(tǒng)靈活調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了核電快速調(diào)頻和階段性深度調(diào)峰。該項(xiàng)成果獲授權(quán)發(fā)明專利75 件，頒布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3 項(xiàng)，發(fā)表SCI/EI 論文62 篇。以中國(guó)工程院院士李立涅為專家委員會(huì)主任委員的鑒定委員會(huì)認(rèn)為，項(xiàng)目整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

“以一臺(tái)1000 兆瓦容量核電機(jī)組來(lái)算，通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，可安全實(shí)現(xiàn)±50 兆瓦快速調(diào)頻以及階段性500 兆瓦深度調(diào)峰。深度調(diào)峰容量就相當(dāng)于5 個(gè)100 兆瓦大型風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量?！蔽牧⒈蠼榻B，技術(shù)研究成果實(shí)現(xiàn)了廣西核電長(zhǎng)期參與電網(wǎng)快速調(diào)頻功能，確保了核安全，促進(jìn)風(fēng)光新能源消納與“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

該項(xiàng)成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)豐碩，中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)鑒定項(xiàng)目整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。在5 月30 日舉行的2023 年廣西科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，廣西電網(wǎng)科研成果“大型核電涉網(wǎng)安全運(yùn)行與優(yōu)化控制技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目”獲2022 年度廣西壯族自治區(qū)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近3 年來(lái)，該技術(shù)成果已應(yīng)用于廣西、福建、海南等多省區(qū)，累計(jì)助力減少碳排放639 萬(wàn)噸。