變電站智能巡檢系統(tǒng)的研究

國(guó)網(wǎng)青島供電公司 于海龍 劉曉偉 李志戈 肖文軍 李旭平

1 引言

變電站日常設(shè)備巡視是保證變電站安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要的管理制度。截止目前，常規(guī)人工巡視方法由于存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全系數(shù)低、人工成本高等缺點(diǎn)，智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)在變電站巡視管理中嶄露頭角[1]。

變電站智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，是國(guó)網(wǎng)公司為適應(yīng)智能化變電站及無人值守變電站發(fā)展需求，全面提高變電站智能化水平而研制開發(fā)的，擁有安全自主產(chǎn)權(quán)和發(fā)明專利，整體技術(shù)水平處于國(guó)際領(lǐng)先水平。該系統(tǒng)以智能巡檢機(jī)器人為核心，整合機(jī)器人技術(shù)、電力設(shè)備非接觸檢測(cè)技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等[2]，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站全天候、全方位智能巡檢和監(jiān)控，提高正常巡檢作業(yè)和管理的自動(dòng)化和智能化水平，為智能化變電站和無人值守變電站提供創(chuàng)新型的技術(shù)檢測(cè)手段和安全保障，更快的推進(jìn)變電站無人值守的進(jìn)程。變電站機(jī)器人巡視現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

圖1 機(jī)器人巡視實(shí)例

本文以某220kV智能化變電站機(jī)器人巡檢系統(tǒng)為例，對(duì)機(jī)器人運(yùn)行原理、系統(tǒng)功能和巡視路線設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，采用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行巡檢，是智能變電站和無人值守變電站巡檢技術(shù)的發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

2 機(jī)器人巡檢系統(tǒng)

變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人系統(tǒng)采用分層控制結(jié)構(gòu)，分為上下兩層：基站和移動(dòng)站控制系統(tǒng)層、系統(tǒng)層。變電站巡檢機(jī)器人主要用于戶外變電站代替巡邏人員巡邏檢查。機(jī)器人可以攜帶紅外熱像儀電站設(shè)備檢測(cè)裝置[3]，可見光CCD等[4]，自主和遙控的方式，代替室外高壓設(shè)備的監(jiān)測(cè)，以檢測(cè)電力設(shè)備的內(nèi)部熱缺陷，外部如機(jī)械或電氣問題：異物，損傷，發(fā)熱，漏等，對(duì)操作人員診斷電力設(shè)備運(yùn)行和故障事故先兆提供相關(guān)數(shù)據(jù)。機(jī)器人系統(tǒng)能夠在正確的時(shí)間代替人的檢查工作，并能生成報(bào)表，如機(jī)器人不能方便值班時(shí)間巡邏人員（如在00:00和03:00）或惡劣的天氣條件下，在沒有監(jiān)督人員的前提下，可根據(jù)檢查的固定路線，并能自動(dòng)返回出發(fā)點(diǎn)。

3 機(jī)器人運(yùn)行的基本原理

機(jī)器人依靠前端的磁傳感識(shí)別事先設(shè)計(jì)的巡行軌道，通過識(shí)別埋設(shè)的RFID點(diǎn)來執(zhí)行?？课恢玫母鞣N命令[5]，包括轉(zhuǎn)彎、檢測(cè)、停車、充電、開門等等。通過磁軌道的導(dǎo)航與?？奎c(diǎn)的命令組合來完成既定的巡檢任務(wù)。機(jī)器人任務(wù)的啟動(dòng)主要有兩種方式，一種為定時(shí)啟動(dòng)，主要是在機(jī)器人調(diào)試完畢情況下無需人為操作的自主運(yùn)行任務(wù)。另一種為人為控制啟動(dòng)模式，主要是在有參觀要求與特殊緊急情況下的啟動(dòng)方法。

圖2 智能巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖

機(jī)器人充電主要有自動(dòng)（推薦）與手動(dòng)（當(dāng)機(jī)器人電量已經(jīng)不能滿足啟動(dòng)時(shí)采用），自動(dòng)充電即讓機(jī)器人能夠采集到充電的RFID點(diǎn)，這樣機(jī)器人便會(huì)執(zhí)行充電命令，同樣如果要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)開啟充電小屋的門禁也是讓機(jī)器人采集到開門點(diǎn)的RFID點(diǎn)。所以針對(duì)午山站要完成一次人為控制的自動(dòng)充電即把機(jī)器人斷電推到離開門?？奎c(diǎn)不遠(yuǎn)的機(jī)器人軌道上，然后上電，待后臺(tái)與機(jī)器人通訊正常以后，啟動(dòng)任務(wù)。機(jī)器人便會(huì)首先順著軌道行進(jìn)到開門點(diǎn)，執(zhí)行開門動(dòng)作，然后進(jìn)屋充電等等。圖2為智能巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。

4 系統(tǒng)功能及巡視路線設(shè)計(jì)

變電站智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)分為基站和移動(dòng)站機(jī)器人本體兩部分。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作要求，研制的機(jī)器人系統(tǒng)主要系統(tǒng)功能如下：

（1）方便用戶對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行配置，根據(jù)配置定時(shí)下發(fā)自動(dòng)規(guī)劃任務(wù)；根據(jù)用戶配置，自動(dòng)采集和存儲(chǔ)可見光圖像和紅外圖像，并經(jīng)行分析和處理，動(dòng)態(tài)顯示機(jī)器人當(dāng)前采集的可見光圖像和紅外圖像如圖3所示。

圖3 機(jī)器人巡檢數(shù)據(jù)采集界面

（2）手動(dòng)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和機(jī)器人云臺(tái)的動(dòng)作，實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人當(dāng)前的方位和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顯示機(jī)器人的當(dāng)前位置和速度的數(shù)據(jù)信息如圖4所示。

圖4 機(jī)器人操控系統(tǒng)平臺(tái)

（3）顯示機(jī)器人的電源狀態(tài)，并進(jìn)行分析和異常報(bào)警，顯示機(jī)器人外圍傳感器的信號(hào)狀態(tài)，并進(jìn)行報(bào)警，查詢機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)采集的歷史數(shù)據(jù)，并進(jìn)行對(duì)比分析。

智能巡檢機(jī)器人采用磁導(dǎo)航方式，該導(dǎo)航方式具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、不受雨雪天氣影響等優(yōu)點(diǎn)，是目前室外移動(dòng)機(jī)器人最可靠和成熟的導(dǎo)航方式。

定位點(diǎn)為機(jī)器人在全局路徑規(guī)劃中提供定位和任務(wù)信息，包括位置坐標(biāo)、設(shè)備間隔、任務(wù)內(nèi)容等。根據(jù)變電站具體設(shè)備分布圖，本變電站機(jī)器人巡檢路線圖如圖5所示。

圖5 機(jī)器人巡視路線圖

5 結(jié)論

采用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行變電站巡檢，既具有人工巡檢的靈活性、智能性，同時(shí)也克服了人工巡檢存在的一些缺陷和不足，更適應(yīng)智能變電站和無人值守變電站發(fā)展的實(shí)際需求，具有巨大的優(yōu)越性。本文闡述了機(jī)器人及智能巡檢系統(tǒng)的基本原理，并結(jié)合某220kV智能化變電站重點(diǎn)介紹了智能巡檢系統(tǒng)的功能和巡視路線設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了變電站智能巡檢系統(tǒng)在變電站日常巡視管理中的廣闊發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

[1]魯守銀,蘇建軍.機(jī)器人在變電站巡檢中的應(yīng)用[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2007,25(1):485-493.

[2]矯德余.基于嵌入式系統(tǒng)的智能巡檢機(jī)器人研制[D].中國(guó)石油大學(xué)(華東),2010.

[3]肖鵬,王海鵬,等.變電站智能巡檢機(jī)器人云臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2007,5(1):33-36.

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[5]王建元,陳永輝.基于圖論的電力巡檢機(jī)器人智能尋跡方案[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2011,35(19):85-88.