電纜溝道智能巡檢機(jī)器人研究

杜秋實(shí)+張營(yíng)+魯宇+王冠男+苗倩+齊士偉+時(shí)圣堯+劉安琪+劉曦

摘 要：電纜溝道智能巡檢機(jī)器人研究，是一種基于集成檢測(cè)和自動(dòng)控制技術(shù)的巡檢裝置，該裝置配置的溫濕度傳感器、熱成像儀、攝像機(jī)、微波探傷儀和電源模塊等能實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜溝道的溫濕度、熱分布、空間成像、設(shè)備物理缺陷等情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能代替人工高效率高質(zhì)量的巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜溝內(nèi)的各種安全隱患，防患于未然。

關(guān)鍵詞：電纜溝；巡檢；機(jī)器人

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.19.096

電纜是變電站電能傳送和信息傳輸?shù)闹匾d體，電纜主要在電纜溝中敷設(shè)，電纜溝上鋪設(shè)蓋板進(jìn)行電纜保護(hù)?，F(xiàn)階段輸變電工程大多實(shí)行無人值守變電站，且電纜溝位于地下，空間狹窄封閉，給運(yùn)行人員定期巡檢帶來困難。對(duì)于電纜發(fā)生火災(zāi)或運(yùn)行過程中的不安全隱患很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)。2016年6月18日凌晨，陜西西安330千伏南郊變（110千伏韋曲變）發(fā)生主變燒損事故，事故調(diào)查結(jié)果顯示，西安市長(zhǎng)安區(qū)鳳棲路與北長(zhǎng)安街十字路口（距330千伏南郊變約700米）電纜溝道井口發(fā)生爆炸；隨即，110千伏韋曲變#4、#5主變及330千伏南郊變#3主變相繼起火；約2分鐘后，330千伏南郊變6回出線（南寨Ⅰ，南柞Ⅰ、Ⅱ，南上Ⅰ、Ⅱ、南城Ⅰ）相繼跳閘。事故造成負(fù)荷損失24.3萬千瓦，占西安地區(qū)總負(fù)荷的7.34%；停電用戶8.65萬戶，占西安地區(qū)總用戶數(shù)的4.32%，此外還造成了嚴(yán)重的設(shè)備損毀和社會(huì)影響。

1 系統(tǒng)應(yīng)用背景

西安“6.18”變電站爆炸事故的教訓(xùn)為電力巡檢工作提出了更高的要求，電纜溝智能巡檢裝置成為電力行業(yè)迫切需求的部分。綜合分析得出電纜溝道主要存在以下安全隱患：（1）電纜溝內(nèi)設(shè)備和電纜運(yùn)行發(fā)熱導(dǎo)致空間溫度上升，且封閉空間不易散熱，溫度過高時(shí)電纜材料易老化，產(chǎn)生火災(zāi)隱患；（2）地下電纜溝道內(nèi)陰暗潮濕，電纜受潮后引起其絕緣性能下降，產(chǎn)生絕緣擊穿的隱患；（3）電纜溝道空間狹窄，給人工巡檢帶來很大困難，巡檢工作量大、任務(wù)繁重，且常規(guī)人力巡檢效率低下。因此，研制一種電纜溝智能巡檢機(jī)器人，提高地下電纜溝道巡檢質(zhì)量和效率，成為巡檢人員亟待解決的問題。

2 系統(tǒng)工作原理

電纜溝道智能巡檢機(jī)器人旨在解決地下電纜溝道巡檢效率低、質(zhì)量差，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患等問題，做到對(duì)電纜溝內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該巡檢機(jī)器人主體為移動(dòng)載體，采用履帶式小車，車身前端設(shè)置有紅外線傳感器和照明燈，車身上部設(shè)置有溫濕度傳感器、攝像機(jī)、電源、微波探傷儀、熱成像儀、GPS單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和控制單元，該電纜溝道智能巡檢機(jī)器人的各個(gè)模塊協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)以下的檢測(cè)、控制功能：（1）通過機(jī)身前方的紅外線傳感器檢測(cè)移動(dòng)載體前方的障礙物，進(jìn)而通過相應(yīng)控制器實(shí)現(xiàn)自主避障、無人駕駛。（2）通過溫濕度傳感器、熱成像儀、攝像機(jī)、微波探傷儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜溝內(nèi)溫度、濕度、熱分布、空間成像及設(shè)備物理缺陷等情況。（3）通過無線傳輸模塊將監(jiān)測(cè)到的信息實(shí)時(shí)地發(fā)送給地面基站系統(tǒng)。（4）通過GPS單元實(shí)現(xiàn)對(duì)故障地點(diǎn)的定位，便于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障地點(diǎn)，快速搶修。（5）通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以便于后期對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比對(duì)，形成數(shù)據(jù)資源庫，達(dá)到對(duì)電纜溝道情況的長(zhǎng)期監(jiān)管。

圖1為該電纜溝道巡檢機(jī)器人的示意圖：1-移動(dòng)載體，2-紅外線傳感器，3-照明燈，4-溫濕度傳感器，5-攝像機(jī)，6-電源，7-微波探傷儀，8-熱成像儀，9-安裝座，10-水平支撐平臺(tái)，11-支撐架，111-水平低板，112-豎直側(cè)板，12-電動(dòng)推桿。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

巡檢機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)電纜溝及變電站設(shè)備巡檢的無紙化和信息化，切實(shí)提高設(shè)備巡檢的工作效率和質(zhì)量，降低變電站運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作風(fēng)險(xiǎn)，為智能變電站或無人值守變電站的運(yùn)行管理提供了一種創(chuàng)新型的設(shè)備檢測(cè)和監(jiān)控手段。創(chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）智能避障。通過機(jī)身前方的紅外線傳感器檢測(cè)移動(dòng)載體前方的障礙物，進(jìn)而通過相應(yīng)控制器實(shí)現(xiàn)自主避障、無人駕駛。

（2）集成多種檢測(cè)功能于一體。通過溫濕度傳感器、熱成像儀、攝像機(jī)、微波探傷儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜溝內(nèi)溫度、濕度、熱分布、空間成像及設(shè)備物理缺陷等情況，創(chuàng)新性引入微波探傷儀功能，用以檢查電纜和設(shè)備表面裂隙和內(nèi)部缺陷。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與本地存儲(chǔ)相結(jié)合。通過無線傳輸模塊將監(jiān)測(cè)到的信息實(shí)時(shí)地發(fā)送給地面基站系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以便于后期對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比對(duì)，形成數(shù)據(jù)資源庫，達(dá)到對(duì)電纜溝道情況的長(zhǎng)期監(jiān)管。

（4）快速定位。通過GPS單元實(shí)現(xiàn)對(duì)故障地點(diǎn)的定位，便于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障地點(diǎn)，快速搶修。

（5）體積較小，高度可調(diào)節(jié)。機(jī)器人車身的上部豎直設(shè)置有可伸縮的電動(dòng)推桿，電動(dòng)推桿的底端固定于車身，工作人員可根據(jù)巡檢的空間大小自行調(diào)節(jié)推桿的高度。

4 結(jié)論

該電纜溝智能巡檢機(jī)器人安全可靠，高效便捷，功能完備，可有效預(yù)防電纜事故隱患的發(fā)生，提高電力自動(dòng)化水平，加快電網(wǎng)智能化發(fā)展，推動(dòng)電纜溝巡檢的無紙化和信息化，切實(shí)提高巡檢的工作效率和質(zhì)量，降低變電站運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作風(fēng)險(xiǎn)，為智能變電站或無人值守變電站的運(yùn)行管理提供了一種創(chuàng)新型的設(shè)備檢測(cè)和監(jiān)控手段。

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