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变电站电缆沟智能防鼠系统的研制

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vguangxian 发表于 2023-11-11 12:45:49 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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摘要:电网内因小动物而引起的设备短路、二次回路断线、光缆断裂事件时有发生,“老鼠夹”、“粘鼠板”等传统手段难以防治上述隐患。本文通过研制一套变电站电缆沟智能防鼠系统,为有效解决变电站内防鼠难题提供了新的思路和方法。

关键词:电缆沟;防鼠;智能.

引言

变电站中的电缆沟布置型式与现场设备及地形条件有关,但无论是室内还是室外电缆沟,在电缆沟的转弯和交叉处,敷设的电缆弯曲半径过小,有些电缆冗余过多、弯曲过度,使电缆过度紧张弯曲,容易造成电缆绝缘、线芯和外部包皮损伤,鼠、蛇等小动物进入电缆沟、电缆竖井、室内啃咬、短接电缆,特别是薄弱部分,容易引发电力事故。电缆沟、电缆竖井鼠害是变电站安全的一大安全隐患,一直以来,如何驱鼠捕鼠是变电站运维巡视的一项重要工作。

近年来,电网内因小动物而引起的设备短路、二次回路断线、光缆断裂事件时有发生,小动物进入配电室或保护室,严重威胁着电网的安全运行。许多变电站投运时间较早,防小动物设施存在不同程度的老化,防小动物检查点范围广、数量大,部分变电站处于山区,老鼠、蛇等小动物较多,电缆孔洞的封堵、防小动物检查工作面临着较大的困难。目前,按照《公司生产运行管理办法(2018版)》的要求,变电站防小动物检查周期为一季度一次[1][2],检查间隔周期较长,变电运行人员没有有效的设备设施对变电站小动物情况进行实时监测,可能出现小动物事件。

变电运行“三统一、两强化”实施以来,收回大量变电站的运维工作,巡维中心管辖变电站防小动物措施水平参差不齐,整改面临时间、费用等诸多问题。当小动物进入变电站电缆沟、电缆竖井、继电保护室、通信机房内,可能发生如下事故事件:1、咬破电缆,绝缘降低发生短路;2、光缆中断,重要信号无法及时显示;3、保护拒动、误动;4、造成直流接地等。在运维周期内无法及时、有效发现电缆破损情况,难以及时发现电缆沟等处小动物活动情况,但目前的防小动物措施:“老鼠夹”、“粘鼠板”等难以防治上述隐患,公司范围内变电站小动物事件时有发生,传统方法难以解决防治小动物的难题。

1 现状分析

研究小组在2020年10月份至2021年03月对某变电站电缆沟电缆破损状况进行了调查统计分析,对进出主控楼、端子箱、机构箱等重点防小动物设置点进行排查,选择其中15个薄弱点位进行跟踪调查。每个点位抽查25段电缆(每段长0.5米),每月共调查共375段电缆,总计调查共2250段电缆。

小组分析2020年10月份至2021年03月电缆破损情况统计后,对可能造成电缆破损的原因利用“头脑风暴法”,对主要影响因素进行认真分析,发现9项会导致主控楼、端子箱、机构箱处电缆沟电缆出现损伤情况的因素,即:小动物隐患致损、运维不当、电缆沟内积水积油、防小动物措施不完善、新电缆铺设损伤、电缆沟壁发生崩塌、电缆弯曲半径过小、电缆中间接头接触不良、气候条件。小组针对各项因素进行现场查证、分析,发现其中小动物隐患致损、新电缆铺设损伤为统计周期内电缆损伤只要原因。

小组成员对变电站各项记录进行查询,分析统计因新电缆铺设导致电缆沟内原有电缆损伤的数量,查询记录有:设备投运记录、4A系统工作票管理模块、设备工作记录模块,变电站于2020年12月、2021年01月开展过新电缆铺设工作:220kV主变中性点智能投切装置前期相关电缆铺设工作、主变油色谱在线监测装置综合处理单元改造相关电缆铺设工作,对这两个工程新铺设电缆所在电缆沟进行检查,损伤痕迹为施工工艺不当、新电缆重力压制导致外绝缘损伤、电缆破损1根,总计铺设211根,占比很小0.47%,通过加强现场工程质量管理、完善施工工艺、做好防电缆损伤相关安全措施,可以有效避免新电缆铺设造成电缆沟内原有电缆损伤。

巡维中心按《公司生产运行管理办法(2018版)》进行运维,03月开展了防小动物及电缆检查,04月现场检查时再次发现粘鼠板上有老鼠、蛇等小动物,由于缺乏有效监测措施而无法及时得知现场小动物实际活动情况,现场检查结果发现损伤电缆痕迹多为小动物啃咬。经过现场排查确认,变电站截至2021年03月损伤电缆总数为12根,其中小动物致损数为11根,占比92%。为有效解决运维周期内无法对变电站防小动物情况进行实时监测,导致不能及时、有效发现小动物隐患,造成电缆损伤持续增加,甚至引起电力事故事件,研制一种新型实时监测、防治一体的电缆沟防鼠装置势在必行。

2 项目实施

小組秉持“精诚协作、追求卓越”的班组理念,不断集思广益、精益求精、开拓创新,立足工作实际,采取一系列措施,优化班组各项生产业务,解决工作中存在的问题,提高班组日常生产工作效率。

若能通过研制一种新型实时监测、防治一体的电缆沟防鼠装置,对电缆沟内小动物情况进行实时监测,运维人员将能根据监测报警结果及时对报警点进行排查,将有效防治小动物隐患,减少电缆沟内电缆损伤数。根据之前确认电缆沟电缆损伤的要因:小动物隐患损伤电缆,小组成员严格按照5W1H的原则,针对上述原因制定相应对策。

小组成员针对如何有效研制一种新型实时监测、防治一体的电缆沟防鼠装置实现设定目标进行了分析,基于目前运维工作的实际情况,小组充分讨论提出以下需求分析:轻巧便于安装、降低电缆沟电缆损伤率、具备当老鼠出现时在释放超声波、成本低、安全清洁节能、具备消息通知功能。

研究小组成员应用“头脑风暴法”针对如何有效研制一种新型实时监测、防治一体的电缆沟防鼠装置实现设定目标进行了分析,基于目前运维工作的实际情况,提出研制一种智能防鼠系统,实时对老鼠活动情况进行检测,通过覆盖区域内的设备对老鼠进行行动监测、范围联动驱赶、诱导定点捕捉、防治结合于一体,通过部署的设备不仅能达成防鼠目的外还能对防治区域内进行数据的采集,实时预警通知管理员及对应设备位置,系统可准确显示覆盖区域内任意时间段内的防鼠情况。通过网络AT指令链接控制设备、光栅监测或人工智能检测预警系统以达成对老鼠探测的目的、触发自动启动不同频段的超声波干扰老鼠并刺激老鼠神经,让老鼠无法忍受达到驱赶目的,不同的频段自动切换让老鼠无法适应,启动联动驱赶、诱导定点捕捉,降低电缆沟内电缆因老鼠啃咬致损率、有效解决电缆沟内老鼠隐患。

经小组讨论明确新装置的研制要点为轻巧便于安装、有效降低电缆沟电缆损伤率、驱捕结合、具备消息通知功能、成本低、安全清洁节能。通过开展头脑风暴,对比多种方案,最终选定由单片机进行控制集蜂鸣器、传感器、信息转换处理、信息发送装置、电源、捕鼠笼于一体的智能防鼠装置。小组对方案进行分解,明确各组件、模块的实际组成方式,制定各功能实现方式和途径,对确定的最佳方案,采取以下6个对策:1、总模块设计;2、总模块电路设计,对电路板焊制,编写程序,并烧录程序;3、电源模块设计;4、组装;5、定制装置外壳;6、现场实际使用。小组成员明确分工和完成时间,制定目标和对应措施。从安全性、功能性、经济性等方面对各组件、模块进行选择。

蜂鸣器的选择为超声波压电陶瓷蜂鸣器,根据压电效应制成,可通过电子线路进行控制特定时候产生高频超声波,安全性较好;可通过电子线路产生频率范围广、驱鼠能力强;功耗小、体积小价格区间为40-100元。

单片机的选择为RV-STAR开发板单片机,自身开发简便,抗干扰能力强,外接接口丰富运算速度快,内部集成高速10位A/D转换器,通过对市场调查,RV-STAR开发板单片机价格区间为300-500元。

信号发送模块的选择为SIM 900信号发送模块,可通过GPRS、2G、3G、4G网络进行信号发送,安全性能良好,能通过单片机信号控制回路及时发送信息,模块价格区间为50-100元,需要插入SIM卡,通信费用200-300元/年。

信号发送模块的选择为集成单片机数模转换芯片,将数模转换芯片集成至单片机,由单片机直接对数模转换进行控制,通过对市场调查,集成型数模转换芯片价格区间为10-20元。

其他功能模块的选择为MH-Sensor光敏电阻模块、SW-420/520D震动传感器模块、CN3791电池充电板模块、WS-6/24V电源管理模块。

(1)总模块设计:

目标:完成超声波模块设计,开关机、传感器灵敏度、频率的设计,信息发送模块设计,电源模块设计

措施:每个模块的组成部件;理论验证目标实现的合理性。

(2)总模块电路设计,对电路板焊制,编写程序,并烧录程序:

目标:实现震动传感器启动超声波模块功能;实现信息发送模块功能。

措施:购买单片机模块超声波压电陶瓷蜂鸣器、SIM 900信号发送模块、集成数模转换芯片、光敏电阻、震动传感器、长效连续捕鼠利器;根据电路设计图焊接电路板;烧录程序,实验功能是否正常实现。

(3)电源模块设计:

目标:USB/光伏双供电模式

措施:设计供电接口电路;购买电池充电板模块、电源管理模块等完成电源模块设计组装。

(4)组装:

目标:感应故障物时发出超声波并进行数据传输,实验信息发送模块是否可靠运行。

措施:组装出完整的装置;验证对策目标。

结合需要实现的功能,将设计超声波驱赶器模块、人机数据交换模块、电源供电模块,其中超声波驱赶器模块分为触发模块和超声波释放处理模块。

3 实施效益

项目实施过程中,小组成员对电缆沟智能防鼠系统功能进行校准及验证,当有小动物进入系统监测范围内时,系统对应功能模块启动,向运行维护人员发送报警信息,达到预订设计目标。

小组将制成的电缆沟智能防鼠装置分别安装于变电站防小动物薄弱点进行监测应用,跟踪统计。每月对变电站内装设智能防鼠系统电缆沟电缆损坏量进行检查分析,每个点位检查全部电缆,每月共调查共106段电缆,总计跟踪检查525段电缆,均未出现电缆损伤数量增加;总计报警次数12次、捕获小动物15只,电缆沟智能防鼠系统效果经6个月验证,防鼠效果良好。

项目实施后,实现了实时对老鼠行动情况进行检测、报警、驱赶、捕捉等,解决运维周期内无法及时、有效发现电缆破损情况、难以及时发现电缆沟等处小动物行动情况等安全隐患问题,有效减少电缆沟内老鼠数量、有效降低老鼠啃咬致损电缆数量,提高电网安全稳定运行水平。目前没有电缆沟相关防鼠装置和系统,本项目研制一种基于硬件设备的多功能电缆沟智能防鼠系统,包括数据采集模块、数据预警模块、数据防控模块以及运维策略模块,其技术关键点及创新点为:由集中控制装置进行控制,由光栅检测或人工智能检测系统、区域联动超声波驱鼠系统、诱捕系统、信息转换处理及发送装置、电源等组成,对老鼠情况进行检测并实现信息报送、联动驱逐、诱导捕捉、防治结合于一体。

通过对电缆沟智能防鼠系统的连续试验与应用,我们成功的将电缆平均损伤数量降低到了我们的预定目标,使得课题得到圓满解决。为了巩固活动成果,我们制定了以下巩固措施:

(1)对变电站驱鼠问题进行探讨改进,提高精确度,进一步提高班组分析问题,解决问题的能力。

(2)巡维中心所辖其他变电站推广运用,为管控好变电站防小动物运维不到位风险奠定良好的基础;

(3)电缆沟智能防鼠系统申请国家专利;

(4)把本次QC活动的经验和成果推广到其他运行班组。

4 结束语

本次项目取得了成功,改善了巡维中心防小动物及电缆检查工作的方法,有效解决电缆损坏数量持续增加的问题,为解决电缆沟、电缆竖井、继电保护室、通信机房内防小动物措施困难提供了新的思路和方法。下一步,巡维中心小组将继续创新改进,不断努力,进一步提高运维工作的质量及效率。通过持续调查、统计数据、深入分析,团结协作,共同努力实现了预定的项目目标,本次项目从质量意识、问题意识、改进意识、参与意识、质量管理方法、工具应用等各方面大大提高了小组人员素质,取得了巨大的无形效果。同时使我们学会如何在活动中运用科学的方法,也体会了集思广益、开拓进取,动手动脑能力和创新能力也得到了明显提高,极大的优化了班组工作效率、为管控变电站防小动物运维不到位风险奠定良好的基础,同时也为今后课题的开展奠定了扎实的基础。

电缆沟智能防鼠装置的应用,不仅解决了运维周期内无法及时、有效发现电缆破损情况,难以及时发现电缆沟等处小动物活动情况等安全隐患问题,同时大量减轻运维人员防小动物检查运维工作量,提高工作效率。

参考文献

[1]《云南电网有限责任公司生产运行管理办法(2018版)》.

[2]《变电设备运维规程(试行)》.

作者简介:马学林,男,本科,云南蒙自,电气工程及其自动化专业。






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