摘" 要：特高壓工程主設備安裝具有工藝標準要求高、安裝任務重、參與廠家多等特點，在安裝作業(yè)工序交接時，存在上道工序作業(yè)質(zhì)量核驗復雜、質(zhì)量控制依賴安裝人員素質(zhì)、安裝過程質(zhì)量追溯不便，以及安裝單位、監(jiān)理、業(yè)主等單位安裝信息共享困難等問題。為進一步提升特高壓工程主設備安裝管控水平，推動主設備安裝管控的智能化與精細化，文章提出了一種特高壓工程主設備智慧安裝平臺建設思路，并研究了平臺的設計和實現(xiàn)方案，該平臺已應用到某特高壓變電站項目中，實踐表明，智慧安裝平臺的建設，推動了特高壓工程主設備安裝質(zhì)量精細化管理，提升了工程建設效能。

關(guān)鍵詞：特高壓工程；主設備；智慧安裝平臺

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2025）01-0093-07

Research and Application of the Intelligent Installation Platform Construction for the UHV Project Main Equipment

Abstract： High process standards required， large installation tasks， and a large number of participating manufacturers are characteristics of the main equipment installation of UHV projects. There are existing a number of problems， including intricate quality verification of the preceding process operation， quality control that depends on the caliber of the installation personnel， inconvenience in tracking down the quality of the installation process， and difficulties in exchanging installation information between installation units， supervisors， and owners. In order to further enhance the installation and control level of UHV project main equipment and facilitate the intelligent and refined installation and control of the main equipment， this paper proposes a construction idea of an intelligent installation platform for the UHV project main equipment and studies the design and implementation scheme of the platform. The platform has been utilized in one UHV substation project. The practice suggests that the construction of the intelligent installation platform has promoted refined management of installation quality for the UHV project main equipment and enhanced the efficiency of project construction.

Keywords： UHV project; main equipment; intelligent installation platform

0" 引" 言

主設備（主變、高抗、GIS）安裝是特高壓工程電氣設備安裝的主要內(nèi)容，是工程本體建設的重要內(nèi)容之一，是落實特高壓新基建及“六精四化”要求在工程作業(yè)現(xiàn)場管控的重要載體，主設備安裝的質(zhì)量直接關(guān)系到電網(wǎng)本質(zhì)安全。當前特高壓工程主設備安裝中，一方面往往存在著建設工期短、安裝任務重、參與廠家多等特點，另一方面針對安裝過程的工藝標準要求高，如何能夠在兩者之間取得平衡，保質(zhì)保量且又快速準確的完成主設備安裝過程，一直是電網(wǎng)工程人員探索的重點。傳統(tǒng)的主設備安裝過程較少應用數(shù)字化手段，質(zhì)量控制依賴安裝人員的現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗，存在著下道工序時核驗上道工序作業(yè)質(zhì)量較為復雜、作業(yè)過程無法全過程追溯等問題，以變壓器安裝濾油工序為例，往往需要人工多次對油品取樣檢測后才能知道所濾變壓器油是否合格，濾油過程缺乏數(shù)字化監(jiān)測手段，導致濾油工期變長，主設備安裝管控存在薄弱環(huán)節(jié)。

利用數(shù)字化手段，基于主設備安裝現(xiàn)場多樣的環(huán)境感知傳感器，獲取安裝過程監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而反饋指導安裝過程順利進行，形成安裝過程智慧可控，成為主設備安裝數(shù)字化管控發(fā)展的方向。

1" 智慧安裝平臺研究背景

智慧安裝是近年來提出的基建電氣安裝作業(yè)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而實現(xiàn)安裝作業(yè)過程精細化管控，從而輔助安裝作業(yè)的一種技術(shù)手段，通過建立安裝過程監(jiān)測解決方案，實現(xiàn)安裝過程可控、在控。其最先應用到建筑施工領(lǐng)域，如智慧工地[1-3]、智慧公路[4]，后逐漸被引入至特高壓工程主設備安裝領(lǐng)域。國網(wǎng)公司很早就開始了主設備安裝質(zhì)量管控方面的探索。石海波、馬衛(wèi)華等人[5-9]提出了特高壓變電站主設備安裝應遵照的質(zhì)量管理要求與關(guān)鍵點，為主設備安裝質(zhì)量管控提供了指導；江海濤[10]、肖鋒等人[9]研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在主設備安裝中的應用，并提出建立了一種主設備智慧管控平臺，實現(xiàn)對GIS運輸、安裝過程的管控；李煒元、周鵬等人[11-12]提出了在GIS設備安裝過程中建立環(huán)境監(jiān)測和法蘭面對接監(jiān)測系統(tǒng)，從而提升安裝質(zhì)量。這些研究部分解決了GIS安裝過程中存在的過程管控與監(jiān)測問題，提升了安裝質(zhì)量，但是還沒有能夠提出GIS設備從安裝管控、氣務處理的全流程過程監(jiān)測解決方案，同時針對油浸類主設備（主變、高抗）安裝，當前相關(guān)的安裝過程智慧化管控研究較少。

本文提出了一種特高壓工程主設備智慧安裝平臺（簡稱“智慧安裝平臺”）的建設思路，實現(xiàn)了GIS類設備從法蘭面對接安裝到氣務處理的全流程監(jiān)控管理以及油浸類設備（主變、高抗）從濾油、內(nèi)檢、套管安裝、抽真空、真空注油到熱油循環(huán)的全流程管控平臺，以滿足變電站現(xiàn)場安裝管控需要，助力工程高質(zhì)量建設。

2" 智慧安裝平臺設計與實現(xiàn)

2.1" 總體架構(gòu)設計

特高壓工程主設備智慧安裝平臺構(gòu)建了一套主設備安裝過程管控的智能監(jiān)控體系，變壓器/電抗器安裝著力于濾油、內(nèi)檢、附件安裝、抽真空、真空注油到熱油循環(huán)工序，GIS安裝著力于法蘭面對接到氣務處理（抽真空、真空檢漏、充氣、氣體檢測）工序，以主設備安裝工序過程為主線，通過安裝現(xiàn)場的真空機組、氣務一體機、就地監(jiān)控裝置、環(huán)境監(jiān)測儀等智能作業(yè)機具和傳感器，結(jié)合現(xiàn)場物聯(lián)感知網(wǎng)絡，實時獲取主設備安裝過程真實狀態(tài)和安裝現(xiàn)場環(huán)境實際情況，通過對數(shù)據(jù)的監(jiān)控及分析，形成安裝過程預警，輔助安裝過程順利開展。平臺總體上可分為感知層、網(wǎng)絡層、平臺層、應用層四層架構(gòu)，各層相互配合，共同支撐平臺應用。系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖如圖1所示。

2.1.1" 感知層

感知層通過安裝現(xiàn)場多層次的智能安裝機具和傳感器，構(gòu)建安裝現(xiàn)場感知網(wǎng)絡，智能安裝機具側(cè)重于對安裝狀態(tài)進行感知，傳感設備側(cè)重于對現(xiàn)場環(huán)境進行感知。通過感知層，實現(xiàn)安裝現(xiàn)場不同類型數(shù)據(jù)自動采集，為主設備安裝應用提供數(shù)據(jù)支撐。

2.1.2" 網(wǎng)絡層

網(wǎng)絡層主要為系統(tǒng)應用安全可靠的傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù)，由4G/5G移動網(wǎng)絡和有線光纖組成安裝現(xiàn)場傳輸網(wǎng)絡體系，實現(xiàn)智能機具和感知設備數(shù)據(jù)的實時上傳。

2.1.3" 平臺層

平臺層主要負責對安裝過程監(jiān)測數(shù)據(jù)進行清洗、處理與分析，由各類服務組成，包括數(shù)據(jù)服務和各類業(yè)務服務，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的整合分析、安裝作業(yè)狀態(tài)告警，并將結(jié)果數(shù)據(jù)通過服務形式分發(fā)給前端展示應用。

2.1.4" 應用層

應用層主要負責對安裝過程情況展現(xiàn)，由各個工序分析看板組成，為主設備安裝管控提供信息查看支撐和決策依據(jù)，供業(yè)主、監(jiān)理、安裝廠家等各層級用戶使用。

2.2" 網(wǎng)絡架構(gòu)設計

特高壓工程主設備智慧安裝平臺網(wǎng)絡架構(gòu)整體上可分為終端層、網(wǎng)絡層、平臺層、應用層，如圖2所示。

終端層是利用各類智能機具和終端設備獲取安裝過程狀態(tài)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)收集層，根據(jù)安裝設備的不同及接入網(wǎng)絡方式的差別，大致可分為GIS安裝及氣務處理（包含智能扭矩扳手、氣務一體機、SF6綜合測試儀等數(shù)據(jù)）、GIS安裝移動廠房內(nèi)環(huán)境監(jiān)測（包含室內(nèi)攝像頭、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測儀）、油浸設備安裝油務處理（包括真空濾油機、真空機組、干燥空氣發(fā)生器等設備）、油浸設備安裝環(huán)境監(jiān)測（包括室外攝像頭、室外環(huán)境監(jiān)測儀）等不同類型傳感器設備。

網(wǎng)絡層主要由數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡組成，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。針對GIS安裝及氣務處理、GIS安裝移動廠房內(nèi)環(huán)境監(jiān)測、油浸設備安裝環(huán)境監(jiān)測等類別設備，直接通過4G/5G/有線光纖直接傳輸至互聯(lián)網(wǎng)；針對油浸設備安裝油務處理類設備，通過就地監(jiān)控裝置受控單元接入智能機具安裝狀態(tài)感知數(shù)據(jù)，并通過LoRa無線網(wǎng)絡傳輸至智能網(wǎng)關(guān)，由智能網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分發(fā)，同時智能網(wǎng)關(guān)還承擔部分簡單計算分析服務，數(shù)據(jù)分析處理前移至邊緣。

平臺層提供數(shù)據(jù)存儲、分析、計算服務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合處理。

應用層即服務應用，實現(xiàn)主設備安裝監(jiān)控管理。

3" 智慧安裝平臺應用場景

根據(jù)特高壓工程現(xiàn)場條件及應用需求，提供涵蓋油浸設備（主變、高抗）安裝以及GIS設備安裝的主設備智慧安裝平臺。其中油浸設備安裝管控包含了對濾油、內(nèi)檢、附件安裝、抽真空、真空注油和熱油循環(huán)六個作業(yè)場景的全過程監(jiān)控。GIS設備安裝管控涵蓋了從GIS設備從對接面安裝到氣務作業(yè)的動態(tài)監(jiān)測。

3.1" 主變/高抗安裝

通過串接就地監(jiān)控裝置、濾油機、真空機組等設備，對油浸設備安裝過程中濾油、內(nèi)檢、抽真空、真空注油、熱油循環(huán)等工序進行實時監(jiān)控，動態(tài)獲取安裝過程監(jiān)測指標，提高安裝作業(yè)的機械化程度和智能化監(jiān)測水平。

3.1.1" 濾油作業(yè)管控

管理濾油作業(yè)環(huán)節(jié)，以智能化油浸主設備就地監(jiān)控裝置為中心，構(gòu)建智能濾油全封閉濾油監(jiān)控系統(tǒng)。通過對絕緣油相關(guān)參數(shù)，如顆粒度、含水量、含氣量、油溫、油速、油量等在線監(jiān)測、全過程記錄，同時結(jié)合濾油場景二維組態(tài)模型，實現(xiàn)主變/高抗濾油工序仿真模擬，實現(xiàn)對濾油工序全過程監(jiān)測，提高對濾油作業(yè)情況判斷的準確性，如圖3所示。

3.1.2" 內(nèi)檢作業(yè)管控

內(nèi)檢作業(yè)時，需暴露主變或高抗機身，天氣因素如溫度、濕度等因素可能會對設備和檢查過程造成影響[13]。通過接入站區(qū)環(huán)境微氣象監(jiān)測設備，實時監(jiān)測溫度、濕度、風速等環(huán)境數(shù)據(jù)和告警信息，輔助內(nèi)檢工序進行。此外，利用干燥空氣發(fā)生器、真空機組和就地監(jiān)控裝置對露點、內(nèi)部濕度等的自動采集和上傳，提高內(nèi)檢過程安全性和有效性，如圖4所示。

3.1.3" 附件安裝作業(yè)管控

套管吊裝過程應用高精度三維姿態(tài)儀，實時監(jiān)測套管在三維空間中姿態(tài)，并結(jié)合BIM模型實時模擬套管安裝過程，輔助精準對接。此外，利用監(jiān)控視頻等可視化手段，對附件安裝過程進行全過程記錄，提升附件安裝作業(yè)質(zhì)量，如圖5所示。

3.1.4" 抽真空作業(yè)管控

應用真空機組和就地監(jiān)控裝置實時采集變壓器和真空機組內(nèi)部真空度和真空泄漏率，自動判定泄漏率是否合格，并對不合格情況及時告警。此外，真空機組在達到規(guī)定真空度后將自動進行計時，并抽真空合格后提醒現(xiàn)場具備注油條件，實現(xiàn)了抽真空作業(yè)的可控、在控，如圖6所示。

3.1.5" 真空注油作業(yè)管控

將全封閉濾油系統(tǒng)與主變作業(yè)區(qū)的濾油機、真空機組相結(jié)合，實時監(jiān)測油罐注油狀態(tài)及油溫、流量等關(guān)鍵信息，實時監(jiān)測注油狀態(tài)。此外，在濾油機內(nèi)真空度達到標準后，系統(tǒng)將啟動濾油機進行自動注油工作，并自動切換油罐，實現(xiàn)對真空注油作業(yè)全過程監(jiān)控，如圖7所示。

3.1.6" 熱油循環(huán)作業(yè)管控

變壓器出口油溫和熱油循環(huán)時間是熱油循環(huán)作業(yè)兩個關(guān)鍵指標，傳統(tǒng)作業(yè)方式依賴人工測量，易產(chǎn)生測量誤差。通過在主變出油口測加裝溫度傳感器，實時監(jiān)測變壓器出口油溫，避免由熱量損耗導致的油溫誤差。此外，將就地監(jiān)控裝置串接在主變進油口及濾油機間，實現(xiàn)對絕緣油中含水量、含氣量、顆粒度、油溫和流量的持續(xù)監(jiān)測，基本實現(xiàn)了熱油循環(huán)作業(yè)過程恒溫、恒流與恒壓的監(jiān)控，提高現(xiàn)場作業(yè)質(zhì)量，如圖8所示。

3.2" GIS安裝

GIS主設備，在智慧安裝過程中的從設備安裝、氣務作業(yè)等關(guān)鍵工序借助二維碼技術(shù)和智能扭矩扳手、氣務一體機、SF6綜合測試儀等設備監(jiān)控對接、抽真空、充氣、氣體檢測等環(huán)節(jié)，從而持續(xù)提升GIS設備安裝管控水平。

3.2.1" 移動廠房環(huán)境監(jiān)測

GIS設備安裝過程中對環(huán)境的微塵度、微水度都有嚴格要求，以避免漏氣、放電等故障[14-15]。通過在移動廠房、防塵室、防塵棚內(nèi)配備環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測裝置和視頻監(jiān)控攝像頭，實現(xiàn)對GIS安裝作業(yè)環(huán)境質(zhì)量指標（溫度、濕度、空氣潔凈度）的全天候、全時段、自動化和可視化監(jiān)測，以及對廠房內(nèi)作業(yè)過程的實時視頻監(jiān)控。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和告警信息將通過平臺實時展示，便于現(xiàn)場人員及時進行安裝環(huán)境提升，降低由安裝環(huán)境不合格導致質(zhì)量隱患的可能性，如圖9所示。

3.2.2" 法蘭面對接

傳統(tǒng)法蘭面對接過程中使用普通力矩扳手對法蘭面螺栓進行安裝緊固工作，易因操作不當造成螺栓力矩值緊固不夠或超標，甚至出現(xiàn)螺栓漏緊的情況。而智能扳手的應用可以通過內(nèi)置的傳感器和控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化操作，實現(xiàn)力矩值的精準管控[16-18]。

在安裝對接階段，作業(yè)人員使用智能數(shù)顯扳手掃描安裝單元的二維碼以獲取法蘭面單元編碼信息，并按照緊固順序進行螺栓緊固作業(yè)，直到力矩值達到標準范圍，通過傳感器實時監(jiān)測螺栓緊固值，確保緊固力度符合標準要求，提高了工作質(zhì)量和安全性，同時通過數(shù)據(jù)信息化記錄，可以實現(xiàn)對安裝過程的可追溯性，為后續(xù)的質(zhì)量控制和改進提供依據(jù)，如圖10所示。

3.2.3" 氣務作業(yè)管控

現(xiàn)場通過智能化氣務一體機、抽真空智能裝置、充氣裝置等氣務作業(yè)設備完成對主設備氣室氣務作業(yè)過程中抽真空、真空檢漏、充氣、氣體檢測等關(guān)鍵工序的實時數(shù)據(jù)采集及監(jiān)測?，F(xiàn)場操作人員通過氣務機具掃碼槍掃描氣室二維碼，將各工序數(shù)據(jù)與GIS設備氣室進行關(guān)聯(lián)，并完成氣務作業(yè)數(shù)據(jù)讀取。同時監(jiān)測數(shù)據(jù)和告警信息將會實時在平臺上展示，實現(xiàn)氣務處理全流程關(guān)鍵指標的自動監(jiān)控，實現(xiàn)氣務作業(yè)過程精準管控，提升現(xiàn)場氣務處理質(zhì)量和效益，如圖11所示。

4" 結(jié)" 論

本文研究了利用數(shù)字化技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、三維BIM等具體手段，聚焦特高壓工程主設備安裝領(lǐng)域，建設主設備安裝過程智慧監(jiān)控平臺，應用智能化施工機具、現(xiàn)場環(huán)境感知設備與現(xiàn)場安裝作業(yè)深度融合，針對油浸類設備安裝場景，實現(xiàn)濾油、內(nèi)檢、附件安裝、抽真空、真空注油、熱油循環(huán)全工序在線監(jiān)控；針對開關(guān)類設備安裝場景，實現(xiàn)法蘭面安裝、氣務作業(yè)等工序作業(yè)管控，打造安裝環(huán)節(jié)智能監(jiān)測、控制及告警，串聯(lián)業(yè)主、監(jiān)理、安裝廠家、機具廠家等單位安裝管控，提升主設備安裝工作效能，真正實現(xiàn)了主設備安裝過程的智能管控。工程實踐表明，主設備智慧安裝平臺能有效地監(jiān)控安裝過程狀態(tài)，便于不同層級用戶了解安裝現(xiàn)狀，推動主設備安裝逐步走向數(shù)字化、智能化，通過特高壓工程主設備全過程智慧安裝，強化了施工現(xiàn)場主設備的運輸、安裝等階段過程管控，通過采集安裝各環(huán)節(jié)狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合主設備智能化專用機具及現(xiàn)場感知設備，建立了安裝現(xiàn)場安裝過程關(guān)鍵要素監(jiān)測與預警綜合服務體系，多維度實時監(jiān)測設備在運輸、安裝等階段作業(yè)流程狀態(tài)異常等信息，推動了特高壓工程建設質(zhì)量管理的“精雕細刻”，對保障電網(wǎng)本質(zhì)安全具有重要意義。

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