智能化變壓器檢儲配方案：創新設計與實施成效分析

關鍵詞：變壓器檢測；自動化；智能物流系統；機器人技術

中圖分類號：TM769 文獻標識碼：A

0 引言

在新型電力系統快速發展的背景下，每年新增的變壓器數量顯著增加，變壓器檢測需求激增，這對檢測基地的規模和檢測能力提出了更高要求。傳統的人工檢測方案難以在效率和精準度上同時填補變壓器檢測的需求缺口，因此迫切需要更高效的檢測技術來提升檢測效率和準確性。

1 傳統變壓器檢儲配基地的不足

1.1 大規模檢測基地建設難

在傳統的變壓器檢測基地建設中，流程的復雜性和多階段的審批需求導致了初期巨額投入和方案長時間延期[1]。基地審批流程涉及多個部門，從土地獲取到方案竣工需經歷煩瑣的行政程序和技術評估，這不僅增加了建設成本，還大幅延長了建設周期。因此，傳統檢儲配基地建設除面臨高額的資金需求外，土地審批也相對困難，這導致工程方案時長增加，工程建設成本高，等待建設周期長。

1.2 現有配電變壓器檢測能力缺口大

配電變壓器作為配電系統的關鍵組成部分，每年有近百萬臺新變壓器加入電網。為確保這些設備能夠安全有效地投入使用，它們需在加入電網前通過一系列復雜的測試，如絕緣電阻測試、變比測試、空載損耗和工頻耐壓試驗等。

目前，居民配電工程開發商自行采購的入網設備質量標準不高，投入運行后故障率較高，這增加了電網使用的隱患。按照目前的趨勢，國家電網有限公司對于變壓器入網要求會越來越嚴格，變壓器檢測數量也會逐年提高。根據國網山東省電力公司發布的《關于開展高效節能配電變壓器專項抽檢工作的通知》，青島地區的變壓器年度檢測需求約為2 000 臺，山東省內共有12 個檢儲配基地，但基于現有實驗室固定檢測工位的變壓器檢測模式，以青島基地為例，該模式的年平均檢測僅為500 臺，檢測能力不足。

1.3 人工檢測安全風險大

在傳統變壓器檢測模式中，大量工序如裝卸、送檢、轉場以及高壓電氣試驗等仍然依賴于人工操作，該操作方式的檢測效率低并且存在顯著的安全風險。尤其在進行工頻耐壓試驗和絕緣電阻測試等電氣試驗過程中，工作人員需要近距離接觸高壓設備，高風險的操作環境易發生觸電事故。

2 智能化變壓器檢儲配方案設計

本文提出智能化變壓器檢儲配方案，將互聯網、物聯網、物流網進行整合，將傳統檢測試驗室和庫房改進為預裝式組合方艙。通過融合質檢、倉儲、配送的智能流水線來實現物資自動檢測、動態存儲和智能配送。同時檢測試驗保持全程在線，檢測結果自動上傳，減少人為失誤。此外，自動檢測能夠提升檢測公信力和權威性，減少人力投入成本，提升檢測效率。

該方案包括檢測方艙布局設計、全品類變壓器智能檢測系統以及基于重載四向穿梭車的智慧物流系統，三者由調度算法進行協調，從而實現無人化變壓器檢測。

2.1 檢測方艙布局設計

為了在集約化的空間內高效整合變壓器檢測、運輸和存儲3 個功能，檢測方艙被劃分為物流區和檢測區兩個功能區，如圖1 所示。

在物流區中，出入倉設有智能行吊，負責變壓器在室外的運輸，將變壓器送入轉出檢測倉。檢測方艙內變壓器由四向穿梭車經通道倉運輸至不同區域。存儲倉用于暫存檢測完成的變壓器。

在檢測區中，預檢倉主要承擔機器視覺相關的檢測任務，以確保變壓器各部件的外觀和尺寸符合規范。實驗倉則專注于執行絕緣電阻測試、變比測試等電氣標準化檢測程序，以評估變壓器的電氣性能和安全性。中控倉負責變壓器的器件拆卸和組裝工作，確保檢測過程中各部件得以正確拆解與重組。該區域設計旨在通過最大化方艙自動檢測能力來提升操作效率和減少人工干預，從而降低潛在的安全風險。

通過檢測方艙模塊化的設計，組成了融合質檢、倉儲、配送的智能流水線，實現變壓器自動檢測、動態存儲、智能配送。

2.2 全品類變壓器智能檢測系統

為了解決傳統人工檢測模式中存在的效率和安全方面的問題，本方案在設計中引入變壓器的自動檢測系統。變壓器電氣實驗中非破壞性實驗包括絕緣電阻測試、變比測試、空載損耗和空載電流測試、負載損耗和阻抗電壓測試、溫升試驗等。變壓器的非電氣實驗有絕緣油測試[2-3]。

電氣實驗要求變壓器進行帶電檢測，本方案采用座式機器人代替人工操作以完成帶電檢測。針對柔性自動接線難點和風險，采用座式機器人方式自動接拆線，在限定的使用空間范圍內通過單臺機器人進行兩臺試品對象的全自動接線。針對變比測試中的擋位切換操作，采用機器人和視覺識別技術，使用柔性端子、滑軌和進步電機組成的機械臂，完成干式變壓器擋位調整。為避免機器人操作失誤導致的錯檢漏檢，利用變比測試儀和直流電阻測試儀驗證擋位是否處于懸浮狀態。

通過應用上述設計，檢測系統能夠自動完成10 kV/800 kV·A 及以下干式配電變壓器繞組對地以及繞組間直流絕緣電阻測量、吸收比測量、繞組電阻測量、電壓比測量和聯結組標號檢定、空載損耗和空載電流測量、短路阻抗和負載損耗測量、外施耐壓試驗、感應耐壓試驗、在90% 和110% 額定電壓下空載損耗和空載電流測量等9 項C 級試驗，并且實時上傳試驗數據至信息管理系統。

在非電氣的變壓器絕緣油測試中，取油口位置姿態不一，取油過程復雜，自動化設備不易實現復雜的人機工程學操作。因此，采用人工的方式進行采油口裝卸、清洗油杯、廢油處理等操作，而使用桁架機械手夾持色標檢測傳感器和激光測距傳感器進行絕緣油圖像采集、油品分析和數據上傳[4]。

2.3 基于重載四向穿梭車的智慧物流系統

為實現待檢測變壓器在物流區和檢測區的無人自動流轉，本文設計方案中提出重載四向穿梭車的智慧物流系統。該系統包含一種高度自動化的穿梭車，這些穿梭車能夠根據中控系統的指令自動執行存儲和轉運任務，重載四向穿梭車結構示意圖如圖2 所示。

重載四向穿梭車采用基于人工智能的液壓多油路平衡系統算法進行控制，優化了頂升油路在不同負重下的液壓油流動換向的平穩性，其可以根據不同負重和不同貨物重心偏移來自動調節液壓流量，靜止時可以實現毫米級精度的貨物重心位置控制。此外，在穿梭車運動時可通過調整加減速來調節動平衡，使貨物運行更加穩定。穿梭車能夠根據中控指令，實現智能存儲、檢測場景自動轉運，從而全面提升檢測效率。

此外，得益于對重載模式下液壓系統和動力電機的重構，以及小空間內高負載的四缸同步液壓系統和高負載傾斜檢測控制方法的集成，該方案中的穿梭車設計承載重量超過3 t，遠超國內市場現有的最大承載標準重量2.5 t。

3 方案實施成效分析

3.1 本方案建設與運營優勢

本方案采用電力智檢方艙替代了傳統的非生產經營性用房建設，減少了復雜的行政審批流程和政策限制，從而顯著縮短了投資回報周期。

本方案經過3 年的設計建設與調試，現已進入正式運行階段，其具有以下優勢。

（1）建設周期短，場地“零”要求。本方案無須購地、審批、基建等流程，可以直接進行模塊對接。

（2）小空間、高利用。本方案可以自動進行變壓器逐臺、全量檢測，年檢測能力達到8 000 臺，實現了1 個傳統工位面積擁有10 個工位的檢測能力。

（3）模塊化、高集成。本方案集裝箱采用模塊化對接，可以根據需要擴展空間和能力。

（4）24 h 連續試驗。本方案可24 h 連續試驗638644f6527c73aee7092e1cc7206ddb694cc8cf0e581482b732795322ebd36f，故設備利用率得到有效提高。

（5）安全性強。大大削減了電氣實驗的安全隱患。

本方案是在智慧檢儲配基地建設方面的積極探索，完全符合對現代化、數字化、智能化檢儲配設施的管理要求。通過這種創新的基地建設，提高了設施運營效率，優化了資源配置。

3.2 經濟效益分析

對于電網系統內各級檢測中心，目前國家電網有限公司各地市分公司均有檢儲配基地建設需求，建設一座傳統檢儲配基地需投入2700萬元，而基于該方案建設的檢儲配方艙能夠節約建設成本1500萬元。本方案可在同等占地面積下實現10倍于傳統方案的檢測效率，年檢測能力超8000臺；對于變壓器生產廠家，本方案可以實現24 h 的自動出廠試驗，減少生產廠家試驗人員16人，降低年用人成本160萬元。通過接入國家電網有限公司企業信息門戶云監造平臺來達到檢測結果互認標準，還可降低供應商物資到貨檢測不合格后的處罰成本；對于社會各級檢測機構，該方案允許其以較低的成本實現較高檢測能力，并通過開展社會變壓器檢測業務收取檢測費用，年檢測收入預計超800萬元。具體分析如下。

（1） 總體效益方面： 單廠設備投資金額為1 200 萬元，每臺檢測費用按1000元計算，預計每年檢測收入達到800 萬元以上，按近年檢測利潤比為60% 計算，預計投資回收周期為2.5年。

（2）建設成本方面：方艙占地僅需600 m²，整體投資為1 200 萬元。建設一座與方艙具有同樣檢測及存儲能力的傳統檢儲基地，預計占地面積為3000m²，土建投資約為1500萬元，方艙內建設10個標準集成檢測工位需要投資約為1 200 萬元，總投資約為2700 萬元。本方案的占地面積減少了80%。

（3）運行效益方面：10 個傳統檢測工位運行一般需要18～20人，方艙僅需4～5人，有效降低了人工成本。

3.3 安全效益分析

通過機器替代人工操作，在帶電檢測時減少了工作人員與變壓器引線、絕緣套管、接線端子等安全風險點的接觸。從傳統的設備到貨入庫、轉場、檢測、出庫的全流程人工操作，變為只有出入庫流程有工作人員參與，安全風險點減少約80%。

4 結論

本文提出的變壓器檢儲配方案成功實現了檢測過程的全自動化和智能化，克服了傳統檢測方式在效率、安全性和經濟性方面的不足。高度集成的模塊化設計方案顯著提升了操作效率，降低了人為錯誤和安全隱患，同時達到了高負載和精準檢測的要求。此外，該方案還通過智能物流系統優化了物資的流轉過程，進一步提高了檢測和存儲的靈活性與效率。經濟效益分析表明，該方案大幅節約了建設和運營成本，預計投資回收周期僅為2.5 年，具有較高的市場推廣價值。綜上，該方案不僅滿足了現代電網對變壓器檢測的高要求，也為相關設施的未來發展提供了可靠的技術支持和成功案例。