基于信息深度融合的配网电缆及通道全寿命周期精益运检技术与应用

黄震希 朱 强 黄毅标 江 南

(国网福建省电力有限公司福州供电公司，福建 福州 350009)

1 概述

目前，电力电缆使用逐渐成为城市配电网的主要供电形式，福州城区10kV电缆线路7894km，10kV线路电缆化率84.30%，城区内电力井盖共计30万个。在这样的发展背景下，原有电缆专业管理模式、专业水平和技术手段已经不能适应当前配网快速发展、优质服务和精益管理的要求[1]。对此，开展工艺、技术革新，建立完备的配电电缆及通道运检技术体系，对于提高配网可靠性至关重要。

2 现状与存在的问题

首先，由于工井内环境恶劣、所需通风时间长、通道路径不清晰且缺乏经济有效的运检技术手段，电缆及通道日常巡检工作的质量及效率无法得到保障，严重影响电缆及通道的可靠运行和精益管理[2]。

第二，电缆接头是电缆的薄弱部位，传统电缆半导电倒角方法及工具耗时长、效果差，不能满足半导电断口电场均匀的要求，需改进现有技术方法以提升电缆运行可靠性[3]。

第三，由于前期对配网电缆及通道数据信息重视程度不足，数据归集不完整、信息管理不统一，信息数据与运检业务融合深度不足[4]。

第四，传统电缆及通道的运检管控因受技术限制，存在运检任务分配不合理、缺陷记录不完整、信息更新不及时、闭环跟踪不到位等问题，运维人员内业压力较大，缺乏有效的过程管控和验收评价技术支撑[5]。

3 解决思路及措施

3.1 基于RFID信息体系的电缆通道智能巡检设备及应用

针对目前数量庞大、分布广阔的配网电缆工井及通道运维巡视和信息采集需求[6]，需要研制使用灵活、携带方便、操作便捷、经济适用的电缆通道智能巡检设备，包括便携式电力工井可视化探测装置和履带式管道机器人，分别适用于电力工井和电力排管的可视化勘察，结合RFID信息体系，实现信息采集、精准测绘、信息智能交互，达到提质增效的目标。

3.1.1 便携式电力工井探测装置

通过便携式电力工井可视化探测装置，实现智能远端探测电力工井，即无需现场人员下井，在地面即可全景高像素探测勘查电力工井内状况。通过RFID读卡器对电子标签的读取，采集和获取电缆及工井信息，提高电力工井的验收、日常巡视及采集建模等工作效率。

图1 便携式电力工井可视化探测装置

本产品采用手持型外观设计、可伸缩的支架杆，结构轻量化，操作便捷，同时采用最新图像采集技术手段及有害气体识别模块，适用于特殊环境应用领域，具备可伸缩支架及集成转向云台、高分辨率图像采集及气体检测模块。拍摄模块通过电机伺服系统实现视轴稳定及方向控制。配套专用图像处理模块，可以实现拍照、录像等附加功能。采用手持一体化控制设备，大大提高了对特殊环境内部情况进行排查的便利性。

3.1.2 履带式管道机器人

履带式管道机器人可实现电力管道探测小型化、轻便化、智能化[7]，辅助软件算法完成管道三维测绘。日常运维时，可定期对未使用的电力排管进行巡视。排管堵塞或工井被掩埋时，机器人可定位堵塞点或原有工井位置[8]。

图2 履带式管道机器人

本项目的管道机器人主要有爬行、视频回传和三维测绘定位三大功能，可以满足电力排管勘测需求。

3.1.3 设备测试

2020年10月至11月，项目组成员在福州市城区100处电力工井对便携式电力工井可视化探测装置进行试用和测试。电缆及工井巡视勘查和信息采集平均耗时5.4min，最大耗时5.8min，测试过程人员均无需下井，气体检测准确有效，装置满足各类工井和工况环境的探测需求，所拍摄的影像数据均清晰可见，电缆电子标识识别读取信息准确。

2020年1—6月，对福州城区100口工井进行实际应用测试。操控人员通过平板控制机器人行走，从前端实时传输回来的视频可以很清晰查看管道内的情况。本次实际运用效果明显，达到预期目的。

3.2 电缆接头制作关键性新工艺及配套工具

较多电力电缆的击穿部位集中在半导电层断口处，因此需对电缆外半导电层断口进行倒角处理，以均匀断口电场分布，解决断口处电场应力集中问题，防止发生局部放电或击穿故障[9]。

传统的玻璃片法和推刀法产生的缺角或毛刺会破坏外半导电均衡主绝缘层电场作用，且所需时间较长。

3.2.1 电缆半导电层断口倒角“环削法”

传统的玻璃片法和推刀法产生的缺角或毛刺会破坏外半导电均衡主绝缘层电场作用，且所需时间较长。针对传统处理外半导电方法速度慢且处理效果不佳的问题，创新一种新的外半导电处理方法——刀片环削法[10]。

刀片环削法采用刀片取代传统玻璃片，由更为锋利的刀片对外半导电断口进行环削，通常2～4次环削即可完成外半导电层断口倒角，辅以简单的修整和细砂纸打磨可达到断口平整无“台阶”的效果(如图3所示)。

图3 刀片环削法

刀片环削法操作要点如图4所示。刀片环削法操作简单、速度更快、效果更佳，坡度更为平滑，有利于电场均衡，提高电缆使用寿命。

图4 注意要点

3.2.2 电缆外半导电层处理一体式工具

基于“环削法”，发明一种电缆外半导电层处理一体式工具(如图5所示)，实现环切、纵切、环削功能。环切工具操作方法如图6所示。

图5 外半导电层处理一体式工具

图6 工具操作方法

3.3 配网电缆及通道全寿命周期信息系统

本项目按照“静态+动态数据”双维度、分层次归集配网电缆及通道的基础台账数据和运行状态数据，以可视化系统平台为载体，搭建共享、可视的配网电缆及通道全寿命周期数据链。

3.3.1 静态+动态数据构建

考虑信息体系构建需要有效的管理方案作为支撑，数据按照静态和动态双维度分层次梳理归集，其中静态数据是指配网电缆及通道的基础台账数据，通过信息普查建模方式有效归集；动态数据是指电缆运行状态数据，通过质量抽检和状态检测方式跟踪归集。

图7 基础普查数据归集流程

数据来源主要包括：常态化开展电缆质量抽检工作、严格做好电缆入网交接程序、收集局放检测结果数据、振荡波局放试验与超低频介损试验结果归集。

3.3.2 可视化平台归集

以国网设备(资产)运维精益管理系统(GIS2.0)作为可视化平台统一归集并呈现所有信息数据，数据资源可视共享，支持查询、编辑、导入、分析等功能，在线数据做到“同建设、同采集、同运维、同检修”，为应用拓展和智能分析奠定良好基础。

图8 可视化平台归集系统

3.4 通道资源全流程在线可视功能开发

依托配网电缆及通道全寿命周期可视化数据平台，深度拓展研发通道资源全流程在线可视应用功能，涵盖通道规划设计、方案编制、资料审核、管沟验收、在线审批、通道使用、信息反馈、归档终结等，以可视化平台作为载体支撑，通过后台智能分析功能一键规划电缆路径和占用管孔。

3.4.1 在线业务可视功能

通道资源在线业务可视功能分为申请部分、审核部分、管理部分。申请部分涵盖通道规划设计、方案编制、资料审核。审核部分即在线审批环节。管理部分涵盖管沟验收、通道使用、信息反馈、归档终结。

图9 通道资源在线业务示意图

3.4.2 智能分析决策功能

智能分析决策功能包括电缆剖面图分析、路径规划测量、接入路径分析、电源点分析等，协助编制供电方案，并通过与通道资源在线审批对接，快速、高效发起资源审批。

3.5 多维信息精益运检移动终端应用

3.5.1 电缆接头管控功能

研制电缆接头制作管控移动端，现场识别作业人员基本信息，实现电缆技工及施工单位的“双准入”监督管理；监理人员现场拍照上传接头制作关键工序， 技术专家实时管控工艺质量；针对违规作业情况立即给予警告、通报、停工等考核。

图10 电缆接头制作管控移动终端

3.5.2 创建工程信息

运维人员根据工作计划，创建工程任务单，设置计划工作时间、工作地点、施工单位、工作负责人等工程信息，指定监理人员到场监督。

图11 创建工程信息

3.5.3 管控工艺质量

监理人员根据工程时间到场监督，扫描电缆技工安全帽的二维码，现场识别人员信息，严格核实作业资质；现场监督接头制作工艺质量，上传电缆剥削尺寸、预处理情况、安装尺寸等关键工序照片；技术专家线上实时管控电缆接头工艺质量，评价电缆接头完工质量，及时整改不合格接头工艺并给予相应考核。

图12 监理现场初审

3.5.4 完成工程验收

工作票终结前，运维人员核对辖区内的工程项目、施工队伍和电缆技工基本信息，审查接头制作关键工序照片，经现场验收合格后通过工程验收。

3.5.5 配电运维管理功能

配电运维管理模块面向日常电缆及通道运维巡视和信息采集的使用需求，主要功能包括巡视任务管理、缺陷隐患管理、信息读取与查询、信息录入编辑。

4 应用成效

本项目在2019年筹备立项并组织开展技术攻关，2020年完成项目所有技术攻关和系统软件研发，并同步在国网福州供电公司内全面应用。

2020—2021年，国网福州供电公司在市区内全面开展配网电缆及通道信息采集和数据建模工作，同步全覆盖安装电缆及工井的RFID电子标识。在系统数据辅助下，完成城区内配网电缆运行情况全面梳理。根据大数据分析结果，对有可能存在缺陷隐患的电缆有序安排电缆振荡波局放和超低频介损检修试验，及时诊断并处理局放异常、高危缺陷的电缆200条，避免电缆故障引发的大面积停电和停电损失。研发的通道资源全流程在线可视功能有效简化电缆通道规划及使用业务流程，使电源接入点和电缆敷设路径选择更加经济合理，相关业务整体效率提升50%，推动电力营商环境持续优化。

本项目所研发的便携式电力工井探测装置和履带式管道机器人设备高度融合信息技术，代替人工下井作业，减少井下作业时长，运检整体工作效率提升80%。电缆半导电层断口“环削法”工艺和一体式环削工具有效解决电缆外半导电层断口不均匀问题，提升电缆接头制作工艺质量。2020年，公司借助研发的电缆接头制作管控模块，在终端平台开展该项新工艺和工具的推广教学，收到成效。2020—2021年，福州市电缆接头制作工艺质量合格率提升60%，因接头工艺质量问题引发的故障率降低30%。

项目成果相关核心技术已获得国家专利7项，发表论文4篇。项目成果获得行业内外高度肯定，荣获全国电力行业创新成果一等奖、全国发明展览会银奖等荣誉9项。目前，成果已在国网福州供电公司成熟应用2年以上，并在福建省内推广，平均每年可创造经济效益3900万元，为世界一流城市配电网建设提供典型特色示范样本，成功助力公司的品牌建设和形象塑造。

5 结束语

本项目聚焦目前运检技术关键薄弱点，研发便携式电力工井探测装置和履带式管道机器人，提升电缆通道巡检维护和信息采集的工作质量和效率。另外，创新电缆半导电层断口倒角“环削法”及电缆外半导电层处理一体式工具；研发设备全寿命周期数据平台归集配网电缆及通道全寿命周期信息数据，充分挖掘数据价值深度开发业务应用功能；整合多种运维需求，开发多维信息精益运检移动终端应用，实现电缆及通道信息掌上管理，为一流城市配电网建设提供可借鉴的经验。