無人值班變電站巡檢機(jī)器人的研究及應(yīng)用

高靜

（福建省檢修公司福州分部，福建 福州 350000）

無人值班變電站巡檢機(jī)器人的研究及應(yīng)用

高靜

（福建省檢修公司福州分部，福建 福州 350000）

無人變電站巡檢機(jī)器人在變電站工作中具有重要作用，為變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保障，是無人值班變電站巡檢工作中的必要設(shè)備。文章對巡檢機(jī)器人在無人值班變電站中的必要性進(jìn)行了說明，對巡檢機(jī)器人的構(gòu)成進(jìn)行了分析，并闡述了巡檢機(jī)器人具有的重要功能。

無人值班；變電站；巡檢機(jī)器人；研究

變電站設(shè)備很容易出現(xiàn)問題，因此需要對變電站進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)變電設(shè)備存在的各種問題并及時(shí)解決，來保證變電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，巡檢機(jī)器人被研發(fā)出來，在確保變電站的穩(wěn)定運(yùn)行方面起到了重要作用。

1 無人值班變電站巡檢采用機(jī)器人的必要性

隨著電力系統(tǒng)自動化和智能化水平的提高，電氣信號的獲取可以利用多種自動化設(shè)備和技術(shù)來獲得，例如監(jiān)視控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及繼電保護(hù)等。如今的變電站也實(shí)現(xiàn)了遙控、遙測、遙信等功能，變電站自動化程度得到明顯提高。雖然變電站的自動化程度已經(jīng)得到了一定發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)少人和無人值班，但是在無人值班時(shí)也會引起一系列的問題，甚至影響變電站的安全運(yùn)行。其主要存在的問題有四點(diǎn)：（1）當(dāng)變電系統(tǒng)中出現(xiàn)真空開關(guān)、端子漏氣、避雷器漏電等問題造成的發(fā)熱現(xiàn)象無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能會導(dǎo)致安全隱患。（2）防盜與防衛(wèi)救護(hù)問題無法得到有效解決。（3）對主變、開關(guān)油位等部位以及設(shè)備外部的具體狀況難以進(jìn)行及時(shí)和詳細(xì)的了解。（4）當(dāng)遇到較大的風(fēng)、雨、雪等惡劣天氣時(shí)，變電設(shè)備很容易受到破壞，這就需要對變電站設(shè)備進(jìn)行巡視檢查，如果無人值班的情況下，就難以及時(shí)進(jìn)行巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備出現(xiàn)的一些問題，設(shè)備故障等問題難以得到及時(shí)處理，為變電站造成損失。

由此可見，變電站的巡檢工作十分重要，是變電站正常安全生產(chǎn)和運(yùn)行的重要保證。在傳統(tǒng)情況下，需要巡檢人員每天定時(shí)對各個(gè)變電站進(jìn)行巡查或者定期巡查，并采集相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題并解決。但花費(fèi)大量人員來開展巡檢工作，不僅會浪費(fèi)大量的人力資源，同時(shí)重復(fù)性的巡檢工作也會導(dǎo)致巡檢人員產(chǎn)生厭煩情緒，出現(xiàn)對工作不負(fù)責(zé)的情況。例如沒有進(jìn)行實(shí)際的巡檢工作就進(jìn)行填寫巡檢報(bào)表等。為解決這一問題，變電站巡檢智能機(jī)器人被應(yīng)用，其配置靈活、技術(shù)先進(jìn)、功能多樣，為變電站的安全運(yùn)行提供了保障。

2 機(jī)器人系統(tǒng)的總體機(jī)構(gòu)

變電站巡檢機(jī)器人集合了多種技術(shù)，主要包括傳感器融合技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)以及無線傳輸技術(shù)等，系統(tǒng)非常復(fù)雜，功能也很強(qiáng)大。經(jīng)過現(xiàn)場的運(yùn)行，巡檢機(jī)器人最重要的作用是能夠代替巡檢人員進(jìn)行變電站設(shè)備的巡檢工作，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電設(shè)備中出現(xiàn)的異常狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決，有效保障變電站設(shè)備和系統(tǒng)的安全。

機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)主要包括三個(gè)部分：基站、移動本體、電站設(shè)備檢測系統(tǒng)。其中移動本體是整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的重要載體，包含有多個(gè)系統(tǒng)，如移動車體、移動運(yùn)動控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，具有信息采集等功能。為了對機(jī)器人的移動本體進(jìn)行有效的管理，需要建立監(jiān)控中心，又叫做基站，基站與移動體的連接裝置是無線網(wǎng)橋，利用局域網(wǎng)進(jìn)行連接；檢測系統(tǒng)包括外線熱成像儀和攝像機(jī)等，具有內(nèi)部溫度信息采集和處理的功能。

基站系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)在人員進(jìn)行操作后，將命令信息傳遞到機(jī)器人移動體運(yùn)動控制系統(tǒng)中，然后機(jī)器人再根據(jù)命令實(shí)施具體作業(yè)?；鞠到y(tǒng)主要包括電子地圖、報(bào)警處理、聲音、圖像處理等模塊，機(jī)器人的工作狀況和運(yùn)行狀況也可以反映到系統(tǒng)中，工作人員通過基站系統(tǒng)可以及時(shí)了解機(jī)器人的工作狀況，以便于及時(shí)對機(jī)器人進(jìn)行維護(hù)。

移動站主要包括的部分有移動車體、運(yùn)功控制子系統(tǒng)以及工作子系統(tǒng)等。具體的工作原理為由工作子系統(tǒng)采集圖像，然后傳輸?shù)交荆贿\(yùn)動控制子系統(tǒng)主要依據(jù)傳感器信息，來對巡檢路徑進(jìn)行規(guī)劃，運(yùn)動控制子系統(tǒng)的主要作用是對機(jī)器人巡檢過程中的運(yùn)動、行為進(jìn)行控制。在機(jī)器人移動車體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，前輪起驅(qū)動作用，并且有兩個(gè)電機(jī)分別提供動力，實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向；后輪可以進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)向，以方面機(jī)器人的靈活運(yùn)動。

3 機(jī)器人的主要功能

機(jī)器人在巡檢中為非電氣信號的采集提供了移動載體，對非電氣信號的采集提供了有利條件，在機(jī)器人這一平臺上裝載不同的檢查系統(tǒng)和裝置來實(shí)現(xiàn)多種功能，例如，遠(yuǎn)程在線紅外熱像儀系統(tǒng)、聲音采集處理系統(tǒng)以及移動物體闖入報(bào)警系統(tǒng)等。

3.1 遠(yuǎn)程紅外監(jiān)測與診斷系統(tǒng)

此系統(tǒng)采用在線式紅外熱成像裝置。該系統(tǒng)包括紅外圖像采集裝置、圖像處理、圖像顯示等模塊。在進(jìn)行工作時(shí)，系統(tǒng)可以對設(shè)備的溫度進(jìn)行檢測，依據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行判斷，如果檢測到設(shè)備溫度超出標(biāo)準(zhǔn)溫度，系統(tǒng)會以聲音或者文本的形式將信息轉(zhuǎn)遞給基站。另外，通過光識別功能，還可以對一些設(shè)備的溫度梯度進(jìn)行判斷，可以生成某一時(shí)刻或者過去某一段時(shí)間內(nèi)的溫度曲線，對設(shè)備的檢測有重要作用。

3.2 遠(yuǎn)程圖像監(jiān)測與診斷系統(tǒng)

此系統(tǒng)先利用基站對圖像進(jìn)行分析，傳輸分析結(jié)果或者等待進(jìn)一步對圖像進(jìn)行確定。其具體的步驟為：系統(tǒng)首先對圖像進(jìn)行預(yù)處理，對設(shè)備進(jìn)行識別，比較本次傳輸?shù)膱D像與之前的傳輸圖像，結(jié)合設(shè)備的對應(yīng)參數(shù)，對圖像進(jìn)行綜合分析和判斷。如果設(shè)備運(yùn)行正常，切換下一幅圖，設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常狀況，則對上一級發(fā)出報(bào)警信號，圖像也可以被調(diào)度人員遠(yuǎn)程調(diào)用，大大提高了傳送效率，調(diào)度人員不需要時(shí)刻關(guān)注系統(tǒng)的屏幕，減小了調(diào)度人員的工作量。

3.3 聲音監(jiān)測與診斷系統(tǒng)

聲音檢測與診斷系統(tǒng)主要是對變壓器發(fā)出的聲音進(jìn)行采集并分析。聲音是通過移動體攜帶的麥克風(fēng)來進(jìn)行收集的，利用無線網(wǎng)絡(luò)將聲音信息傳遞到基站。通過構(gòu)造檢測模型的方式，聲音信息進(jìn)行分析，進(jìn)而判斷變壓器是否處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，如果經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)變壓器處于異常狀態(tài)，需要發(fā)出故障報(bào)警，并對故障的具體狀況做進(jìn)一步的確定。

3.4 移動物體闖入偵測報(bào)警系統(tǒng)

變電巡檢的一個(gè)目的是會防止變電站受到外力的破壞，主要有人為破壞或者其他動物的闖入對變電站造成破壞。變電站巡檢機(jī)器人的應(yīng)用中，監(jiān)控中心需要對環(huán)境中的可疑目標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，并對可疑目標(biāo)進(jìn)行錄像和報(bào)警，使目標(biāo)得到操作人員的重視，也便于故障發(fā)生后，為故障的調(diào)查提供可靠的依據(jù)。該系統(tǒng)根據(jù)采集的視頻信息以及數(shù)據(jù)，對視頻中的相對運(yùn)動物體進(jìn)行分析，并提取運(yùn)動目標(biāo)區(qū)域的視頻狀況，以聲音和文本的形式進(jìn)行報(bào)警，以提示監(jiān)控人員注意。并在移動目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)，對其進(jìn)行錄像。

3.5 人機(jī)交互監(jiān)控系統(tǒng)

人機(jī)交互監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)ρ矙z機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，人機(jī)交互監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)方面：（1）客戶端登錄界面，再進(jìn)行客戶端登錄界面設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)無人值班變電站的實(shí)際需求，對變電站巡檢機(jī)器人的使用進(jìn)行規(guī)范，合理設(shè)置變電站巡檢機(jī)器人的權(quán)限，只有登錄相應(yīng)的賬號才能夠?qū)C(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，查閱歷史數(shù)據(jù)信息。（2）客戶端顯示界面，在進(jìn)行客戶端顯示界面設(shè)計(jì)時(shí)，既需要考慮與windows軟件的兼容性，還應(yīng)該保證界面的清晰程度，因此采用模塊化設(shè)計(jì)方式，主要模塊包括：電子地圖巡檢模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、系統(tǒng)運(yùn)行模塊、圖像顯示模塊以及機(jī)器人控制模塊等，進(jìn)行合理的布局。（3）數(shù)據(jù)庫顯示界面，數(shù)據(jù)庫顯示界面主要包括四個(gè)部分，即測溫圖像顯示區(qū)、數(shù)據(jù)曲線圖顯示區(qū)、數(shù)據(jù)庫顯示區(qū)以及數(shù)據(jù)庫操作區(qū)，不同的顯示界面具有相應(yīng)的功能。（4）巡檢地圖顯示界面，該界面的主要功能是對機(jī)器人的巡檢任務(wù)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識，通過對變電站的平面圖進(jìn)行分析，制定科學(xué)合理的巡視路線，并且通過無線網(wǎng)橋?qū)C(jī)器人的位置信息進(jìn)行采集，并且通過該界面對機(jī)器人當(dāng)前檢測設(shè)備的情況和運(yùn)行情況進(jìn)行模擬。同時(shí)還具有手控巡檢方式，通過雙擊屏幕上設(shè)備的名稱或者設(shè)備，能夠指揮機(jī)器人運(yùn)動至該設(shè)備范圍，對設(shè)備的溫度進(jìn)行檢測。

4 結(jié)語

巡檢機(jī)器人在變電站的巡檢中具有很大的必要性，巡檢機(jī)器人具有先進(jìn)的技術(shù)和裝置，具有齊全的功能，可以有效代替人工進(jìn)行巡檢作業(yè)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電設(shè)備中存在的異常問題，有效保障了變電系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。

變電站管理人員要充分認(rèn)識巡檢工作的重要性，重視巡檢機(jī)器人的使用，加大力度完善和發(fā)展巡檢機(jī)器人技術(shù)，為解決變電站運(yùn)行中出現(xiàn)的問題奠定良好的基礎(chǔ)。

[1]張偉，龔嬌龍，張惠芳，等.基于視覺導(dǎo)航的變電站智能巡檢機(jī)器人的研究[J].陜西電力， 2015, 43(6):63～66.

[2]王東輝，張玉亮，宋彥軍.變電站智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用研究[J].電工技術(shù)：理論與實(shí)踐， 2015(6):128～129.

[3]毛健，王忠揚(yáng)，袁發(fā)強(qiáng)，等.基于變電站智能巡檢機(jī)器人智能移動的研究及應(yīng)用[J].中國科技縱橫，2015(2):36～38.

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1671-0711（2016）12（下）-0061-02