大型變電站智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀及問(wèn)題

王恩仲 李瀟

【摘要】隨著人工智能的發(fā)展，常規(guī)變電站向建設(shè)智能化變電站的方向推行，智能巡檢機(jī)器人技術(shù)在各個(gè)變電站的應(yīng)用也在逐漸鋪展開(kāi)來(lái)。本文結(jié)合云南某大型變電站智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用情況，對(duì)智能巡檢機(jī)器人在大型變電站中的應(yīng)用現(xiàn)狀及問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】大型變電站;智能巡檢機(jī)器人;應(yīng)用現(xiàn)狀;問(wèn)題分析。

0 引言

隨著變電站向建設(shè)智能化變電站方向的發(fā)展，變電站的自動(dòng)化水平也在逐漸提高，而智能巡檢機(jī)器人技術(shù)則在各個(gè)變電站逐漸得到推廣和應(yīng)用。在《2020年國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告》中提出的新基建中特高壓的發(fā)展將涉及到很多大型變電站的建設(shè)，而傳統(tǒng)的巡檢模式必然滿足不了高速發(fā)展的智能化變電站建設(shè)，智能機(jī)器人巡檢將成為以后變電站巡檢的主要方向。

當(dāng)前的變電站巡檢方式主要依靠運(yùn)維人員通過(guò)巡視、抄表、記錄以及使用一些相配套的檢測(cè)儀器對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行檢查，但是這種人工巡檢方式由于各種外界因素的影響導(dǎo)致其質(zhì)量難以得到保證[1]。而變電站智能巡檢機(jī)器人通過(guò)下發(fā)計(jì)劃巡檢任務(wù)或?qū)ｍ?xiàng)巡檢的方式，在無(wú)人值守或少人值守的變電站對(duì)室外高壓設(shè)備進(jìn)行巡檢，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的溫度異常、表計(jì)數(shù)值異常等設(shè)備異常現(xiàn)象。智能巡檢機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用極大的解放了人力，使變電站設(shè)備運(yùn)維效率得到提升。

雖然機(jī)器人巡檢技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，但因當(dāng)前機(jī)器人巡檢技術(shù)智能程度有限，且機(jī)器人巡檢還在試行、推廣階段，在任務(wù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)獲取和診斷分析等方面供電局多參照人工巡檢的方式執(zhí)行。而大型變電站因本身電力設(shè)備多、型號(hào)種類豐富、占地面積廣等對(duì)智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用是極大的挑戰(zhàn)。

1 巡檢機(jī)器人簡(jiǎn)介

巡檢機(jī)器人按照應(yīng)用場(chǎng)景的不同，分為室內(nèi)巡檢機(jī)器人和室外巡檢機(jī)器人。而本文介紹的是室外巡檢機(jī)器人。

變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)器人本體、監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)器人室、微氣象系統(tǒng)等組成。變電站巡檢機(jī)器人通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管理，可以與生產(chǎn)管理系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)信息交互。其系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

1.1機(jī)器人本體

機(jī)器人本體由底盤單元、供電單元、傳感單元、控制單元及導(dǎo)航單元組成。底盤為輪式底盤，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行移動(dòng);供電單元采用鋰電池為機(jī)器人各供電模塊進(jìn)行供電;傳感單元為可見(jiàn)光攝像頭、紅外熱像儀、超聲傳感器，對(duì)巡檢時(shí)相關(guān)信息進(jìn)行采集;控制單元負(fù)責(zé)對(duì)各傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、運(yùn)算及對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制;導(dǎo)航單元為無(wú)軌化3D激光導(dǎo)航方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位導(dǎo)航。

1.2監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)功能包括機(jī)器人管理、任務(wù)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、巡檢結(jié)果確認(rèn)、巡檢結(jié)果分析、用戶設(shè)置、機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)試維護(hù)七大模塊。

（1）機(jī)器人管理模塊：主要為了實(shí)現(xiàn)變電站多臺(tái)機(jī)器人之間的選擇切換，選擇其中一臺(tái)機(jī)器人后，界面中的任務(wù)管理、電子地圖及實(shí)時(shí)監(jiān)控三大模塊均切換至對(duì)應(yīng)選擇的機(jī)器人工作界面。模塊主要包含機(jī)器人切換、視頻監(jiān)控及電子地圖、實(shí)時(shí)信息、設(shè)備告警信息、系統(tǒng)告警信息等相關(guān)信息展示。

（2）任務(wù)管理模塊：任務(wù)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)全面巡檢、例行巡檢、專項(xiàng)巡檢、特殊巡檢、自定義任務(wù)、地圖選點(diǎn)及任務(wù)展示等功能。每個(gè)功能均集合了任務(wù)編制、任務(wù)下發(fā)等功能。根據(jù)不同巡檢任務(wù)類型自動(dòng)預(yù)設(shè)相關(guān)巡檢點(diǎn)位，并自動(dòng)生成任務(wù)名稱。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊：主要實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控，巡檢上報(bào)信息查看及機(jī)器人控制等功能。

（4）巡檢結(jié)果確認(rèn)模塊：主要包括設(shè)備告警確認(rèn)、主接線展示、間隔展示、巡檢結(jié)果瀏覽、巡檢任務(wù)審核、巡檢報(bào)告生成六個(gè)模塊。用于對(duì)機(jī)器人的巡檢結(jié)果，包括各類設(shè)備告警信息數(shù)據(jù)，以及各巡檢點(diǎn)位采集的圖像、音視頻信息等進(jìn)行核查確認(rèn)，并生成巡檢報(bào)告。

（5）巡檢結(jié)果分析模塊：實(shí)現(xiàn)各巡檢點(diǎn)位任務(wù)的查詢、瀏覽、輸出功能，分析各設(shè)備的巡檢覆蓋情況，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)該巡檢任務(wù)信息查詢、瀏覽及審核確認(rèn)，具備導(dǎo)出相應(yīng)報(bào)告功能。

（6）用戶設(shè)置模塊：主要實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限管理功能。

（7）機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)試維護(hù)模塊：主要實(shí)現(xiàn)巡檢地圖維護(hù)、機(jī)器人參數(shù)設(shè)置、機(jī)器人數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)等功能。

1.3機(jī)器人室

機(jī)器人室用于機(jī)器人的自主充電及日常停放，采用彩鋼復(fù)合板、輕鋼結(jié)構(gòu)、防水卷材、防腐木板等制作而成，占地面積約4㎡。機(jī)器人室內(nèi)按需配備空調(diào)、充電箱、自動(dòng)卷簾門等設(shè)備。室內(nèi)充電箱采用220V電壓。

1.4微氣象系統(tǒng)

微氣象系統(tǒng)能夠采集環(huán)境溫度、濕度、降水量、大氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等主要?dú)庀笠?，并能?shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)視，能夠有效地提高機(jī)器人的任務(wù)適應(yīng)性。

2 巡檢機(jī)器人應(yīng)用情況

隨著國(guó)家新基建概念的提出，我國(guó)大型變電站的數(shù)量將變得更多。我國(guó)最早研究變電站巡檢機(jī)器人的是山東省電力公司電力科學(xué)研究院和山東魯能智能技術(shù)有限公司[2]。目前云南電網(wǎng)主要使用的是山東魯能的智能巡檢機(jī)器人，而在2018年5月21云南電網(wǎng)公司在南網(wǎng)率先實(shí)現(xiàn)變電站巡視機(jī)器人集中管控標(biāo)志著該公司在南方電網(wǎng)率先實(shí)現(xiàn)公司級(jí)機(jī)器人主站對(duì)公司范圍內(nèi)機(jī)器人集中管理。巡檢機(jī)器人與主站聯(lián)調(diào)對(duì)接后，從設(shè)備臺(tái)賬、業(yè)務(wù)規(guī)范、數(shù)據(jù)格式、通訊接口等方面實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一整合，為變電站巡檢機(jī)器人的規(guī)范化建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，成功實(shí)現(xiàn)了云南電網(wǎng)變電站機(jī)器人巡視的集中管控，以及變電站機(jī)器人巡視作業(yè)從作業(yè)計(jì)劃、工單分配、站內(nèi)巡視、數(shù)據(jù)回傳、數(shù)據(jù)分析、巡視作業(yè)績(jī)效管控的“閉環(huán)管理”。云南電網(wǎng)做為西電東送的主網(wǎng)架，大型變電站數(shù)量眾多，但在面對(duì)大型變電站時(shí)，巡檢機(jī)器人應(yīng)用依然面臨技術(shù)上的挑戰(zhàn)。

3 巡檢機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的不足

3.1巡檢機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)航

巡檢機(jī)器人導(dǎo)航是機(jī)器人本體需具備的功能之一，是巡檢機(jī)器人安全而高效行走的保障。目前巡檢機(jī)器人主要采用無(wú)軌化3D激光導(dǎo)航方式，根據(jù)激光導(dǎo)航的原理，需要提前對(duì)變電站的設(shè)備、建筑等信息進(jìn)行采樣，建立2D柵格地圖。其巡檢機(jī)器人導(dǎo)航方式分為三個(gè)步驟：建圖、定位、路徑規(guī)劃[3]。建立好的2D柵格地圖對(duì)于常規(guī)變電站，一般來(lái)說(shuō)是不需要改動(dòng)地圖的，但對(duì)于大型變電站來(lái)說(shuō)，

巡檢機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)航則面臨巡視環(huán)境發(fā)生改變，狹窄地形激光定位丟失等問(wèn)題。

巡視環(huán)境發(fā)生改變主要是因?yàn)殡娏π袠I(yè)的快速發(fā)展，大型變電站經(jīng)常推廣各種新型項(xiàng)目，例如說(shuō)給變電站35kV區(qū)域設(shè)備加裝安全圍欄，巡視人員通過(guò)時(shí)可以自己開(kāi)關(guān)門進(jìn)入，但對(duì)于巡檢機(jī)器人來(lái)說(shuō)新安裝的安全圍欄就未在2D柵格地圖內(nèi)，如果不提前將安全圍欄門全部打開(kāi)并固定住，巡檢機(jī)器人不知道有這扇門，就可能會(huì)自己撞上去，有可能造成安全圍欄門或巡檢機(jī)器人的損傷。同時(shí)因?yàn)榄h(huán)境的改變，巡檢機(jī)器人可能就無(wú)法識(shí)別當(dāng)前環(huán)境，停在此區(qū)域。根據(jù)這種情況，需要廠家人員到現(xiàn)場(chǎng)重新掃描當(dāng)前巡視區(qū)域環(huán)境，并做測(cè)試，確保巡檢機(jī)器人能正確返回充電室。

狹窄地形激光定位丟失主要是因?yàn)榇笮妥冸娬菊嫉卮?，巡檢機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)通信在距離巡檢機(jī)器人通信基站較遠(yuǎn)的地方信號(hào)較差，可能會(huì)出現(xiàn)巡檢機(jī)器人因?yàn)橥ㄐ挪疃鴷和Ｒ苿?dòng)或是直接激光定位丟失，且巡檢機(jī)器人在狹窄的地形或是有圍網(wǎng)的電力設(shè)備周圍行駛時(shí)是關(guān)閉超聲停障功能的。因?yàn)槿绻魂P(guān)閉超聲停障功能，巡檢機(jī)器人在地形狹窄處或是有圍網(wǎng)的電力設(shè)備周圍行駛超聲停障功能就會(huì)報(bào)警，巡檢機(jī)器人就會(huì)暫停移動(dòng)，而恰恰是因?yàn)檠矙z機(jī)器人關(guān)閉了超聲停障功能，在狹窄地形激光定位丟時(shí)巡檢機(jī)器人就有可能碰撞到電力設(shè)備，造成巡檢機(jī)器人受傷，如圖二所示。根據(jù)這種情況，應(yīng)要求廠家人員優(yōu)化巡檢機(jī)器人巡檢路線，盡快開(kāi)發(fā)機(jī)器人離線巡檢模式，在變電站信號(hào)薄弱的地區(qū)加裝巡檢機(jī)器人通信基站。

3.2巡檢機(jī)器人紅外測(cè)溫

在變電站中紅外測(cè)溫是檢測(cè)電力設(shè)備運(yùn)行是否正常的重要手段，對(duì)于大型變電站來(lái)說(shuō)，人工紅外測(cè)溫工作量很大，使用巡檢機(jī)器人測(cè)溫可以極大提高變電站運(yùn)維效率。但因?yàn)檠矙z機(jī)器人紅外測(cè)溫是一個(gè)模擬人工巡檢的過(guò)程，巡檢機(jī)器人在到達(dá)預(yù)定位置，通過(guò)獲得巡檢目標(biāo)的最佳圖像數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)考后臺(tái)進(jìn)行智能分析，并通過(guò)電力設(shè)備整體溫生特性、局部溫升特性和溫差變化作為判別電力設(shè)備是否存在溫度異常的依據(jù)。而巡檢機(jī)器人在紅外熱成像時(shí)往往容易受到周圍溫升高設(shè)備的干擾或是周圍照明光源的干擾，導(dǎo)致巡檢機(jī)器人雖然測(cè)的是選定部位的電力設(shè)備，但是采集到的溫度卻是周圍溫升高設(shè)備或是照明光源的溫度，使此部位的測(cè)溫結(jié)果無(wú)效，這在圍網(wǎng)內(nèi)的電力設(shè)備上體現(xiàn)很明顯。根據(jù)這種情況，應(yīng)要求廠家優(yōu)化巡檢機(jī)器人紅外測(cè)溫的程序邏輯，而電站運(yùn)維人員則應(yīng)在巡檢機(jī)器人紅外測(cè)溫時(shí)及時(shí)關(guān)閉開(kāi)關(guān)場(chǎng)的照明設(shè)施。

3.2巡檢機(jī)器人表計(jì)讀取

巡檢機(jī)器人在進(jìn)行可見(jiàn)光巡檢時(shí)，需要拍攝設(shè)備清晰圖案，實(shí)現(xiàn)對(duì)其狀態(tài)或讀數(shù)的準(zhǔn)備識(shí)別。但在實(shí)際應(yīng)用中，巡檢機(jī)器人在大型變電站中的表計(jì)卻存在拍攝圖片模糊、讀數(shù)識(shí)別錯(cuò)誤的問(wèn)題，而因?yàn)榇笮妥冸娬驹O(shè)備眾多，可見(jiàn)光巡視的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率就比較高。

表計(jì)拍攝圖片模糊、讀數(shù)識(shí)別錯(cuò)誤主要出現(xiàn)在大型變電站中的GIS設(shè)備或圍網(wǎng)內(nèi)的電力設(shè)備上。GIS設(shè)備的一大優(yōu)點(diǎn)是占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊，但對(duì)于巡檢機(jī)器人來(lái)說(shuō)，過(guò)于緊湊的電力設(shè)備結(jié)構(gòu)導(dǎo)致相關(guān)表計(jì)的讀取困難，因?yàn)檠矙z機(jī)器人身高有限，即使調(diào)整了拍照角度，拍出的照片也容易模糊。在大型變電站中圍網(wǎng)中的設(shè)備較多，例如說(shuō)交流濾波器中的避雷器讀數(shù)就容易讀數(shù)識(shí)別錯(cuò)誤，因?yàn)閲W(wǎng)對(duì)機(jī)器人的拍照干擾很大，即使廠家人員采取了拍照時(shí)虛化圍網(wǎng)，對(duì)相應(yīng)電力設(shè)備拍照點(diǎn)位的圍網(wǎng)剪切開(kāi)個(gè)小窗的方式，實(shí)際讀數(shù)依然容易讀數(shù)錯(cuò)誤。根據(jù)這種情況，應(yīng)要求廠家優(yōu)化圍網(wǎng)內(nèi)拍照的電力設(shè)備識(shí)別策略，減少圍網(wǎng)對(duì)機(jī)器人巡檢的干擾。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，巡檢機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)在我國(guó)取得很大的發(fā)展，但在大型變電站應(yīng)用方面，依然存在極大的技術(shù)挑戰(zhàn)，應(yīng)在巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)安裝時(shí)考慮到這些情況，提前進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，不斷的完善巡檢機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢金菊.變電站智能機(jī)器人巡檢任務(wù)規(guī)劃[J].廣東電力.2017.

[2] 文宗林.智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀及問(wèn)題[J].低碳世界.2018.

[3] 陳曦、孫楊.變電站機(jī)器人巡檢運(yùn)維技術(shù)培訓(xùn)教材[M].中國(guó)電力出版社.2020.