云南电网有限责任公司德宏供电局 李劲松

电力工具的管理是保障电力生产安全的重要组成部分，带电作业工具的管理更为重要。现阶段对于带电作业工具的管理较为粗放，环境实现的是最基本的温湿度控制，工具的出入库管理较为混乱，无法做到精细化，大多情况下需要“人”的配合与干预，没法做到真正的无人值守。工具管理人为干预环节越多，出问题的风险越高，对于带电工具管理缺少有效、安全、高效、智能、环保的手段和方法，目前大多采用RFID射频技术对工具管理，此方式的识别率差、标签易脱落、易损坏等，工作人员需经常更换新标签，写入新数据，造成重复工作、也起不到对工具的有效管理与监督作用[1]。

1 国内外研究水平的现状和发展趋势

目前国内对带电作业工具的管理与检测方式为人力参与为主，大多用RFID射频管理带电作业工具，需先建立台账库，对电子标签进行人工扫描写入，标签受电磁、污染、碰撞等影响较大，易造成不能正常读取数据；不同的工具，标签的固定容易脱落，有一定的误扫率、多个工具借出时，扫描影响大，做不到精准扫描；RFID电子标签受金属干扰大，稳定性不强；人员拿工具频繁经过射频的磁场下，长期对身体有一定的影响。国内外RFID射频识别读取与电子标签没有统一的标准，各自按自己的规格设计，通用性差；RFID技术对电子标签要求环境很高，带电作业的环境，容易造成标签的失效，电子标签本身对方向性也有要求，无论如何调整，都存在3%的漏识别率。电子标签属于较为“娇气”的产品，价格不低，带电作业工具不是一次性工具，带电作业过程中碰撞、沾污等在所难免，也就造成了电子标签的频繁报废，电子标签里面写入的工具信息报废，实际工具没有报废，这对工具的管理上建立了一个大的漏洞，要解决，就要人为的操作处理；无法提高工作效率、也无法保障带电作业的安全性[2-3]。

本项目针对于目前国内外的工具管理与检测的技术进行了调查、研究，通过镜像装置对带电作业部分工具样品进行了管理试验，镜像对样品的识别与辨认试验达到预想效果，工具样品辨识响应速度快、灵敏度高、无需人干预。现提出了镜像动态装置对工具进行管理与检测装置，将针对性解决现有带电作业工具在管理与检测需要粘贴二维码、电子标签来作为识别源，要人为的辅助操作的弊端、扫描效果差、浪费资源、劳动强度大、影响职业健康等问题。能有效提升带电作业工具在无人辅助操作下的管理与检测效果，保障带电作业的安全性，确保电网的安全稳定运行。

2 研究的必要性

目前，对带电作业工具环境与管理方法主要为手工台账、二维码标签人工扫描、RFID射频扫描。存在以下缺陷及不足。

2.1 手工台账

记录不规范，随意性强，不易保存，不能形成一套成体系的借出、归还记录，人为成分太多，属于被动性台账记录。

2.2 二维码标签人工扫描

标签易损坏，重复打印，扫描为人工操作，需要一件一件的借出，一件一件的归还，费时费力。

2.3 RFID射频扫描

需先建立台账库，对电子标签进行人工扫描写入，标签受电磁、污染、碰撞等影响较大，易造成不能正常读取数据；不同的工具，标签的固定容易脱落，有一定的误扫率、多个工具借出时，扫描影响大，做不到精准扫描；RFID电子标签受金属干扰大，稳定性不强；人员拿工具过频繁过射频的磁场下，长期对身体有一定的影响。

因此，研制出新型、便捷、安全、稳定的镜像动态装置对工具进行管理与检测系统设备，能解决当前带电作业工具细微化管理与检测的瓶颈，提高带电作业工具管理与检测方面的安全性、高效性、节能性、环保性，降低作业人员劳动强度，提升作业风险管控能力。本设备具有自动化程度高、操作便捷、通用性强、节能高效、作业成本低、清除无损坏等特点，能有效解决变电站户外设备带电清除覆冰作业问题。随着电网智能化的提升，保障智能电网运行的管理手段也需要不断的提升，因此，研究先进的带电作业工具环境与管理的方式，将为以后电网的安全运行提供重要保障。

3 主要研究内容

3.1 主要技术内容

3.1.1 镜像动态装置对工具管理与检测技术研究

镜像动态装置对工具管理与检测在带电工具存放的库房里面进行，库房的大小各不尽相同，由于带电作业对时间与安全要求极高，因此带电作业任务下达后第一时间带适合的带电工具要求严格。本系统采用后台程序远程操作镜像动态装置设备的方式，根据不同电压等级、不同作业方式的作业现场，按照提前预设参数与工作环境、按工作票要求进行控制镜像动态装置设备，自动来完成带电作业工具拿取到指定库房窗口，工作人员只需身份认证后拿取工具去现场作业即可，确保拿取工具的高效性与准确性[4-5]。

3.1.2 镜像动态装置的主要工作原理

镜像动态装置主要构成单元有自动平衡运输装置、镜像物品识别系统、多功能抓取装置、带电工具的定位与筛选装置、通讯系统、机器学习系统、数据编码系统、自动充电系统、控制及管理系统。镜像动态装置主要通过控制及管理系统作为大脑，控制着包括线路规划、三维定位、物品及人员识别、数据编码、数据库、带电工具的定位与筛选、行走、抓取、自动充电等自动化控制。镜像动态装置对工具管理与检测技术主要采用无人为干预与参与的方式，通过机器学习系统，指导学习使机器自动实现针对不同物品进行操作的功能。

镜像动态装置的镜像物品识别系统根据作业现场工作票或实际对工具的要求指令自动识别工作票等指令，通过视觉识别系统与采集数据进行比对来识别所需物资及工具，通过三维坐标对目标物品定位，然后启动通讯系统，通过抗干扰数字通讯技术实现物品定位，建立行走路线，到达所要拿取的工具的位置；启动多功能抓取装置系统，针对不同的作业要求，不同的带电作业工具，镜像动态装置均可以进行自动调整拿取不同的带电作业工具，根据带电工具类型及大小调整拿取方式，采用预设的执行机构进行抓取操作，同时确保不损坏带电作业工具；通过自动平衡运输装置系统，识别行程过程中的障碍物，进行测距预警，实现运输过程中能够自动平衡功能，以保证运输过程中的安全性。作业结束后，镜像动态装置接到指令，达到工具提取位置，通过视觉识别系统与采集数据进行比对来识别所需物资及工具，把从现场回来的带电作业工具进行清洁、检测后，数据编码系统对各操作对象通过图像采集形成机器唯一识别编码，记录工具出入库数据，带电工具的定位与筛选装置通过机器记忆优化工器具的使用频率，确保工具频繁使用造成疲劳损坏；自动充电系统自动识别电量，电量不足时通过定位使机器在电能缺损的情况下自动进行充电操作，最终通过这些综合系统的操作运行达到整个镜像动态装置对工具管理与检测功能。

其原理可概括为：通过上传的工作票或实际工具需求，触发指令镜像动态装置，镜像识别到所需的工具是什么，在什么位置，建立行走路线，到达所要拿取的工具的位置；镜像动态装置可根据带电工具类型及大小调整拿取方式，同时确保不损坏带电作业工具；镜像动态装置拿取到所需的带电作业工具后，按优化的行走路线把工具送到库房指定的平台窗口，便于施工人员带去现场；镜像动态装置把从现场回来的带电作业工具进行清洁、检测后，把工具归还到库房指定的位置上，便于下次使用；镜像动态装置可以定时对库房内的环境进行清洁与维护，成为带电作业工具的好保姆与守护者。

3.2 主要技术难点

3.2.1 镜像物品识别系统的研发

带电作业工器具每种类别数量较多，从外部形态上不具有唯一性，传统的标签方式容易脱落并影响工器具现场使用。

3.2.2 多功能抓取装置

带电作业工具的类别较多，形状各不相同，也就造成对带电作业工具的拿取方式的不同。带电作业工器具的绝缘性能关系到作业人员的安全，也就要求在抓取作业时操作方法及抓取装置的接触面、材质等需要符合较高的标准。

3.2.3 带电工具的定位与筛选装置

对于在带电作业库房中对每件工器具的定位，必须建立三维立体坐标数字图来定置定位每个物品的存放地点，才能实现精准的抓取操作。

3.2.4 控制及管理系统的研发

控制系统包括线路规划、三维定位、物品及人员识别、数据编码、数据库、带电工具的定位与筛选、行走、抓取、自动充电等自动化控制。

4 达到的效果

4.1 镜像动态装置对工具进行管理与检测系统设备解决的问题及特点

镜像动态装置对工具进行管理与检测是一种从根本上解决现有方式对带电作业工具无法做到精细化、精准化的管理与检测，能解决要人为参与制作标签、粘贴标签、人拿取工具的管理流程，彻底告别“人”对带电作业工具的管理与干预，做到真正的对带电作业工具管理的无人化，立体化的管控风险，保证电网运行安全。

镜像动态装置对工具进行管理与检测终端可以通过网络操作，与库房内镜像动态装置配合，自动便捷地实现将本次现场作业的工具或要求的工具经过检测后自动送入到库房工具窗口处。远距离全程自动化进行记录台账与数据调配上传，各监管部门能立体化直观的看到工具的动态效果。

镜像动态装置对工具进行管理与检测能够对配电带电作业工具、输电带电作业工具、安全工器具、抢修工具等进行管理与检测，能做到相互独立又统一兼顾。

镜像动态装置对工具进行管理与检测效率高、通用性强，彻底解决“人”对工具管理存在的漏洞与风险，也能解决大多班组上没有专职库管员的问题，提高了效率，降低了成本。

4.2 镜像动态装置对工具管理与检测技术研究与应用范围

本项目拟研发完成的镜像动态装置，适用于全国范围内带电作业工器具及电力工具的全自动无人化管理。

镜像动态装置可以自动选择所需工具，避免工具重复使用，降低工具疲劳；增加了工器具的使用寿命，节约了成本。

镜像动态装置可以对工具的存放环境进行监测调节、卫生清洁等；对工具的试验提醒，对到期试验的工具进行分类提取等，节约了人力资源的同时降低了作业人员的劳动强度。

镜像动态装置具有学习系统，可以满足工器具更新所带来的不适用性。

4.3 主要技术经济指标

4.3.1 装置便捷和安全性

镜像动态装置对工具管理与检测，可以实现带电作业工器具自动准备，无需人工辅助，提高了带电作业的效率，降低了作业人员的劳动强度，避免工器具重复使用，减低工具疲劳，增加了带电作业的安全性。

4.3.2 装置可靠性

镜像动态装置采用最新通讯技术及图形算法，设置有预警系统及机器学习系统，有较高的可靠性及实用性。

4.3.3 装置节能性

镜像动态装置对工具管理与检测，可以实现每次带电作业所用工器具的自动调配，避免工具重复使用，降低工具疲劳；增加了工器具的使用寿命，节约了成本。

4.4 创新点

镜像动态装置对工具管理与检测技术研究与应用项目具有以下创新点：镜像物品识别系统的研发；多功能抓取装置；带电工具的定位与筛选装置；自动平衡运输装置；机器学习系统的研发；控制及管理系统的研发。

5 结语

本项目基于现有方式对带电作业工具无法真正管理的特点，研制的镜像动态装置对工具进行管理与检测可以有效解决无法做到精细化、精准化的问题等；镜像动态装置对工具进行管理与检测终端可以通过网络操作，与库房内镜像动态装置配合，自动便捷地实现将本次现场作业的工具或要求的工具经过检测后自动送入到库房工具窗口处。远距离全程自动化进行记录台账与数据调配上传，各监管部门能立体化直观的看到工具的动态效果；项目将由传统的人工记录、二维码扫描与RFID射频对工具的管理都是由“人”全程参与的模式转向“自动化、可视化、轻便化、无人化”模式。镜像动态装置对工具进行管理与检测方式将成为电网对智能化运维的推广方式。有助于带电作业大数据的建立，促进带电作业的发展，使项目的直接及间接效益得到更大的发挥，将大幅提升对带电作业工具进行管理与检测的便捷化与高效化，符合高效、可靠、绿色电网的发展要求。