《電氣技術》論文分享｜內蒙古電力集團呼和浩特供電分公司趙鵬、沈思源：基于物聯智控的變電站二次作業安措技術

基于提升二次作業安措可靠性的目的，內蒙古電力（集團）有限責任公司呼和浩特供電分公司的趙鵬、沈思源在2026年第1期《電氣技術》上撰文提出“感知+采集+應用”的3層架構體系，研發4類物聯智能安措工具，選取多模抗擾網關，構建安措票全流程管控平臺。某220 kV變電站的工程實踐表明，安措布置效率提升45.2%，誤操作率降至0，漏恢復問題實現100%閉環消除。新型二次作業安措技術實現了安措執行從“被動防護”到“主動預警”、管理從“事后核查”到“過程阻斷”的轉變，提升了二次作業的本質安全水平和運維效率，具有工程應用價值。

傳統安措采用的絕緣膠帶、簡易防護罩等工具存在3大缺陷：一是安措布置耗時高，單次作業的安措布置超過2h；二是電磁振動情況下，安措工具易致脫落造成失效；三是缺少對安措工具狀態的監測和預警。有文獻總結了最優化的二次作業安全措施模型，通過改進現有工作方法，提高了可靠性和工作質量；有文獻研究了智能變電站二次檢修安措防誤技術；有文獻對智能變電站二次安措的校驗方法進行研究；文獻對變電站在線監測、物聯感知技術進行探索。

現有研究可分為2類：一是移動管控平臺迭代升級；二是智能安措票生成技術。安措工具本體缺乏感知能力，導致工作人員無法實時獲取安措狀態信息，難以構建從被動響應到主動防御的雙重預防機制。

本文旨在突破傳統安措工具的局限，深度融合物聯網技術與電力運檢業務，提出基于物聯智控的二次作業安措新技術，開發針對端子、壓板、空氣開關、光纖4類目標的物聯化安措工具鏈，動態監測安措狀態，實現高精度自動化采集，選取抗干擾多模網關，開發二次作業安措票全流程在線管理平臺，實現“票+工具+狀態”的三維閉環校驗，進而實現二次作業安措管控模式從依賴“人工經驗+紙質票單”的事后核查，向基于“實時數據+智能分析”的過程阻斷與主動預警的根本性轉變。

1 技術方案

二次作業安措智能管控平臺采用“分層+解耦”的設計思路，構建“感知層+采集層+應用層”的3層體系架構，實現安措實時數據從作業現場感知到智能應用的閉環流動。智能安措執行自動識別系統的總體架構如圖1所示。

圖1、圖2

第一層為感知層，由針對關鍵風險點的系列化智能安措工具構成，如圖2所示。

由圖2可知，感知層的智能安措工具是整個二次作業安措全流程管控平臺的“神經末梢”。針對二次作業主要防護的端子排、保護壓板、空氣開關、控制電纜線芯和光纖回路，研制專用的防護裝置，所有智能安措工具均內置低功耗物聯傳感芯片，該芯片集成2.4 GHz射頻收發器，接收靈敏度達-93 dBm，發射功率可調至+20 dBm，確保智能安措工具狀態變化的實時、精準、可靠感知與本地處理。感知層工具設計對比見表1。

表1 感知層工具設計對比

第二層為采集層，以智能安措信號采集網關為核心，負責匯聚感知層實時數據并進行可靠傳輸。抗干擾設計采用自適應跳頻（30～1 000 MHz）、射頻分區隔離方式。

第三層為應用層，依靠智能安措管控軟件平臺，核心創新在于貫穿安措執行全過程的閉環管理機制，從靜態到動態，將傳統“設置后即認為有效”的靜態安措管理模式，轉變為全流程、實時、動態的監控與保障。從被動響應到主動防御，通過s級告警和驅動恢復機制，極大地縮短異常響應時間，變被動發現為主動防御和快速糾正，杜絕因安措失效導致的安全事故。安措閉環管理機制流程如圖3所示，閉環機制主要包括4個步驟。

圖3 安措閉環管理機制流程

1）計劃指令。基于工作內容和風險評估，生成結構化的電子版安措票，此為閉環的起點，明確安措要求。

2）執行綁定。作業人員依據電子安措票執行物理安措，并利用近距離無線通信（near field communication, NFC）技術將物理安措點與管控平臺中的電子安措票進行唯一性綁定，此步驟將物理世界操作數字化。

3）實時監測。平臺通過部署在關鍵安措點的傳感器實時采集安措狀態信息。這是實現閉環的關鍵感知環節。

4）比對決策。平臺將實時監測數據與電子安措票中設定的預期安全狀態進行自動比對分析。若監測狀態持續符合預期，系統維持當前狀態，可提供“安措有效”的實時確認信息。一旦檢測到任何偏離預期安全狀態的情況，系統立即觸發多級告警，精準定位異常安措點。

管控平臺提供安措業務全流程管理與智能決策支持，全流程作業線上管控示意圖如圖4所示。

由圖4可知，管控平臺支持安措票單電子化導入、在線編輯與審核、標準化模板的自動生成、完整性和邏輯性的自動校驗，實現二次作業安措票的全生命周期管理。電子版安措票按照先斷空氣開關和壓板、后接端子排和二次線纜的順序填寫，二次線纜按照先解電源端、后解負載端的順序填寫，實現安措工具與安措步驟的精準綁定，智能安措工具通過移動APP藍牙連接網關，掃描工具NFC標簽，實現安措工具與安措步驟的精準順序綁定，通過現場安裝的傳感器確認機制，避免現場只掃碼不安裝的假象，實現現場執行管控與可視化。

基于變電站三維模型或二維平面圖，實時可視化展示各安措工具位置與狀態。通過甘特圖實時跟蹤現場作業進度，包括未開始、進行中和已完成3種狀態；通過移動端彈窗+網關語音播報的方式，對防護罩脫落、光纖異常等狀態變化，實施s級阻斷告警。作業結束自動比對安措票與實時狀態，智能識別漏恢復項并生成提醒列表，確保100%恢復閉環。

圖4 全流程作業線上管控示意圖

2 試驗驗證

2.1 試驗部署設置

為了驗證系統的有效性，選擇某典型220 kV變電站作為工程試點。測試場景涵蓋線路保護裝置、變壓器保護裝置、母線保護裝置、備自投裝置、低周低壓減載裝置及安穩裝置定檢等典型的二次作業類型。

試驗組與對照組：選取100次同類型作業（如110 kV線路保護裝置定檢）應用智能安措系統。選取歷史同類型、同班組作業記錄100次作為對照組，分別采用傳統安措工具和紙質票單管理。

統計數據來源于系統日志記錄的安措布置開始時間和結束時間、每個安措工具的綁定和掃描時間、告警觸發時間及類型、恢復確認時間，以及現場工作負責人記錄的傳統模式下各環節時間和異常事件。

評價指標包括3個維度：一是執行效率，含布置時間（首個安措操作至末項確認的耗時）與恢復時間（傳統模式依賴人工檢查，智能模式采用系統自動校驗）；二是安全性能，涵蓋告警響應延時（異常發生到告警觸發的間隔）、誤操作率（安措失效引發的保護誤動、拒動和人身事故頻次）及漏恢復檢出率；三是流程效率，即整體作業周期（安措布置、檢修執行、安措恢復全流程耗時）。

2.2 試驗過程簡述

試驗過程在試點變電站的52次二次作業中展開，涵蓋多類典型場景，包括線路保護裝置定檢、變壓器保護裝置檢修、母線保護裝置調試等。具體過程如下：

1）電子安措票應用。每次作業前，使用管控平臺生成標準化電子安措票，并完成自動校驗。

2）工具部署與綁定。作業人員依據電子安措票指令，在指定位置安裝系列化智能安措工具。部署嚴格遵循順序原則，即先斷空氣開關和壓板，后接端子排和二次線纜；解線纜時先解電源端，后解負載端。使用移動APP掃描各工具NFC標簽，實現物理安措點與電子安措票步驟的唯一性綁定。平臺通過工具內置傳感器實時回傳的初始狀態數據（如閉合壓力、位移基準、分合閘狀態、初始光功率），自動確認工具已正確安裝并處于預期安全狀態，杜絕“只掃碼不安裝”現象。

3）實時監控與采集。作業執行期間，各類智能安措工具的內置傳感器以每秒一次的頻率，實時監測關鍵狀態。抗干擾多模網關匯聚傳感器數據并傳輸至管控平臺。平臺基于變電站二維圖實時展示安措位置與狀態，并通過甘特圖跟蹤作業進度。一旦監測到狀態偏離安全閾值（如掀開力＞3 N、位移＞2 mm、狀態變化、光衰＞3 dB），平臺立即觸發s級阻斷告警。通過移動APP彈窗和網關語音播報，要求現場人員立即處理。

4）過程記錄與恢復。系統自動記錄關鍵時間段（布置開始/結束、綁定時間、告警時間、恢復時間）及事件日志（告警類型、響應）。作業結束時，啟動恢復流程，平臺自動比對電子安措票要求與實時監測狀態，智能識別并生成漏恢復項提醒列表（如“××壓板罩未解除”），確保100%恢復閉環后方可結束作業。

5）對照組數據采集。對照組的100次歷史作業數據，由工作負責人依據現場記錄人工整理時間及異常事件，并經復核確認。

整個試驗歷時3個月，覆蓋不同運行工況。系統日志共記錄37次有效告警事件（防護罩異常開啟21次、拆卸10次、光纖異常6次），所有告警均在3 s內觸發響應。數據采集頻率為1 Hz，保障記錄精度。

2.3 試驗結果分析

對試驗組與對照組的數據進行統計分析，傳統模式和智能系統的安措執行效率對比見表2。

表2 安措執行效率對比

基于表3的對比數據，核心指標如安措布置時間、誤操作率及漏恢復率較傳統模式均取得顯著突破，這些提升得益于感知層工具的實時監測與應用層平臺的閉環校驗機制。

1）安措執行效率得到顯著提升。智能系統應用后，安措布置時間壓縮至(1.32±0.18) h，較傳統模式效率提升了45.2%。安措恢復時間近似為零，極大提升了恢復環節效率。整體作業時間縮短18%，效率提升明顯。

2）安全性能顯著增強。

一是系統成功實現了安措狀態的實時監測與s級告警。試點期間累計執行52次二次作業，觸發有效異常告警37次（防護罩異常開啟21次、拆卸10次、光纖異常6次）。平均響應時間為(1.82±0.35) s，所有告警均在3 s內完成信息推送和語音播報，滿足電力安全作業對實時性的嚴苛要求，告警信息準確率100%。

二是誤操作風險有效降低。在應用智能安措系統的52次作業中，未發生任何因安措執行不到位導致的保護誤動、拒動或人身安全事故。相比之下，該站歷史同類型作業的年均誤操作相關事件發生率約為1.5次/百次作業。系統通過實時告警和過程阻斷，將誤操作風險降至0。

三是漏恢復問題徹底消除。系統在52次作業結束后，均成功執行了自動比對校驗功能，共檢測出8次作業存在漏恢復項，均在恢復階段由系統實時提醒工作負責人，經確認后完成恢復，實現了漏恢復率0%，解決了傳統人工檢查可能存在的疏漏問題。

3）流程效率得到提升。安措票的電子化與閉環，實現了安措票編制、審核、執行、記錄、恢復確認的全流程電子化與在線管理，消除了紙質單據流轉，減少了人工錄入錯誤。工作負責人反饋流程效率提升40%以上。

3 結論

本文針對二次作業傳統安措工具效率低、可靠性差、智能化不足的痛點，突破工具無源監測瓶頸。構建了“感知層（智能工具）+采集層（多模網關）+應用層（管控軟件）”的三層架構體系，在二次作業安措領域實現了狀態的s級實時監測與告警，建立了“監測+阻斷+校驗”的三重防護機制，安全有效性顯著提升。

工程應用表明，系統能有效阻斷作業過程風險。安措異常告警平均響應時間1.82 s，試點應用期內誤操作事件發生率降至0，漏恢復問題被100%檢出并消除，顯著提升了二次作業的本質安全水平。系統大幅提升了作業效率，安措布置時間平均縮短45.2%，安措恢復時間近似為零，整體作業流程效率提升顯著。

本文方案中的系列化工具設計靈活，適用于220 kV及以上電壓等級變電站的各類二次作業。

本工作成果發表在2026年第1期《電氣技術》，論文標題為“ 基于物聯智控的變電站二次作業安措技術 ”，作者為趙鵬、沈思源。