巡檢機(jī)器人在超特高壓變電站的應(yīng)用

牛志華，石 炎

（1.鄭州路橋建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南工業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450001）

0 引言

作為電力系統(tǒng)供電與傳輸?shù)臉屑~，變電站的安全運(yùn)行將直接影響國(guó)民生產(chǎn)與生活［1-2］。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，很容易發(fā)生各種故障如損傷、發(fā)熱、漏油和異物等，而目前變電站中絕大多還是采用人工排查、檢測(cè)的方式進(jìn)行巡檢，效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)給工作人員帶來(lái)很多不便［3］。

隨著技術(shù)的發(fā)展，利用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行巡檢的需求日益強(qiáng)烈。通過(guò)介紹巡檢機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)、硬件組成、軟件功能及應(yīng)用情況，表明在變電站中將機(jī)器人技術(shù)和巡檢技術(shù)相結(jié)合，可以顯著提升現(xiàn)有的工作效率，增強(qiáng)工作體驗(yàn)，使變電站的維護(hù)、管理變得更加合理、規(guī)范，為變電站的運(yùn)行提供更可靠的保證。

1 巡檢機(jī)器人組成原理

圖1 變電站巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)

超特高壓變電站巡檢機(jī)器人利用導(dǎo)航定位技術(shù)，結(jié)合可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外熱像儀、超聲傳感器、磁傳感器等先進(jìn)傳感器實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑規(guī)劃、自動(dòng)充電、采集設(shè)備圖像等功能［4］，通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)將所有信息與數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心，利用圖像處理和模式識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備熱缺陷、短路狀態(tài)、溫度檢測(cè)等情況的判別；對(duì)儀表讀數(shù)、油位計(jì)位置的識(shí)別。變電站巡檢機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 巡檢機(jī)器人硬件組成

超特高壓變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)主要分為主控模塊、電源管理模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊以及云臺(tái)檢測(cè)模塊。其硬件組成如圖2所示。

圖2 變電站巡檢機(jī)器人硬件組成

主控模塊由主CPU控制系統(tǒng)、繼電器控制組和散熱器組構(gòu)成，是機(jī)器人中樞神經(jīng)控制器，控制協(xié)調(diào)機(jī)器人各個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)［5］。電源管理模塊包括高容量高功率聚合物鋰電池組，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電池電壓、電流的檢測(cè)與保護(hù)。運(yùn)動(dòng)控制模塊包括大功率高速直流電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、編碼器，通過(guò)接收控制器指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、拐彎、加速、停止等功能。云臺(tái)檢測(cè)模塊包括可見(jiàn)光攝像機(jī)和紅外熱像儀，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用雙通道，其中可見(jiàn)光通道用于監(jiān)測(cè)設(shè)備視頻的可視化情況，紅外通道用于監(jiān)測(cè)發(fā)熱設(shè)備的熱溫度圖像。

1.2 巡檢機(jī)器人軟件介紹

超特高壓變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立起終端層與基站層的聯(lián)系，終端層負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)和下達(dá)命令，基站層負(fù)責(zé)采集圖像與數(shù)據(jù)。系統(tǒng)包括一鍵啟動(dòng)功能、休眠功能、任務(wù)定制功能、定時(shí)器起停功能、設(shè)備歷史曲線查詢(xún)功能與巡檢數(shù)據(jù)查詢(xún)功能等。

一鍵啟動(dòng)功能。在桌面建立了一鍵啟動(dòng)快捷方式，如圖3所示。每次啟動(dòng)軟件只需要雙擊一鍵啟動(dòng)快捷方式，而且該步驟增加了守護(hù)功能。當(dāng)軟件被誤關(guān)掉時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)檢測(cè)進(jìn)程，進(jìn)程沒(méi)有的會(huì)自己?jiǎn)?dòng)。

任務(wù)定制功能。根據(jù)站內(nèi)尋求，若臨時(shí)需要在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)檢測(cè)某一間隔設(shè)備，不需要?jiǎng)?chuàng)建特定任務(wù)。可以通過(guò)任務(wù)定制的方式，在任務(wù)定制的界面里創(chuàng)建需要巡視的設(shè)備。針對(duì)該任務(wù)下發(fā)配置，依次打開(kāi)控制巡檢任務(wù)界面點(diǎn)擊任務(wù)定制，即可實(shí)現(xiàn)任務(wù)定制功能。任務(wù)定制功能如圖4所示。

圖3 變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)啟動(dòng)控制

圖4 變電站巡檢機(jī)器人任務(wù)定制功能

巡檢數(shù)據(jù)查詢(xún)與報(bào)表查詢(xún)。數(shù)據(jù)查詢(xún)。一鍵啟動(dòng)軟件后，依次點(diǎn)擊分析巡檢數(shù)據(jù)選擇查找起止時(shí)間查詢(xún)，即可查詢(xún)到該時(shí)間段機(jī)器巡檢數(shù)據(jù)。

圖5 變電站巡檢機(jī)器人查詢(xún)功能

報(bào)表查詢(xún)。一鍵啟動(dòng)軟件后，依次點(diǎn)擊分析報(bào)表查詢(xún)選擇查找起止時(shí)間選擇查詢(xún)報(bào)表的類(lèi)型查詢(xún)，即可查詢(xún)到該時(shí)間段內(nèi)機(jī)器報(bào)表數(shù)據(jù)。任務(wù)巡檢報(bào)表界面如圖5所示。

2 機(jī)器人在變電站的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)運(yùn)行的各類(lèi)設(shè)備缺陷中，設(shè)備發(fā)熱缺陷已被定性為影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要因素。針對(duì)變電站的實(shí)際情況，介紹巡檢機(jī)器人在變電站的兩種典型應(yīng)用場(chǎng)景。

2.1 設(shè)備紅外測(cè)溫

基于便捷、使用簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，紅外成像儀通常用于檢測(cè)設(shè)備外表溫度，主要由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。紅外成像儀通過(guò)將光能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)線性處理后便可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)的溫度檢測(cè)。

表1 被檢設(shè)備參數(shù)

檢測(cè)目的。對(duì)超特高壓變電站高壓電氣設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫，排查主要變電設(shè)備隱患，確保變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

檢測(cè)方法。先用紅外成像儀對(duì)設(shè)備待檢測(cè)位置進(jìn)行全面掃描，檢測(cè)出溫度異常部位；然后對(duì)異常部位進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)溫得到當(dāng)前設(shè)備準(zhǔn)確溫度；最后根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算相對(duì)溫差，進(jìn)行缺陷判斷與處理。特高壓變電站的被檢設(shè)備參數(shù)如表1所示。

圖6 設(shè)備紅外圖譜

檢測(cè)結(jié)果：設(shè)備典型紅外圖譜如圖6（a）所示，溫度約10℃，濕度約52%；設(shè)備異常紅外圖譜如圖6（b）所示，溫度超出設(shè)備正常發(fā)熱溫度。對(duì)超特高壓變電站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行全面的紅外溫度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)并聯(lián)電抗器A相中性點(diǎn)套管端部異常發(fā)熱，根據(jù)DL/T 664—2008《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》規(guī)定，該缺陷為套管柱頭處缺陷，本次測(cè)試溫度為68.3℃（＞55℃），屬于嚴(yán)重缺陷。

2.2 超聲波帶電檢測(cè)

超聲波帶電檢測(cè)是將超聲波傳感器放在設(shè)備表面，若是變壓器內(nèi)部存在局部放電，此時(shí)電流將以脈沖放電的形式撞擊周?chē)橘|(zhì)，形成超聲波信號(hào)，從而判定設(shè)備內(nèi)部存在局部放電現(xiàn)象［6］。超聲波帶電檢測(cè)原理如圖7所示。

圖7 超聲波帶電檢測(cè)原理

檢測(cè)目的。通過(guò)對(duì)特高壓變電站進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)，排查站內(nèi)設(shè)備隱患，確保變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。被檢設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 被檢設(shè)備技術(shù)參數(shù)

檢測(cè)方法。首先連接檢測(cè)儀器與檢測(cè)探頭，儀器開(kāi)機(jī)自檢；然后將檢測(cè)探頭放置在設(shè)備罐體側(cè)下方進(jìn)行檢測(cè)；最后更換檢測(cè)點(diǎn)，每隔0.5m選取一個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)其他部位進(jìn)行檢測(cè)。

檢測(cè)結(jié)果。被檢設(shè)備典型數(shù)據(jù)如表3所示，經(jīng)分析比較，特高壓變電站未發(fā)現(xiàn)異常超聲波局放信號(hào)。

表3 被檢設(shè)備典型檢測(cè)數(shù)據(jù)

3 結(jié)語(yǔ)

介紹了變電站巡檢機(jī)器人在超特高壓變電站的應(yīng)用。包括巡檢機(jī)器人的硬件組成和軟件組成以及機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。重點(diǎn)介紹了巡檢機(jī)器人在特高壓變電站內(nèi)進(jìn)行設(shè)備紅外測(cè)溫和超聲波帶電檢測(cè)的應(yīng)用。在變電站內(nèi)進(jìn)行機(jī)器人巡檢，可輔助或取代變電站工作人員進(jìn)行日常的設(shè)備巡檢、紅外測(cè)溫等工作，切實(shí)提高了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)，是變電站巡檢技術(shù)的發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。