電力巡檢機(jī)器人在智能配電站室內(nèi)創(chuàng)新性應(yīng)用分析

陸巍

摘 要 配電網(wǎng)設(shè)備體量巨大，人工巡檢受到各種因素的制約，難以跟上時(shí)代的發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步和信息化水平的大幅提高，機(jī)器人被應(yīng)用于人們生活中各行各業(yè)，其中電力智能巡檢機(jī)器人擔(dān)負(fù)著輔助或替代人工對(duì)電網(wǎng)設(shè)備巡檢的職責(zé)。智能巡檢機(jī)器人融合局放、紅外、視覺(jué)等多種高精度傳感技術(shù)，采集配網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)用可視化技術(shù)，綜合診斷設(shè)備的健康水平。智能巡檢機(jī)器人為設(shè)備的狀態(tài)檢修和全壽命周期管理工作提供了可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人；人工巡檢；狀態(tài)檢修；全壽命周期管理；局放檢測(cè)

前言

我國(guó)配電網(wǎng)具有“點(diǎn)多面廣”的特點(diǎn)，而且配電設(shè)備的體量快速增長(zhǎng)，現(xiàn)有的人工巡檢難以滿(mǎn)足周期要求。人工巡檢受到人員素質(zhì)、設(shè)備水平影響較大，巡檢結(jié)果不具有一致性。另外，人工巡檢屬于被動(dòng)巡檢，設(shè)備故障隱患發(fā)現(xiàn)不夠及時(shí)，不能及時(shí)消缺，易造成故障擴(kuò)大的同時(shí)，威脅著巡檢人員的安全。目前，國(guó)家電網(wǎng)公司綜合電改的因素，投資由之前的粗放型向精細(xì)化轉(zhuǎn)變，設(shè)備的“狀態(tài)檢修”被提及上來(lái)，是延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的重要手段。因此，隨著機(jī)電一體化和傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人巡檢被應(yīng)用到配網(wǎng)建設(shè)中來(lái)，它能夠?qū)崟r(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)隱患，保障設(shè)備正常運(yùn)行，較少故障率，提高客戶(hù)的滿(mǎn)意度和供電可靠性。

1 機(jī)器人發(fā)展情況

1.1 國(guó)外發(fā)展概況

日本具有國(guó)際上最先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，就全世界范圍來(lái)看，全球工業(yè)機(jī)器人約有4成在日本。不論在技術(shù)方面，還是在市場(chǎng)規(guī)模方面，日本可以稱(chēng)得上是“機(jī)器人大國(guó)”。日本在2004年5月發(fā)布的“新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”中所指出的7個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也是其中之一。

美國(guó)是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，比起號(hào)稱(chēng)機(jī)器人王國(guó)的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，美國(guó)現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國(guó)之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。目前，美國(guó)工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商有Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation等公司。

德國(guó)引進(jìn)機(jī)器人的時(shí)間比英國(guó)和瑞典大約晚了五六年，但戰(zhàn)爭(zhēng)所導(dǎo)致的勞動(dòng)力短缺，國(guó)民的技術(shù)水平較高等社會(huì)環(huán)境，卻為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展、應(yīng)用提供了有利條件。此外，20世紀(jì)70年代中后期，德國(guó)政府采用的積極行政手段也為工業(yè)機(jī)器人的推廣開(kāi)辟了道路?！案纳苿趧?dòng)條件計(jì)劃”為機(jī)器人的應(yīng)用開(kāi)拓了廣泛的市場(chǎng)，并推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2009年底，德國(guó)運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人為14.58萬(wàn)臺(tái)。目前，德國(guó)工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商有KUKA、CLOOS等。

國(guó)際上一些大的工業(yè)機(jī)器人制造廠家和品牌主要分成兩大體系，以日本為代表的日韓系，以德國(guó)為代表的歐系，其中ABB、安川、發(fā)那科三大品牌占據(jù)了全球51%的市場(chǎng)，KUKA、OTC、川崎、松下等幾大品牌占市場(chǎng)份額的40%以上。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況

我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)工作始于20世紀(jì)70年代初，前10年處于研究單位自行開(kāi)展研究的狀態(tài)，發(fā)展比較緩慢。1985年后開(kāi)始列入國(guó)家有關(guān)計(jì)劃，發(fā)展比較快。我國(guó)近幾年工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)不斷出現(xiàn)，并給用戶(hù)帶來(lái)顯著效益。機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)裝備的市場(chǎng)剛剛起步，而國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進(jìn)制造裝備轉(zhuǎn)型的時(shí)期這就給機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)研究開(kāi)發(fā)者帶來(lái)巨大商機(jī)。目前正在逐步建立上海、沈陽(yáng)、北京、昆山、唐山、成都、徐州等工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地，開(kāi)發(fā)出一批有市場(chǎng)前景的，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人及其自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品。

2 機(jī)器人電力設(shè)備巡檢

在電力行業(yè)，最新開(kāi)展的是變電站的戶(hù)外機(jī)器人的巡檢，隨著電網(wǎng)由變電向配電的注重傾向，配電站室機(jī)器人巡檢逐漸嶄露出來(lái)，從2015年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)在站室內(nèi)巡檢機(jī)器人市場(chǎng)占有是以科大智能為首的幾家專(zhuān)業(yè)做機(jī)器人的公司。至目前，配電站室機(jī)器人已應(yīng)用于北京、天津、上海、山東、安徽、浙江、海南等省市。

機(jī)器人應(yīng)用于配電站室內(nèi)主要基于機(jī)電一體化和光電傳感技術(shù)來(lái)替代運(yùn)維人員“看”配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。包括斷路器、接地刀、信號(hào)燈、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、儀表等狀態(tài)，開(kāi)關(guān)柜體內(nèi)部的局放水平以及設(shè)備的溫升情況[1]。

3 應(yīng)用描述

針對(duì)開(kāi)閉所或者配電房，圍設(shè)備關(guān)間隔架設(shè)軌道，巡檢機(jī)器人運(yùn)動(dòng)于軌道上，空間上多維度檢測(cè)設(shè)備，采集數(shù)據(jù)匯總分析，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行情況的全面監(jiān)測(cè)。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

配電站室機(jī)器人通過(guò)一個(gè)自主運(yùn)行的機(jī)動(dòng)平臺(tái)，搭載多組高性能監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)開(kāi)關(guān)柜及變壓器設(shè)備進(jìn)行全天候監(jiān)控。溫濕度傳感器以及視頻監(jiān)控等輔控系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的全局環(huán)境的可視化。在降低綜合運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí)，提高先進(jìn)運(yùn)營(yíng)水平。系統(tǒng)架構(gòu)如下：

該電力巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，主要由三大部分組成：探測(cè)器主機(jī)、站內(nèi)終端、和遠(yuǎn)程終端。其中主機(jī)用于執(zhí)行設(shè)定任務(wù)，監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)并反饋相關(guān)信息，站內(nèi)終端用于儲(chǔ)存信息并進(jìn)行信息通訊與執(zhí)行反饋，遠(yuǎn)程終端進(jìn)行集中監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)并及時(shí)傳達(dá)。

3.2 功能概述

（1）檢測(cè)功能

利用紅外熱成像對(duì)一次設(shè)備的熱缺陷進(jìn)行檢測(cè)，透過(guò)特制的紅外玻璃，可檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部溫度。檢測(cè)內(nèi)容涉及電纜接頭、電纜表面、銅排及搭接處紅外測(cè)溫；

利用可見(jiàn)光視頻監(jiān)控檢查設(shè)備的運(yùn)行情況，工業(yè)相機(jī)視覺(jué)識(shí)別設(shè)備面板上各種數(shù)顯表、指針表、信號(hào)燈以及轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等的狀態(tài)信息；

（2）局放檢測(cè)功能

采用超聲波+TEV暫態(tài)地電壓兩種方法去檢測(cè)每個(gè)設(shè)備間隔中的局放水平。其中超聲波采用非接觸式測(cè)量，TEV采用接觸設(shè)備面板縫隙處測(cè)量。

采集A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)位置的局放值，選取最大值作為此間隔的局放水平值。

（3）分析報(bào)警功能

系統(tǒng)智能分析設(shè)備故障或缺陷，診斷故障，針對(duì)異常情況自動(dòng)預(yù)警；自動(dòng)記錄設(shè)備巡檢、紅外測(cè)溫以及局放水平等參數(shù)信息，并形成報(bào)表；提供設(shè)備紅外圖像庫(kù)和局放數(shù)據(jù)對(duì)比。

（4）控制功能

巡檢人員在監(jiān)控后臺(tái)進(jìn)行巡視可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行手動(dòng)控制；可以實(shí)現(xiàn)變電站室內(nèi)設(shè)備巡檢的本地及遠(yuǎn)方控制；可代替人工實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)、刀閘操作后位置的校核。

（5）特殊巡視

站內(nèi)的配電間隔有帶重要負(fù)荷的作為重要間隔，機(jī)器人做重點(diǎn)巡視；針對(duì)未帶負(fù)載的備用間隔，機(jī)器人可以只檢測(cè)某些關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)分析判斷某些間隔需要重點(diǎn)巡視的，可以選擇針對(duì)這些點(diǎn)展開(kāi)特殊的巡視。

4 效果分析

4.1 創(chuàng)新型巡檢模式

突破原有的“運(yùn)行檢修人員發(fā)現(xiàn)故障——上報(bào)問(wèn)題——缺陷審核——建立工單——等待消缺”的被動(dòng)處置模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑\(yùn)維團(tuán)隊(duì)主動(dòng)巡檢發(fā)現(xiàn)問(wèn)題+異常申告建立工單——本地運(yùn)維團(tuán)隊(duì)及時(shí)處置——現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收消號(hào)”的全新運(yùn)維管理模式。檢修中所有過(guò)程均有相關(guān)記錄，所有問(wèn)題均進(jìn)入隱患缺陷庫(kù)閉環(huán)管理，契合變電站標(biāo)準(zhǔn)化管理檢查的相關(guān)要求，即減輕了運(yùn)維的工作量，也可使異常隱患在未發(fā)展嚴(yán)重前即得到處理。

4.2 全方位巡檢

運(yùn)維人員業(yè)務(wù)素質(zhì)、心理素質(zhì)各有差異，在巡視的過(guò)程中，容易受到這些因素的影響，而無(wú)法保證巡視的質(zhì)量。

配電站室機(jī)器人具有簡(jiǎn)單合理的識(shí)別體系和準(zhǔn)確可靠的識(shí)別方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控、音頻監(jiān)控和專(zhuān)業(yè)的紅外傳感器監(jiān)控。根據(jù)監(jiān)控需要，通過(guò)任務(wù)參數(shù)的設(shè)置，定時(shí)和定點(diǎn)巡邏計(jì)劃。

機(jī)器人通過(guò)橫向（X軸）、縱向（Y軸）、Z軸三維運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電間隔的全方位的立體檢測(cè)，高效準(zhǔn)確的判斷設(shè)備運(yùn)行情況。

4.3 數(shù)據(jù)診斷分析

配電站室機(jī)器人巡檢系統(tǒng)具備紅外測(cè)溫，局放檢測(cè)、可見(jiàn)光視覺(jué)識(shí)別、遙識(shí)通信等等功能。相比于人工巡檢只是單純的判斷設(shè)備的狀態(tài)好壞，智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)具有對(duì)采集的數(shù)據(jù)全面分析的功能。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)報(bào)表的分析，做出歷史趨勢(shì)報(bào)警決策以及多狀態(tài)數(shù)據(jù)綜合判斷指令。在以大量的診斷分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立自學(xué)習(xí)型專(zhuān)家診斷庫(kù)。同時(shí)將數(shù)據(jù)的分析結(jié)果納入電力設(shè)備的全壽命周期管理進(jìn)程中。

4.4 狀態(tài)檢修

通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，形成歷史數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，對(duì)設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)進(jìn)行判斷，診斷設(shè)備的健康水平，對(duì)設(shè)備全壽命周期管理提供依據(jù)。根據(jù)分析結(jié)果，合理制定設(shè)備檢修策略，實(shí)施全程檢測(cè)和維護(hù)，做到“有的放矢”。

4.5 建設(shè)智能配電站

智能配電房作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，它的正常運(yùn)行是供電可靠性以及客戶(hù)滿(mǎn)意度的重要保證。配電房智能機(jī)器人巡檢監(jiān)測(cè)與配電房的輔控系統(tǒng)共同承擔(dān)了智能配電房的安全運(yùn)行，也是未來(lái)主動(dòng)配電網(wǎng)的重要組成部分。

參考文獻(xiàn)

[1] 駱敏舟.工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2014，44（1）：1-2.