智能巡檢機器人在變電站的應(yīng)用分析

陳星 國網(wǎng)安徽電力公司合肥供電公司

傳統(tǒng)的人工巡檢方式暴露出滯后性，無法滿足變電站的巡檢需求，要重點探討和研究智能巡檢機器人在變電站的巡檢應(yīng)用，采用基于地圖匹配的激光導(dǎo)航系統(tǒng)，設(shè)計智能巡檢機器人的軟硬件系統(tǒng)，提高智能巡檢機器人在變電站的巡檢應(yīng)用覆蓋率和精度。

一、變電站智能巡檢的需求分析

我國幅員遼闊，電網(wǎng)規(guī)模宏大，管理節(jié)點眾多。變電站則是電網(wǎng)的關(guān)鍵管理節(jié)點之一，具有技術(shù)含量較高、設(shè)備數(shù)量眾多、危險系數(shù)高、地理位置分散等特點，一旦變電站出現(xiàn)故障，將直接造成區(qū)域性的停電事故，因此變電站的巡檢工作一直受到人們的高度關(guān)注。然而長期以來，我國在變電站的巡檢中采用了以人工巡檢為主的模式，這種依賴于人的巡檢方式雖然可以充分利用人的主觀判斷能力，但也存在著明顯的不足。例如體力消耗過大、巡檢過程中人身安全難以保證、設(shè)備運行狀態(tài)難以準(zhǔn)確判斷、夜間無法巡檢、人為誤差顯著等等。這一系列的問題，使得變電站的管理領(lǐng)域?qū)χ悄芑矙z提出了強烈的需求[1]。

二、智能巡檢機器人軟硬件系統(tǒng)設(shè)計分析

（一）智能巡檢機器人硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能巡檢機器人內(nèi)部構(gòu)件主要包括有：激光傳感器、云臺、紅外熱像儀、超聲傳感器、機器人核心控制機箱、安全停障模塊、底盤模塊及輔助設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)最高1m/s的直行速度和原地轉(zhuǎn)彎，實時監(jiān)測機器人自身的高/低壓、過流、短路、斷路、過溫和通訊，并與激光雷達(dá)導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)特殊復(fù)雜環(huán)境下的無死角監(jiān)測。智能巡檢機器人還采用全向型云臺，支持垂直、水平方向的旋轉(zhuǎn)，云臺利用自帶的高清攝像頭進(jìn)行精準(zhǔn)的測溫。同時，智能巡檢機器人還配置有自主充電裝置和充電房，并通過監(jiān)控平臺實時采集變電站戶外環(huán)境數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與微氣象站的數(shù)據(jù)交互，基于TCP/IP協(xié)議獲悉變電站的降水、濕度、溫度、風(fēng)速等信息，提升智能巡檢機器人的任務(wù)適應(yīng)性。另外，智能巡檢機器人還有一些附屬設(shè)備，如：工作指示燈、音響、拾音器、遙控器等。

（二）智能巡檢機器人客戶端軟件功能

1.實時監(jiān)控界面。通過實時監(jiān)控界面查看當(dāng)前的巡檢路線、位置、設(shè)備信息等，并顯示與巡檢任務(wù)相關(guān)的信息。2.巡檢計劃界面。主要是編輯巡檢任務(wù)，制定巡檢計劃，下發(fā)常規(guī)巡檢任務(wù)并查詢巡檢任務(wù)。3.遠(yuǎn)程遙控界面。主要是控制機器人進(jìn)行手動巡檢，實現(xiàn)對指定地點、設(shè)備的特巡，并實時顯示智能巡檢機器人的激光信息。4.其他界面。可以采用數(shù)據(jù)分析界面進(jìn)行歷史巡檢數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和顯示，包括：設(shè)備統(tǒng)計地圖、設(shè)備缺陷、巡檢任務(wù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、任務(wù)日歷等[2]。

三、智能巡檢機器人在變電站的應(yīng)用

（一）系統(tǒng)功能

智能巡檢機器人作為一個智能化電子系統(tǒng)，可以根據(jù)設(shè)計者的意愿和實際需求進(jìn)行功能模塊的集成，具有很大的靈活性。但從當(dāng)前的應(yīng)用來年看，智能巡檢機器人在變電站中應(yīng)用最多的功能主要包括路徑規(guī)劃、故障檢測、定位導(dǎo)航、遠(yuǎn)程控制等等。當(dāng)系統(tǒng)向現(xiàn)場巡檢機器人下發(fā)任務(wù)指令后，機器人需要通過內(nèi)部算法模塊自動進(jìn)行最優(yōu)路徑的規(guī)劃，一般需要經(jīng)過路徑搜索、路徑篩選和路徑模擬實驗等步驟，并經(jīng)過人為的修正后，方可確定實際的巡檢路徑。故障檢測則主要依賴于紅外成像系統(tǒng)的溫度檢測功能，機器人通過紅外測溫實時分析各設(shè)備的溫度分布情況，并對過熱的地方進(jìn)行拍照，同時采集設(shè)備發(fā)出的故障聲音，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的條件進(jìn)行故障分析和定位。定位導(dǎo)航是機器人按照規(guī)劃路徑行進(jìn)的必要前提，變電站一般采用無軌導(dǎo)航，因此機器人內(nèi)部實際上是導(dǎo)入了一個GIS地圖，也可以自帶GPS定位終端，使其可以自主完成定位、前進(jìn)、拐彎、避障等功能。遠(yuǎn)程控制是當(dāng)前變電站巡檢機器人必不可少的功能，一方面，當(dāng)機器人本身出現(xiàn)故障或出現(xiàn)突發(fā)情況時，需要由人對其進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，防止事故發(fā)生。另一方面，對于一些較復(fù)雜的巡檢或維修工作，單靠算法是不現(xiàn)實的，可由技術(shù)人員遠(yuǎn)程協(xié)助完成[3]。

（二）工作流程

變電站巡檢機器人在整個工作過程中，主要依賴于監(jiān)控中心、管理中心、通信系統(tǒng)、機器人等四個環(huán)節(jié)的相互協(xié)調(diào)。首先，由技術(shù)人員在監(jiān)控中心的系統(tǒng)界面上編輯好需要執(zhí)行的巡檢任務(wù)，然后將巡檢任務(wù)轉(zhuǎn)換為機器指令，通過通信系統(tǒng)的發(fā)送端將指令發(fā)送到機器人的主控芯片上，機器人在接收到指令后，會調(diào)用相應(yīng)的算法模塊進(jìn)行路徑規(guī)劃，該路徑會先反饋回監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心的技術(shù)人員根據(jù)實際情況進(jìn)行修正并確認(rèn)后，再次發(fā)送回機器人終端，機器人會根據(jù)確認(rèn)后的路徑開始巡檢。其次，機器人在巡檢過程中會根據(jù)任務(wù)指令分別完成每一個子任務(wù)，并將結(jié)果記錄實時反饋給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，機器人前方攝像頭的畫面也會同步傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實現(xiàn)巡檢過程的可視化。接著，機器人巡檢中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會通過監(jiān)控中心的大屏幕顯示出來，通過GIS系統(tǒng)的應(yīng)用，技術(shù)人員可以直觀地了解每一個設(shè)備的運行狀態(tài)。最后，機器人完成巡檢任務(wù)后，會進(jìn)行一個綜合評估，評估結(jié)果返回給監(jiān)控中心，完成巡檢任務(wù)。到此，一個完整的機器人智能巡檢過程就完成了。監(jiān)控中心則需要通過大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上預(yù)測變電站各設(shè)備的未來運行狀態(tài)趨勢，為變電站的管理提供決策依據(jù)[4]。

四、結(jié)語

綜上所述，智能巡檢機器人在變電站中的應(yīng)用，不僅解放了人力勞動，更是提高了變電站巡檢的效率和質(zhì)量，大大提高了電網(wǎng)運營水平，是未來變電站管理的重要發(fā)展趨勢之一。實際上，由智能巡檢機器人完全代替人類勞動只是一個美好的愿景，當(dāng)前的智能巡檢機器人在巡檢過程中仍然需要一定程度的人工干預(yù)。隨著各種智能化技術(shù)及其配置技術(shù)的日益成熟，智能巡檢機器人有望成為未來變電站巡檢乃至全電網(wǎng)巡檢的主力軍。