探秘广西电网新科技

本文转自：科技日报

■广 告

探秘广西电网新科技

60千瓦等级电动汽车移动式无线充电示范工程，让大功率电动大巴实现边走边充。

9月16日至19日，在广西南宁举行的第20届中国—东盟博览会上，能源电力展区南方电网展台展出的多项科技创新项目受到关注。

无人机无线充电自主巡检、大功率电动大巴实现边走边充、“机器代人”高空更换绝缘子……这些充满科幻感的“未来科技”如今在南方电网广西电网公司服务的区域已经实现。

近年来，南方电网广西电网公司深化创新项目“揭榜挂帅制”，优化创新评价考核体系，加强知识产权和成果转化，推动科技创新工作不断取得新突破。

无人机自主巡检让检修人员不再跋山涉水

一架无人机执行了数公里配电线路巡视任务后，电池显示电量不足，它寻找并停靠在一座安装在电杆上的“无人机停机坪”，进入无线充电模式。约30分钟后，无人机“满电复活”再次升空，继续按设定航线执行巡检任务。直至所有任务完成，这架无人机全程自动化不用人为干预。

这是南方电网广西电网公司最新研发的科技创新成果——“智能无线充电无人机及机巢”。8月9日，该项目通过广西机械工业联合会组织召开的产品鉴定。鉴定委员会认为：“智能无线充电无人机及机巢”产品技术具有创新性，无人机无线充电技术方面达到国际领先水平，产品现场应用性能稳定、效果良好，具备工程应用及产业化条件。

近年来，为全面推动数字电网及新型电力系统建设，南方电网广西电网公司推进无人机在输变配领域的运用，建成“机巡为主、人巡为辅”的智能巡线模式，“机巡”替代“人巡”工作取得了长足发展。然而，利用无人机开展巡检工作，最大的困扰是无人机的续航问题。通常情况下，一块容量7000毫安时的电池，能让无人机快速巡航约5至8公里。可电力线路往往有二三十公里，有的甚至长达上百公里，巡线人员就要在线路延伸处等候，不断更换电池，有时还要翻山越岭赶过去。另一方面，目前电力巡检主要采用飞手操作无人机巡检的工作方式，也无法满足智能巡检发展需求。

据介绍，解决无人机自主巡航痛点，目前主流方案有两种。一种是接触式充电。这种方式要求无人机精准定位才能顺利插拔充电插头，由于金属触头暴露在户外环境，还容易被氧化锈蚀和磨损导致充不上电。尤其南方“回南天”这样的潮湿天气，触头锈蚀风险更是成倍增大。另一种采用带机械臂的机巢，让机械臂帮助无人机更换电池，但建设成本较高。

“我们有成熟的无线充电技术，为什么不运用到无人机巡检工作中，让无人机无线充电、自主续航呢？不仅提高效率，也可以降低巡线工人的劳动强度。”南方电网广西电力科学研究院陈绍南说。他和同事们决心探索将无线充电技术应用于无人机全自主补电上，推动电力系统巡检技术向智能化发展。

可研发道路却一波三折。与无线充电汽车安装大型充电装置不同，加装在无人机上的无线充电装置，其重量大小直接影响飞机的巡航速度、续航时间、安全性和抗风等级等，如何既保证无线充电效果，又让无人机轻装上阵？“刚开始做的无线充电线圈是圆盘式，安装在无人机脚架底部，发现容易遮挡无人机摄像头旋转记录的‘视线’。改成螺旋管式线圈，解决了‘遮眼’问题，但重量并没有降下来，又继续攻关。”项目组对无线充电模式、装置构造、模块优化等开展深入钻研，反复试验、验证，不断推倒重来。

安装在电杆上的无线机巢，不仅是无人机遮风挡雨的“家”，也是无人机休息补能的“充电站”，更是引导无人机工作的“大脑”，集多种功能于一体，国内外没有经验可借鉴。参与研发的南方电网广西电力科学研究院莫宇鸿介绍说：“刚开始做出来的机巢体积大，重量达上百公斤，长宽高都接近1米。通过反复试验，在保障指令下达、数据传输稳定的基础上，不断优化机巢机械结构及空间布局，大幅缩减了体积，降低了成本。”

功夫不负有心人。2022年底，项目组成功建成配电线路无线充电无人机自主巡检示范工程，实现了无人机无线充电的稳定性与轻量化的统一，充电装置功率密度为1.5瓦/克，无人机充电最优效率达到91%，大幅提高巡检效率和巡检安全性，在实际运用中，得到运维人员的广泛好评。“自主巡检无人机只要下达命令就可以完成作业任务，中间不需要干预，也不用考虑电池电量不足等问题，极大解放了我们一线运维人员。”南方电网广西崇左供电局变电管理所上龙巡维班甘杰创说。

与传统接触式充电相比，无线充电具备无接触磨损、环境适应性强、使用寿命长、免维护等优势，避免了因接触不良、接口氧化等原因造成的无人机无法充电问题。“无线充电机巢解决了接触式充电经常出现的触点老化、防潮防尘性能差、对位不精准、充不上电等系列问题，彻底实现了无人机巡检过程快速补电。”南方电网广西河池东兰供电局城郊供电所配电线路维护班杨有权介绍说。

目前，这项科技成果已在南宁10千伏才忠线、河池东兰10千伏纳烈线、梧州藤县10千伏平政线开展示范应用，实现了后台实时监测无人机巡检作业、无人机多机巢全自主巡检图片采集功能。下一步，还将计划在桂林漓江核心景区、崇左输配电一体化巡检示范区进行安装。

边走边充的电动大巴让驾驶员告别电量焦虑

一辆经过专门设计的电动公交车在无线充电试验车道行驶。与常规的公交客车不同，这辆车不用加油，也不用停下来充电，可以边走边充。这是南方电网广西电力科学研究院的最新研究成果，在国内实现了大功率电动汽车边走边充的突破。

“车辆在无线充电车道上行驶1个小时可充电60度，3小时即可充满一辆大型电动公交车。”南方电网广西电力科学研究院吴晓锐介绍，该项目实现了功率效率的全面提升，额定输出功率达到60千瓦，充电效率也达到82.7%。南方电网广西电力科学研究院早在2012年就开始电动汽车移动式无线充电技术研究，并在2015年建成了电动汽车无线充电车道，实现了国内移动式无线充电示范工程领域的新突破。

近年来，南方电网广西电力科学研究院专家团队继续攻坚研发，联合广西交投科技有限公司、重庆大学、宇通客车股份有限公司，在南宁市青秀区广西交投科技有限公司科研实验基地内建成了60千瓦电动汽车大功率移动式无线充电示范工程。该项目成果对推动电动汽车移动式无线充电工程化应用具有显著的示范引领作用，为下一步开展成果转化及产业化奠定了基础。该技术将在快速公交车、旅游景区观光车、机场摆渡车等固定线路推广应用，并逐步推广到城市道路及高速路应用，极大提高电动汽车的充电便捷性和灵活性，为电动汽车的推广普及提供了更加可靠便利的技术支持。

“机器代人”高空更换绝缘子

机器人乘坐绝缘斗臂车升至高空，靠近变电站龙门架的绝缘子串后，通过随身携带的工具包，一手固定要更换的瓷瓶片，一手旋转瓷瓶至合适的角度，左右手协同作业，拆除劣化绝缘子，安装新绝缘子，完成后自动收起工具包。整个过程左右手协同开工，自如地旋转、卡位、拆除、安装，一气呵成。

这是南方电网广西电力科学研究院成功研制的变电站悬式绝缘子检测与更换机器人工作的场景。“相比传统人工检测，机器人对每片绝缘子片检测时间不超过10秒钟，并且实现了绝缘子的自主更换作业，一线工人的劳动强度有效降低，安全性得到极大提升。”南方电网广西电力科学研究院郭丽娟介绍说。

由于绝缘子架设在高空中，绝缘子的低、零值检测以及劣化绝缘子的更换一直是电网运维工作的老大难问题，特别是对于变电站悬式绝缘子，重达上百斤的绝缘子串，日常维护需要多人高空高强度协同作战。“整个作业过程都在高空完成，如果在高温暴晒天气长时间开展这样耗体力、作业要求高、危险性高的工作，是十分辛苦的，这也是我们研发这个机器人代替人工作业的驱动力。”郭丽娟表示，作为保障电网安全运行的核心业务，电网设备运维存在危险性高、劳动强度大等问题。针对这些问题，她牵头组建了技术攻关团队，开展“变电站悬式绝缘子检测与更换机器人”项目研发工作。

为了让机器人能灵活进行“手术”，郭丽娟和她的团队给机器人设计了5个能独立运动的关节，除了上下、左右、前后自由移动外，针对绝缘子串悬垂弧度以及交叉角度的特殊性，项目组还专门设计让机器人拥有2个特殊的旋转关节，能自如旋转调整到合适的角度。在没有任何先例可以借鉴的情况下，郭丽娟带领团队集智攻关，最终成功研制出绝缘子检测与更换机器人系统，包括移动升降平台、双臂协同作业系统、专用作业工具包等。

这项技术成果依托广西重点研发计划项目和南方电网重点项目，突破了机器人在高空、狭窄空间、强电磁场等复杂环境下运动、感知、作业的关键技术，对机器人技术发展、智能电网技术进步和企业本质安全具有重要的推动作用。

图片及数据来源：广西电网