特高壓工程主設備智慧安裝平臺建設研究與應用

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，在安裝作業工序交接時，存在上道工序作業質量核驗復雜、質量控制依賴安裝人員素質、安裝過程質量追溯不便，以及安裝單位、監理、業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量精細化管理，提升了工程建設效能。

關鍵詞：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容，是工程本體建設的重要內容之一，是落實特高壓新基建及“六精四化”要求在工程作業現場管控的重要載體，主設備安裝的質量直接關系到電網本質安全。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，保質保量且又快速準確的完成主設備安裝過程，一直是電網工程人員探索的重點。傳統的主設備安裝過程較少應用數字化手段，質量控制依賴安裝人員的現場作業經驗，存在著下道工序時核驗上道工序作業質量較為復雜、作業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，濾油過程缺乏數字化監測手段，導致濾油工期變長，主設備安裝管控存在薄弱環節。

利用數字化手段，基于主設備安裝現場多樣的環境感知傳感器，獲取安裝過程監測數據，從而反饋指導安裝過程順利進行，形成安裝過程智慧可控，成為主設備安裝數字化管控發展的方向。

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結合數字化技術、物聯網技術而實現安裝作業過程精細化管控，從而輔助安裝作業的一種技術手段，通過建立安裝過程監測解決方案，實現安裝過程可控、在控。其最先應用到建筑施工領域，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域。國網公司很早就開始了主設備安裝質量管控方面的探索。石海波、馬衛華等人[5-9]提出了特高壓變電站主設備安裝應遵照的質量管理要求與關鍵點，為主設備安裝質量管控提供了指導；江海濤[10]、肖鋒等人[9]研究了物聯網技術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境監測和法蘭面對接監測系統，從而提升安裝質量。這些研究部分解決了GIS安裝過程中存在的過程管控與監測問題，提升了安裝質量，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，實現了GIS類設備從法蘭面對接安裝到氣務處理的全流程監控管理以及油浸類設備（主變、高抗）從濾油、內檢、套管安裝、抽真空、真空注油到熱油循環的全流程管控平臺，以滿足變電站現場安裝管控需要，助力工程高質量建設。

2" 智慧安裝平臺設計與實現

2.1" 總體架構設計

特高壓工程主設備智慧安裝平臺構建了一套主設備安裝過程管控的智能監控體系，變壓器/電抗器安裝著力于濾油、內檢、附件安裝、抽真空、真空注油到熱油循環工序，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，通過安裝現場的真空機組、氣務一體機、就地監控裝置、環境監測儀等智能作業機具和傳感器，結合現場物聯感知網絡，實時獲取主設備安裝過程真實狀態和安裝現場環境實際情況，通過對數據的監控及分析，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、網絡層、平臺層、應用層四層架構，各層相互配合，共同支撐平臺應用。系統的整體架構圖如圖1所示。

2.1.1" 感知層

感知層通過安裝現場多層次的智能安裝機具和傳感器，構建安裝現場感知網絡，智能安裝機具側重于對安裝狀態進行感知，傳感設備側重于對現場環境進行感知。通過感知層，實現安裝現場不同類型數據自動采集，為主設備安裝應用提供數據支撐。

2.1.2" 網絡層

網絡層主要為系統應用安全可靠的傳輸現場數據，由4G/5G移動網絡和有線光纖組成安裝現場傳輸網絡體系，實現智能機具和感知設備數據的實時上傳。

2.1.3" 平臺層

平臺層主要負責對安裝過程監測數據進行清洗、處理與分析，由各類服務組成，包括數據服務和各類業務服務，實現監測數據的整合分析、安裝作業狀態告警，并將結果數據通過服務形式分發給前端展示應用。

2.1.4" 應用層

應用層主要負責對安裝過程情況展現，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，供業主、監理、安裝廠家等各層級用戶使用。

2.2" 網絡架構設計

特高壓工程主設備智慧安裝平臺網絡架構整體上可分為終端層、網絡層、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數據及現場環境數據的數據收集層，根據安裝設備的不同及接入網絡方式的差別，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綜合測試儀等數據）、GIS安裝移動廠房內環境監測（包含室內攝像頭、室內環境監測儀）、油浸設備安裝油務處理（包括真空濾油機、真空機組、干燥空氣發生器等設備）、油浸設備安裝環境監測（包括室外攝像頭、室外環境監測儀）等不同類型傳感器設備。

網絡層主要由數據傳輸網絡組成，是數據傳輸的通道。針對GIS安裝及氣務處理、GIS安裝移動廠房內環境監測、油浸設備安裝環境監測等類別設備，直接通過4G/5G/有線光纖直接傳輸至互聯網；針對油浸設備安裝油務處理類設備，通過就地監控裝置受控單元接入智能機具安裝狀態感知數據，并通過LoRa無線網絡傳輸至智能網關，由智能網關實現數據分發，同時智能網關還承擔部分簡單計算分析服務，數據分析處理前移至邊緣。

平臺層提供數據存儲、分析、計算服務，實現數據整合處理。

應用層即服務應用，實現主設備安裝監控管理。

3" 智慧安裝平臺應用場景

根據特高壓工程現場條件及應用需求，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、內檢、附件安裝、抽真空、真空注油和熱油循環六個作業場景的全過程監控。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的動態監測。

3.1" 主變/高抗安裝

通過串接就地監控裝置、濾油機、真空機組等設備，對油浸設備安裝過程中濾油、內檢、抽真空、真空注油、熱油循環等工序進行實時監控，動態獲取安裝過程監測指標，提高安裝作業的機械化程度和智能化監測水平。

3.1.1" 濾油作業管控

管理濾油作業環節，以智能化油浸主設備就地監控裝置為中心，構建智能濾油全封閉濾油監控系統。通過對絕緣油相關參數，如顆粒度、含水量、含氣量、油溫、油速、油量等在線監測、全過程記錄，同時結合濾油場景二維組態模型，實現主變/高抗濾油工序仿真模擬，實現對濾油工序全過程監測，提高對濾油作業情況判斷的準確性，如圖3所示。

3.1.2" 內檢作業管控

內檢作業時，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]。通過接入站區環境微氣象監測設備，實時監測溫度、濕度、風速等環境數據和告警信息，輔助內檢工序進行。此外，利用干燥空氣發生器、真空機組和就地監控裝置對露點、內部濕度等的自動采集和上傳，提高內檢過程安全性和有效性，如圖4所示。

3.1.3" 附件安裝作業管控

套管吊裝過程應用高精度三維姿態儀，實時監測套管在三維空間中姿態，并結合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，提升附件安裝作業質量，如圖5所示。

3.1.4" 抽真空作業管控

應用真空機組和就地監控裝置實時采集變壓器和真空機組內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，真空機組在達到規定真空度后將自動進行計時，并抽真空合格后提醒現場具備注油條件，實現了抽真空作業的可控、在控，如圖6所示。

3.1.5" 真空注油作業管控

將全封閉濾油系統與主變作業區的濾油機、真空機組相結合，實時監測油罐注油狀態及油溫、流量等關鍵信息，實時監測注油狀態。此外，在濾油機內真空度達到標準后，系統將啟動濾油機進行自動注油工作，并自動切換油罐，實現對真空注油作業全過程監控，如圖7所示。

3.1.6" 熱油循環作業管控

變壓器出口油溫和熱油循環時間是熱油循環作業兩個關鍵指標，傳統作業方式依賴人工測量，易產生測量誤差。通過在主變出油口測加裝溫度傳感器，實時監測變壓器出口油溫，避免由熱量損耗導致的油溫誤差。此外，將就地監控裝置串接在主變進油口及濾油機間，實現對絕緣油中含水量、含氣量、顆粒度、油溫和流量的持續監測，基本實現了熱油循環作業過程恒溫、恒流與恒壓的監控，提高現場作業質量，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、氣務作業等關鍵工序借助二維碼技術和智能扭矩扳手、氣務一體機、SF6綜合測試儀等設備監控對接、抽真空、充氣、氣體檢測等環節，從而持續提升GIS設備安裝管控水平。

3.2.1" 移動廠房環境監測

GIS設備安裝過程中對環境的微塵度、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、防塵棚內配備環境質量監測裝置和視頻監控攝像頭，實現對GIS安裝作業環境質量指標（溫度、濕度、空氣潔凈度）的全天候、全時段、自動化和可視化監測，以及對廠房內作業過程的實時視頻監控。環境監測數據和告警信息將通過平臺實時展示，便于現場人員及時進行安裝環境提升，降低由安裝環境不合格導致質量隱患的可能性，如圖9所示。

3.2.2" 法蘭面對接

傳統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，甚至出現螺栓漏緊的情況。而智能扳手的應用可以通過內置的傳感器和控制系統實現自動化操作，實現力矩值的精準管控[16-18]。

在安裝對接階段，作業人員使用智能數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，直到力矩值達到標準范圍，通過傳感器實時監測螺栓緊固值，確保緊固力度符合標準要求，提高了工作質量和安全性，同時通過數據信息化記錄，可以實現對安裝過程的可追溯性，為后續的質量控制和改進提供依據，如圖10所示。

3.2.3" 氣務作業管控

現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設備完成對主設備氣室氣務作業過程中抽真空、真空檢漏、充氣、氣體檢測等關鍵工序的實時數據采集及監測。現場操作人員通過氣務機具掃碼槍掃描氣室二維碼，將各工序數據與GIS設備氣室進行關聯，并完成氣務作業數據讀取。同時監測數據和告警信息將會實時在平臺上展示，實現氣務處理全流程關鍵指標的自動監控，實現氣務作業過程精準管控，提升現場氣務處理質量和效益，如圖11所示。

4" 結" 論

本文研究了利用數字化技術，結合物聯網、三維BIM等具體手段，聚焦特高壓工程主設備安裝領域，建設主設備安裝過程智慧監控平臺，應用智能化施工機具、現場環境感知設備與現場安裝作業深度融合，針對油浸類設備安裝場景，實現濾油、內檢、附件安裝、抽真空、真空注油、熱油循環全工序在線監控；針對開關類設備安裝場景，實現法蘭面安裝、氣務作業等工序作業管控，打造安裝環節智能監測、控制及告警，串聯業主、監理、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控安裝過程狀態，便于不同層級用戶了解安裝現狀，推動主設備安裝逐步走向數字化、智能化，通過特高壓工程主設備全過程智慧安裝，強化了施工現場主設備的運輸、安裝等階段過程管控，通過采集安裝各環節狀態數據，結合主設備智能化專用機具及現場感知設備，建立了安裝現場安裝過程關鍵要素監測與預警綜合服務體系，多維度實時監測設備在運輸、安裝等階段作業流程狀態異常等信息，推動了特高壓工程建設質量管理的“精雕細刻”，對保障電網本質安全具有重要意義。

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