平台化的现场绝缘子憎水性检测一体化技术研究科技项目申请书及可行性研究报告.docx
《平台化的现场绝缘子憎水性检测一体化技术研究科技项目申请书及可行性研究报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《平台化的现场绝缘子憎水性检测一体化技术研究科技项目申请书及可行性研究报告.docx（44页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
平台化的现场绝缘子憎水性检测一体化技术研究科技项目申请书及可行性研究报告
公司科技项目
申请书及可行性研究报告
填写说明
一、请严格按照要求填写各项。
二、专业类别根据项目所属专业种类中选择。
三、项目摘要应简要说明项目研究内容和预期成果，字数要求500字以内。
四、项目申请单位指提出项目建议与申请的单位或部门，如总部各部门、直属机构、各分子公司及其所属基层单位等。
五、项目分工应主要描述项目申请单位与协作单位的任务划分，项目计划进度安排应按时间段列出研究推进计划，并明确各阶段交付物及标志性里程。
六、科技经费预算支出科目具体解释见附件2。
七、科技成果的成熟度水平评判标准见附件3。
项目简表
项目名称
平台化的现场绝缘子憎水性检测一体化技术研究
项目
负
责
人
姓名
工作单位
贵港供电局
性别
年龄
职称
高级工程师
项
目
分
类
[]基础性研究
[]前瞻性研究
[√]应用性研究
[]发电技术[√]输电技术[]变电技术
[]配电技术[]用电技术[]电网运行技术
[]信息技术[]通信技术[]物资管理技术
[]电网建设[]继保自动化[]其它
项目起止时间
2016年4月——2017年12月
申请经费总额
80万元
是否重点项目
否
项目摘要（500字以内）：
合成绝缘子具有耐污闪、湿闪性能好，重量轻等优点，在我国电力系统中得到了日益广泛的应用。
合成绝缘子优异的耐污闪性能源于其外绝缘材料硅橡胶的良好憎水性，但是在运行过程中污秽、潮湿、放电等因素经常引发憎水性下降甚至丧失，导致合成绝缘子污闪电压显著下降而引发闪络事故，严重威胁电力系统的安全运行。
因此，迫切需要有效检测、评估合成绝缘子的憎水性，提高其使用的安全性和可靠性，保障电网的稳定运行。
合成绝缘子耐污闪能力强，主要因为它独具的憎水性和憎水迁移性，合成绝缘子的憎水性状态的检测对保证电力系统稳定运行有着深远意义。
硅橡胶复合绝缘子优异的防污闪性能来源于其外绝缘材料硅橡胶良好的憎水性和独特的憎水迁移性。
所谓憎水性是指绝缘子表面不易受潮，吸附的水分以不连续的孤立小水珠的形式存在，不形成连续水膜，从而限制了表面泄漏电流，提高闪络电压；所谓憎水迁移性是指硅橡胶表面脏污后，硅橡胶可以把自身的憎水性迁移到污秽物表面，使污秽物表面也有憎水性。
实践证明，运行中的复合绝缘子由于污秽、潮湿、放电、低温等因素的影响，其憎水性会发生下降甚至丧失，并直接影响输变电设备的防污闪性能，甚至威胁系统的安全运行。
因此，对运行中的复合绝缘子的憎水性进行检测是十分必要的。
受杆塔高度、复杂地形、人员状况等因素影响，很多线路危险及缺陷消除仅靠巡线员用传统巡查手段，无法找到确切的故障点且效率低下、传统的应急抢修及巡检手段不能及时全面地获取电网受灾情况，为后方的决策者提供信息支持，巡视手段落后，无人机在电力系统的应用出现了多种类型，为了满足电力系统的应用要求。
从对输电线路总里程、人均维护量、人员总数、新进人员数量以及实际能够从事高空作业的人员总量进行统计，可以看出人员总量每年在下降，人均线路维护量在不断增加。
对于复合绝缘子憎水性测量工作，只有缩短测量操作时间来提高工作效率才能保证完成任务。
目前，测量复合绝缘子，还要采取登杆操作，安全风险大，急需对测量方式进行优化，鉴于此：
本项目拟研制平台化的适用于现场憎水性测量的一体化装置，利用多旋翼无人机，实现地空联动作业，满足采集、拍摄、测试、分析完成带电模式下的憎水性测量要求；研制可切换模块用于输电线路异物清除工作、完成现有无人机平台下运行线路精细化查勘、保障线路安全运行的目的。
项目的完成，将实现不上杆塔、完成带电状态下输电线路复合绝缘子憎水性测量工作；实现模块化切换，极大减少带电作业时间、减少测量配合工作量，提高了劳动效率，节约了人力资源，减少了安全风险，优化了作业模式，丰富、扩展了无人机在电力系统的应用，具有极大的推广应用前景。
预期成果成熟度水平
5级
项目负责人意见：
本项目拟研制平台化的适用于现场憎水性测量的一体化装置，利用多旋翼无人机，实现地空联动作业，满足采集、拍摄、测试、分析完成带电模式下的憎水性测量要求。
项目的完成，将实现不上杆塔、完成带电状态下输电线路复合绝缘子憎水性测量工作；实现模块化切换，极大减少带电作业时间、减少测量配合工作量，提高了劳动效率，节约了人力资源，减少了安全风险，优化了作业模式，丰富、扩展了无人机在电力系统的应用，具有极大的推广应用前景。
（签字）年月日
申请单位意见：
（公章）年月日
总部部门、直属机构、分子公司意见：
（公章）年月日
项目分工与计划进度安排
1、项目相关单位及具体分工
单位
具体分工
广西电网有限责任公司贵港供电局
1）项目总体策划、组织和协调，研究方案制定。
2）现场实测应用。
3）复合绝缘子憎水性远程测试一体化装置的技术研究。
协作单位1
1）协助项目申请单位进行研究方案的制定和验证。
2）憎水性分级测量的要求及流程分析
3）带电喷水雾化装置及远程遥控装置设计
3）复合绝缘子喷水图像拍摄装置设计
4）喷摄一体化联动装置及控制板设计
5）满足测量憎水性要求的安全距离设计
6）防静电、电磁干扰措施
7）憎水性图像分析软件
8）无人机及支架选取，满足重量、可切换性、便携性，完成装置实物。
9）机构程序设计、编写、测试。
10）协助进行现场的测试工作。
协作单位2
协作单位3
2、计划进度安排
任务名称
开始时间
完成时间
主要内容及交付项
整体方案和工作计划制订
2017.01
2017.05
内容：
（1）项目的整体方案制订；
（2）课题组分工，合作方确定。
交付项：
（1）签订外委合同1份；
（2）协作单位提供初步的实施方案1份。
喷淋模块、控制板及辅助设计
2017.06
2017.08
内容：
（1）带电雾化喷水装置研究
（2）完成整体框架设计；
（3）绝缘子喷水图像喷摄装置研究；
交付项：
（1）完成总体方案确定工作；
（2）关键技术论证方案。
装置硬件参数开发
2017.09
2017.11
内容：
（1）装置抗干扰设计
交付项：
（1）硬件开发完成、完成调试结论；
（2）完成装置实物；
（3）完成传输协议的文档。
憎水性图像比对软件开发
2017.12
2018.02
内容：
（1）憎水性软件的开发；
交付项：
（1）进行试验室检测试验，初步具备现场测试能力。
现场测试
2018.03
2018.05
内容：
（1）进行现场实测，并根据实测数据改进。
交付项：
（1）提交现场测试报告。
项目结题
2018.06
2018.12
内容：
（1）项目结题验收。
交付项：
（1）提交研究报告；
（2）提交复合绝缘子自动喷摄装置一套；
（3）已授权实用新型专利及已录用科技项目论文。
编写要求：
1.列出分时间段计划研究内容；
2.分时间段提供成果的内容和形式，要求具有可检查性。
项目组成人员情况
序号
姓名
年龄
职称、职务
工作单位
任务分工
1
高级工程师、助理级技术专家
贵港供电局
项目研究总负责，负责本项目的总体技术方案制定、需求分析及试验线路选择
2
高级技师、助理级技能专家
贵港供电局
负责项目实施中，技术指导
3
助理工程师、专责
贵港供电局
负责项目实施中，协调局生产设备部、系统运行部配合项目实施
4
助理工程师
贵港供电局
负责配合编写项目试制设备试验方案及性能测试
5
助理工程师
贵港供电局
负责配合项目试制设备现场性能测试
6
技术员
贵港供电局
负责项目实施中，技术配合工作。
一、目的和意义
1.描述与项目研究内容紧密相关的公司实际生产力水平和今后的发展方向
通过对目前电网中运行绝缘子的分析，硅橡胶复合绝缘子因其优异的防污闪性能被广泛应用到输电线路上，并有逐步取代其他绝缘子的趋势，其优异的防污闪性能来源于外绝缘材料硅橡胶良好的憎水性和独特的憎水迁移性。
实践证明运行中的复合绝缘子憎水性特性直接反映复合绝缘子的抗污闪能力，但由于污秽、潮湿、放电、低温等因素的影响，其憎水性会发生下降甚至丧失，并直接影响输变电设备的防污闪性能，甚至威胁电网的安全运行。
无人机在电力系统的应用出现了多种类型，为了满足电力系统的应用要求，该项目主要对采用无人机作为平台进行搭载技术研究，对线路在满足线路安全距离的需要进行工器具搭载研究，采取无人机技术在带电状态下，可以短时间内完成绝缘子憎水性测量工作。
2.阐述项目成果对该现状和技术发展的作用
本项目拟研制平台化的适用于现场憎水性测量的一体化装置，利用多旋翼无人机，实现地空联动作业，满足采集、拍摄、测试、分析完成带电模式下的憎水性测量要求；
项目的完成，将实现不上杆塔、完成带电状态下输电线路异物清除、复合绝缘子憎水性测量工作；实现模块化切换，极大减少带电作业时间、减少测量配合工作量，提高了劳动效率，节约了人力资源，减少了安全风险，优化了作业模式，丰富、扩展了无人机在电力系统的应用，具有极大的推广应用前景。
4.分析成果推广后的直接和间接效益
1）该项目研制成功后在降低输电线路跳闸，提高输电运行可靠性的同时降低了运行维护的强度和成本。
项目实施后测试复合绝缘子憎水性抽检，可减少巡视检查和登塔安装的运维时间、减少了运行费用。
减少了停电时间，提高了经济效益。
2）社会效益：
复合绝缘子憎水性测量装置的应用使我们能够及时的掌握在线绝缘子的憎水性状况，为电网的安全稳定运行提供了保障。
3）安全效益：
遥控手持式测试装置应用前，复合绝缘子憎水性测量时作业人员需下导线对待测复合绝缘子进行喷水、拍照，而现在只需在地面运用遥控无人机直接测量即可，与之前相比降低了高空作业时间和劳动强度，减少了工作人员高空作业安全风险。
二、项目研究的背景
1.国内外研究水平的现状和发展趋势
目前我省对复合绝缘子现场监测手段大致分为外观检查、红外测温、伞裙检查、憎水性检查四种方法，但在现场检测过程中发现其存在以下弊端：
1、外观检测法
目前对于复合绝缘子外部物理缺陷最为常见的方法是外观检查，即用双桶望远镜在塔下观察以发现常见的表面缺陷如护套、伞裙、金具等部位有无开裂，有无电蚀损、粉化、漏电痕迹等，如有以上现象应立即更换绝缘子。
但地面观察不够可靠，还需登塔检测且难以发现内故障如树状通道等。
2、红外测温法
红外测温法可以检测局部放电、泄露电流流过绝缘物质时的介电损耗等引起的绝缘子局部温度升高，可以用于在线检测。
但是在对大量运行复合绝缘子进行红外热成像测温普查后，结果发现：
凡是有明显局部过热的绝缘子，其过热点至绝缘子高压硅橡胶表面均已显著发黑、粉化、变脆、憎水性基本丧失，基本完全失去运行意义，属于一类缺陷，红外测温仪器造价高。
3、伞裙检查法
该方法操作时将被试复合绝缘子伞裙用手垂直与伞裙表面的方向上下掰动各三次，观察伞裙是否破损，表面是否有裂纹，以此判断伞裙的老化程度，这种方法必须将每一串被测试绝缘子落到地面方可进行，无法在线监测，由于目前绝缘子数量基数大，因此该方法效率较低。
4、憎水性检查法
目前，适用于现场的憎水性测量方法主要是瑞典输电研究所提出的喷水分级法。
该方法将复合绝缘子表面的憎水性分为7级，并给出分级判据和标准图片，HC-1级和HC-7级分别对应憎水性最强和最差（即完全亲水）的状态。
试验中，用普通喷壶对试品表面喷洒水雾，观察水分在试品表面的分布情况，对比分级判据和标准图片，得出绝缘子表面的憎水性状况。
根据《送电线路运行规程》中规定对于合成绝缘子的检测周期为2---3年；憎水性试验的测试周期为一年。
现在我们地区供电企业的憎水性试验工作已数年，测试的方法主要为“非带电状态”下进行测试，由于作业方法的限制，我们很难按期对绝缘子进行检测，现行的主要测试方法是：
（1）设备停电检修时配合进行测试。
（2）采用带电作业方法将绝缘子取下，使其脱离带电体，测件在“非带电”时进行测试。
针对以上情况，我们提出测试件由“非带电状态”改为“带电状态”进行测试，将登塔作业更改为无人机远程操作模式进行憎水性测量工作，极大的提高了测量效率。
三、项目的理论和实践依据
1.项目研究内容的原理简述；
项目利用多旋翼无人机在空中悬停的特点，采取地面远程遥控方式，运用喷摄一体化装置，对运行中接地侧的1到3片伞裙进行憎水性测量，并将数据直接传输到地面控制台上进行图片自动分析、比对、识别分级，给出憎水性等级；同时可完成线路异物清除、绝缘子测量等重要的线路清障、维护工作。
2.项目研究内容的理论或者实践依据；
传统测量方法：
根据调查目前常用的测试复合绝缘子憎水性的操作方法为软梯上喷水拍照法：
1、人员数量：
工作负责人（监护人）1人、地面作业人员1-2人、杆上作业人员2人，共4-5人。
2、工器具：
软梯、个人保安线、传递滑车及吊绳Φ16（根据塔高选择长度）、安全带（绳）、喷水壶、照相机。
3、作业方法：
1）准备工作结束后，塔上作业人员携带传递滑车及吊绳登塔至需测量憎水性的绝缘子横担处，
2）通过滑车起吊软梯等工具，装设个人保安线。
3）1名作业人员在横担侧辅助工作，1名作业人员下软梯至测量地点。
4）测量人员根据检查排序表对绝缘子从下至上进行检查，待将整串绝缘子检测完毕时，沿软梯上至横担。
5）将软梯传递到地面后携滑车移位到另一串绝缘子上侧横担，继续进行测量。
6）当三串绝缘子检测完后，检查杆塔上无遗物后，携滑车下塔。
7）将拍好的图片与标准卡对比，确定绝缘子憎水性情况并进行记录。
下图为操作步骤流程图。
传统测量方法操作时间箭条图
从图中可以看出，测量每串绝缘子操作过程为25分钟，则一基杆塔（三串绝缘子）操作时间要重复三次，合计为75分钟，通过计算完成测量一基杆塔憎水性所需时间总时间为98分钟。
由此，绘制测量一基杆塔绝缘子憎水性所需时间饼分图如下：
图四：
操作过程时间饼分图
制
结结论：
从箭条图和饼分图中可以看出，具体的三串测量过程是75分钟，占总时长的76.53%，是造成复合绝缘子憎水性测量步骤时间长的主要症结。
用关联图，对造成具体测试过程时间长的原因进行分析，从图中我们可以看到有7条未端因素。
图六：
单串测量过程时间长关联图
项目实施后测量方法操作时间箭条对比图
从以上图可以看出，采取无人机技术在带电状态下，可以短时间内完成绝缘子憎水性测量工作。
国内还没有发现有此类技术和产品，也没有开展相关技术研究。
3.项目研究的技术关键与难点
本项目主要解决了复合绝缘子憎水性带电检测的几个关键技术问题：
利用HC分级法进行复合绝缘子憎水性带电检测的关键技术之一就是对绝缘子表面进行雾化喷水。
装置采用遥控，单片机自控技术和微型水泵驱动技术，自动化程度高。
装置采用模块化结构，装置结构紧凑、重量轻、便于携带和操作，适合现场使用，电磁屏蔽性好。
装置不受电磁干扰，采用锡箔纸包裹，利用静电屏蔽原理，使得无人机在作业时可以满足现场应用条件。
绝缘子喷水图像拍摄装置，需要克服现场不利的条件，增加防抖动措施，满足悬停状态下的安全距离范围内的拍摄要求，满足高像素、高光学变焦性能、高存储量、定焦速度快、曝光速度快的空中拍摄远程遥控操作要求。
远程图传的确定，满足高质量图像传输的要求。
一起化装置喷摄间隔时间阈值的确定。
本项目的主要难点为：
1、项目研究主要研究内容
憎水性分级测量的要求及流程分析
带电喷水雾化装置及远程遥控装置设计
复合绝缘子喷水图像拍摄装置设计
喷摄一体化联动装置及控制板设计
满足测量憎水性要求的安全距离设计
防静电、电磁干扰措施
憎水性图像分析软件
除异物模块设计
无人机及支架选取，满足重量、可切换性、便携性。
项目实施方案：
1）设计自动喷水拍照控制装置。
通过遥控一次完成所设置的喷水和拍照次数。
2）可采用一体式结构将储水容器、压力器、照相机等整体安装在无人机上采用无人机自动装置，利用遥控方式雾化喷水。
3）通过试验，确认喷水、拍照实现自动化，确认间隔阀值以达到满足拍照的拍摄效果时间间隔。
4）带电除异物模块设计
4）无人机通信、防电磁、抗干扰处理。
5）带电作业设备安全问题，利用《带电作业工具的设计原则》进行设计。
6）装置一体化设计
7）装置现场测试
8）装置完善
9）装置完成测试报告
10）装置软件完善
11）验收、完成。
三、项目申请单位具备的研究基础和条件
1.项目负责人的情况介绍，专业、特长、工作量和在本项目中的作用
项目总负责欧坚同志，广西电网公司助理级技术专家，现任贵港供电局输电管理所检修专责，助理工程师。
长期从事贵港网区输电线路的检修维护工作。
该同志将在本项目中担任项目研究总负责，负责本项目的总体技术路线制定，带领贵港供电局输电管理专业技术人员对本项目中的关键问题进行攻关，并组织整个项目的实施工作，工作量为10个月以上。
2.项目申请单位在相关研究领域曾开展的工作、曾取得的科研成果、曾获得的荣誉
为保证项目的顺利实施，项目的攻关团队已做大量前期现场实际调研及理论数据收集工作，为项目今后的开展奠定了基础。
此外，项目负责小组曾开展过青工五小、QC、职工创新项目及科技项目，具有丰富的项目实施经验，项目成果也获得过广西电网公司科技进步三等奖、广西电网职工科技创新一等奖等诸多行业内外奖项、高压电能表的智能防窃电示范应用研究等科研成果皆获得国家实用新型专利，且推广使用，为企业创造了巨大的经济效益。
3.项目申请单位在相关研究领域已有的软硬件平台、理论研究环境、实验室条件等
由于项目负责人及攻关团队长期从事输电线路检修维护工作，现场设备维护经验丰富，便于开展项目后期现场实证。
攻关团队集合一支由技术专家、技能专家及大学本科的科研团队，有较高项目攻关经验及理论素养，对项目层次的整体提高具有无可比拟的优势，为项目的实施提供了人才力量储备和技术支。
四、项目研究内容、技术路线与实施方案
编写要求：
1.项目研究内容的详细说明（分专题或按内容序号描述）。
主要研究内容
1主要技术内容
1.2.1理论基础
项目利用多旋翼无人机在空中悬停的特点，采取地面远程遥控方式，运用喷摄一体化装置，对运行中接地侧的1到3片伞裙进行憎水性测量，并将数据直接传输到地面控制台上进行图片自动分析、比对、识别分级，给出憎水性等级；同时可完成线路异物清除、绝缘子测量等重要的线路清障、维护工作。
1.2.2开发初步思路
本项目的研究主要内容涉及到以下几个方面；
憎水性分级测量的要求及流程分析
带电喷水雾化装置及远程遥控装置设计
复合绝缘子喷水图像拍摄装置设计
喷摄一体化联动装置及控制板设计
满足测量憎水性要求的安全距离设计
防静电、电磁干扰措施
憎水性图像分析软件
除异物模块设计
无人机及支架选取，满足重量、可切换性、便携性
1、成果预期应用
本项目成果的完成，将实现不上杆塔、完成带电状态下输电线路异物清除、复合绝缘子憎水性测量工作；实现模块化切换，极大减少带电作业时间、减少测量配合工作量，提高了劳动效率，节约了人力资源，减少了安全风险，优化了作业模式，丰富、扩展了无人机在电力系统的应用，具有极大的推广应用前景。
2.项目研究拟采用的技术路线的详细说明。
要描述具体的理论研究步骤，现场试验的地点和试验计划。
需要建设试验手段的项目，要给出试验手段的结构和作用；
本项目的研究内容从融冰短接的工作需要及现场作业特点入手，研发利用机械手完成融冰短接工作，研发内容包括机械手硬件和配套的嵌入式软件及辅助配套工具等。
1）设计自动喷水拍照控制装置。
通过遥控一次完成所设置的喷水和拍照次数。
2）可采用一体式结构将储水容器、压力器、照相机等整体安装在无人机上采用无人机自动装置，利用遥控方式雾化喷水。
3）通过试验，确认喷水、拍照实现自动化，确认间隔阀值以达到满足拍照的拍摄效果时间间隔。
4）带电除异物模块设计
4）无人机通信、防电磁、抗干扰处理。
5）带电作业设备安全问题，利用《带电作业工具的设计原则》进行设计。
6）装置一体化设计
7）装置现场测试
8）装置完善
9）装置完成测试报告
10）装置软件完善
11）验收、完成。
3.理论研究和试验内容与项目总目标的因果关系；
本项目主要是利用瑞典输电研究所提出的喷水分级法。
该方法将复合绝缘子表面的憎水性分为7级并给出分级判据和标准图片，HC-1级和HC-7级分别对应憎水性最强和最差（即完全亲水）的状态。
试验中，用普通喷壶对试品表面喷洒水雾，观察水分在试品表面的分布情况，对比分级判据和标准图片，得出绝缘子表面的憎水性状况。
技术上采取无人机携带装置实现喷摄一体化及远程控制、数据传输等。
本项目可进一步在本系统供电部门进行推广应用。
4.需要多家单位共同承担的项目，需要写明各家的分工、职责和提供的成果；项目的组织方式；合作方式、知识产权和成果分享的初步方案；
（1）项目组织架构
贵港供电局+协作单位1
（2）各单位分工、职责和预期成果
单位
分工、职责
交付成果
项目承担单位
1）项目总体策划、组织和协调，研究方案制定。
2）现场实测应用。
研究报告1份
申请实用新型专利2份
发表论文1篇
检测系统1套
协作单位1
1）协助项目申请单位进行研究方案的制定和验证。
2）憎水性分级测量的要求及流程分析
带电喷水雾化装置及远程遥控装置设计
复合绝缘子喷水图像拍摄装置设计
3）喷摄一体化联动装置及控制板设计
满足测量憎水性要求的安全距离设计
防静电、电磁干扰措施
憎水性图像分析软件
无人机及支架选取，满足重量、可切换性、便携性
3）设备研发硬件一体化设计，完成装置实物。
4）图像对比软件设计、编写、测试。
5）协助进行现场的测试工作。
研究报告1份
申请实用新型专利2份
发表论文1篇
检测系统1套
协作单位2
协作单位3
（3）合作方式、知识产权和成果的分享方案
外委工作成果，其知识产权归研究双方共享，未经对方同意不得转让第三方。
发表的学术论文，申请的实用新型专利以及软件著作权，第一完成人及单位为甲方。
5.外委的工作内容和工作量；
序号
外协内容
工作量
1
憎水性分级测量的要求及流程分析
带电喷水雾化装置及远程遥控装置设计
复合绝缘子喷水图像拍摄装置设计
150工日
2
满足喷摄一体化联动装置及控制板设计
满足测量憎水性要求的安全距离设计
防静电、电磁干扰措施
憎水性图像分析软件
无人机及支架选取，满足重量、可切换性、便携性技术研究。
270工日
3
图形软件设计、编写、测试
180工日
4
协助进行现场的测试工作
90工日
6.需要国际合作，要写明与外方的合作方式、知识产权和成果分享的初步方案，及以前的工作联系；
无
7.对于装置、设备开发的项目，要提出装置或设备的开发计划及设计方案。
五、预期目标和成果形式
编写要求：
1.阐明项目研究预期达到的目标、技术经济指标；
预期目
升级会员 