涂炯炯
摘要:將機(jī)器人應(yīng)用在 500kV超高壓變電站中,充分結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)和人工智能的優(yōu)勢(shì)。本文分析了移動(dòng)機(jī)器人在 500kV超高壓變電站中的優(yōu)勢(shì),并對(duì)其工作流程進(jìn)行了解析,具體闡述了移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用功能。
關(guān)鍵詞:超高壓變電站;移動(dòng)機(jī)器人;巡檢
在二十一世紀(jì),機(jī)器人已經(jīng)不再是稀有的高新產(chǎn)物。機(jī)器人影響了人們的生活和生產(chǎn),甚至在一定領(lǐng)域給人們帶來(lái)了顛覆性的變化。現(xiàn)階段我國(guó)的超高壓變電站數(shù)量越來(lái)越多,就南方電網(wǎng)超高壓輸電公司而言,所轄全部變電站均為 500kV及以上電壓等級(jí)。在超高壓變電站中,為時(shí)刻確保電氣設(shè)備處于正常的運(yùn)行狀態(tài),需要提供更高質(zhì)高效的巡檢質(zhì)量,確保電氣設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。500kV超高壓變電站目前基本采用 24小時(shí)有人值班模式,需要開(kāi)展例行巡檢和特殊巡檢,按既定計(jì)劃開(kāi)展的是例行巡檢,在高溫、雨雪、保供電等特殊情況下開(kāi)展的是特殊巡檢。在以往科學(xué)技術(shù)水平不發(fā)達(dá)的情況下,巡檢工作大部分由人工來(lái)進(jìn)行的,少量風(fēng)險(xiǎn)高的工作采用固定攝像頭遠(yuǎn)程監(jiān)視。人工巡檢或視頻巡檢完成后需手動(dòng)錄入相關(guān)數(shù)據(jù),花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng),工作效率低。如遇惡劣天氣,人工巡檢很難開(kāi)展。隨著我國(guó)的智能機(jī)器人研發(fā)和制作技術(shù)不斷向前推進(jìn),它在電力系統(tǒng)的應(yīng)用也正在成為關(guān)注重點(diǎn)。在 500kV超高壓變電站中運(yùn)用智能移動(dòng)機(jī)器人來(lái)開(kāi)展巡檢工作已成趨勢(shì),也必將在實(shí)際運(yùn)用中不斷展現(xiàn)出移動(dòng)機(jī)器人特有的優(yōu)勢(shì)。
一、500kV超高壓變電站傳統(tǒng)巡檢方式的不足
設(shè)備巡檢是變電站的常規(guī)工作,傳統(tǒng)的巡檢方式通常是人工巡檢,即對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行巡檢時(shí),工作人員主要依靠自己的感官來(lái)判斷變電站中的電氣設(shè)備狀態(tài)是否正常。在具體巡檢過(guò)程中,他們對(duì)巡檢結(jié)果的認(rèn)定主要是通過(guò)簡(jiǎn)單的定性判斷,如用眼睛查看設(shè)備外觀是否正常、設(shè)備絕緣狀態(tài)是否良好、各氣室壓力是否充足、變壓器油位是否符合溫度曲線等。在夜間,則需要人工手持紅外測(cè)溫儀依次對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫,檢測(cè)設(shè)備是否存在異常導(dǎo)致的過(guò)熱現(xiàn)象,還需通過(guò)熄燈夜巡確認(rèn)設(shè)備是否存在異常放電發(fā)光、過(guò)熱發(fā)紅現(xiàn)象。人工巡檢結(jié)果受到多方面影響,巡檢人員的專業(yè)水準(zhǔn)是否達(dá)到要求以及巡檢人員作業(yè)時(shí)的工作責(zé)任心和態(tài)度等都會(huì)給結(jié)果的準(zhǔn)確性帶來(lái)不確定性因素。此外,巡檢人員巡檢時(shí)所處的地理位置不同,面對(duì)設(shè)備的角度不一樣,看到的結(jié)果都會(huì)存在偏差,導(dǎo)致巡檢記錄中隱含多種主觀因素,相同狀態(tài)產(chǎn)生不同結(jié)果,也給開(kāi)展設(shè)備多維度分析帶來(lái)困擾。人工記錄的方式也會(huì)使得對(duì)設(shè)備狀態(tài)的記錄難以全面、客觀,進(jìn)而影響到巡檢結(jié)果的準(zhǔn)確性和統(tǒng)一性。人工巡檢還受制于巡檢人員的身體和心理狀態(tài),若巡檢時(shí)狀態(tài)不佳,則會(huì)直接導(dǎo)致巡檢質(zhì)量差、工作效率低等問(wèn)題。
二、移動(dòng)機(jī)器人在 500kV超高壓變電站中的優(yōu)勢(shì)
移動(dòng)機(jī)器人結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)和人工智能的優(yōu)勢(shì),其在 500kV超高壓變電站中的應(yīng)用,將變電站的管理推向智能化。移動(dòng)機(jī)器人的引入,讓變電站的管理更為安全,更有利于提高巡檢的智能性和巡檢效率,降低人工巡檢的工作強(qiáng)度,提高巡檢結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外,移動(dòng)機(jī)器人具有可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械手臂,方便深入設(shè)備狹窄或高溫高熱空間,減少了人工作業(yè)帶來(lái)的安全隱患,也降低了因主觀誤判對(duì)巡檢工作帶來(lái)的人身風(fēng)險(xiǎn)。移動(dòng)機(jī)器人還可以進(jìn)行“無(wú)軌”巡檢,通過(guò)激光定位、圖像識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線優(yōu)化,通過(guò)內(nèi)置地圖自動(dòng)規(guī)劃昀優(yōu)路徑,提高巡檢效率,降低移動(dòng)機(jī)器人物料磨損。通過(guò)內(nèi)建局域網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)網(wǎng)傳輸,防止涉密信息泄露,滿足變電站保密工作要求。
三、移動(dòng)機(jī)器人巡檢的工作流程
在變電站中執(zhí)行巡檢作業(yè)的移動(dòng)機(jī)器人一般包括監(jiān)控后臺(tái)、管理后臺(tái)、通信終端和機(jī)器人終端等四個(gè)部分。其中,監(jiān)控后臺(tái)主要接收、處理和展示巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù),它通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人的核心技術(shù),如圖像處理和模式識(shí)別,能夠及時(shí)的識(shí)別出設(shè)備中的缺陷,并報(bào)警。監(jiān)控后臺(tái)向管理后臺(tái)傳輸信息,通過(guò)數(shù)據(jù)管理和傳輸軟件,構(gòu)成相應(yīng)的管理平臺(tái),當(dāng)用戶看到由監(jiān)控后臺(tái)傳輸?shù)难矙z結(jié)果,確認(rèn)數(shù)據(jù)可靠后,通過(guò)管理平臺(tái)下達(dá)指令,該指令通過(guò)通信裝置傳送給移動(dòng)機(jī)器人,由機(jī)器人執(zhí)行昀終指令。通信終端主要由無(wú)線網(wǎng)橋基站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和無(wú)線網(wǎng)橋移動(dòng)站等組成,通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)后臺(tái)與機(jī)器人的通信傳輸。機(jī)器人終端主要由定位點(diǎn)位和充電房組成,幫助移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精確定位和能量補(bǔ)給。
四、移動(dòng)機(jī)器人在 500kV超高壓變電站中的應(yīng)用和功能
(一)檢測(cè)
檢測(cè)是移動(dòng)機(jī)器人在巡檢過(guò)程中執(zhí)行的主要指令。在執(zhí)行檢測(cè)指令過(guò)程中,移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)用多種智能檢測(cè)技術(shù),形成多樣化的檢測(cè)結(jié)果,提高對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行狀況檢測(cè)的精確度和效率。在移動(dòng)機(jī)器人中常用的一項(xiàng)技術(shù)是紅外熱檢測(cè)。物體表面都會(huì)產(chǎn)生向外輻射的紅外線,紅外檢測(cè)技術(shù)通過(guò)對(duì)紅外探測(cè)器接收到的紅外線信息進(jìn)行分析,形成物體表面的實(shí)時(shí)紅外熱成像,通過(guò)熱成像分析軟件,即可通過(guò)非接觸方式獲取物體表面溫度數(shù)據(jù)。移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)可見(jiàn)光攝像機(jī)同步拍攝的設(shè)備外觀,對(duì)比分析照片與紅外熱圖,可準(zhǔn)確確定故障的具體位置(圖 1所示)。此外,移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)利用聲波采集裝置,將電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程發(fā)出的聲音搜集起來(lái),再通過(guò)人工智能分析軟件提取其中的聲音特征,經(jīng)對(duì)比、分析,判斷電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。移動(dòng)機(jī)器人所有檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析,若達(dá)到預(yù)先設(shè)定的報(bào)警定值,則可通過(guò)聲光等方式進(jìn)行預(yù)警,提醒值班人員對(duì)設(shè)備異常進(jìn)行確認(rèn)。
(二)定位、導(dǎo)航
移動(dòng)機(jī)器人在變電站的應(yīng)用離不開(kāi)高精度定位、導(dǎo)航技術(shù)的支持。激光定位是當(dāng)今昀可靠的移動(dòng)機(jī)器人定位技術(shù),可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人無(wú)軌導(dǎo)航。激光導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)顯著,如成本較低、全時(shí)段工作、抗電磁干擾等,另外,激光定位相比GPS、北斗等導(dǎo)航設(shè)備,其不受天氣影響,可實(shí)現(xiàn)全天候工作,且定位精度更高,可實(shí)現(xiàn)小范圍精準(zhǔn)導(dǎo)航。激光定位的工作原理和流程包括以下幾個(gè)部分:移動(dòng)機(jī)器人以激光雷達(dá)的方式感知周圍環(huán)境,并處理獲得的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù),在機(jī)器人移動(dòng)的位置構(gòu)建出實(shí)時(shí)地圖,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的判斷,規(guī)劃好移動(dòng)路線,避開(kāi)障礙物,直至到達(dá)目標(biāo)位置。移動(dòng)機(jī)器人若要實(shí)現(xiàn)激光導(dǎo)航,需要在機(jī)器人本體中安裝激光傳感器,掃描周邊環(huán)境生成電子地圖,并使其能夠隨時(shí)記錄機(jī)器人的全局坐標(biāo)和位置(圖2所示)。激光傳感器可通過(guò)檢測(cè)到的周邊環(huán)境中的路標(biāo),獲取傳感器在全局中的位置和方向,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人實(shí)時(shí)定位及路線導(dǎo)航。三邊測(cè)量法和三角測(cè)量法是兩種重要的定位計(jì)算方法。三邊測(cè)量通過(guò)測(cè)量機(jī)器人和已知路標(biāo)之間的距離,以此確定機(jī)器人的實(shí)時(shí)位置。三角測(cè)量相對(duì)比較簡(jiǎn)單,但也廣泛應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域。移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)激光定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)“無(wú)軌”自動(dòng)定位導(dǎo)航,大大改善了以往磁導(dǎo)航路面施工量大、可擴(kuò)展性差、維護(hù)成本高等問(wèn)題。同時(shí),激光導(dǎo)航可通過(guò)算法得到昀快的路徑,提高巡檢效率。
(三)控制
移動(dòng)機(jī)器人目前主要有兩種控制方式:手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制是指后臺(tái)人員通過(guò)操控電腦端來(lái)進(jìn)行云操作,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng),這種方式多用于對(duì)特定設(shè)備進(jìn)行專門巡視和異常確認(rèn)。自動(dòng)控制則是在開(kāi)始巡檢前在后臺(tái)系統(tǒng)規(guī)劃好機(jī)器人移動(dòng)路線,或直接下達(dá)預(yù)先設(shè)定好的巡檢任務(wù),使機(jī)器人按照既定路線和動(dòng)作開(kāi)展自動(dòng)巡檢和識(shí)別。
(四)遠(yuǎn)程圖像監(jiān)測(cè)
遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控是移動(dòng)機(jī)器人的重要應(yīng)用之一。移動(dòng)機(jī)器人將巡檢過(guò)程中采集的圖像數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)進(jìn)行預(yù)處理,通過(guò)累計(jì)分析、相關(guān)分析等算法將采集的圖像與先前采集的圖像進(jìn)行對(duì)比分析,識(shí)別出處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)的電力設(shè)備的運(yùn)行狀況。對(duì)于設(shè)備儀表類信息,則通過(guò)圖像識(shí)別算法標(biāo)注表計(jì)指示位置,進(jìn)一步讀出表盤數(shù)據(jù)供后臺(tái)存檔,形成巡檢記錄(圖 3所示)。如果設(shè)備是正常的,則進(jìn)入到下一個(gè)圖像的分析中。如發(fā)現(xiàn)圖像對(duì)比異常,則將信息存儲(chǔ),并發(fā)出警報(bào)。停止接下的圖像傳輸工作,讓值班人員可以在不需要始終關(guān)注屏幕的情況下完成遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),提高了設(shè)備監(jiān)測(cè)工作的效率。
五、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,巡檢工作對(duì)保證 500kV超高壓變電站的正常穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。移動(dòng)機(jī)器人在 500kV超高壓變電站巡檢工作中的應(yīng)用,必將顯著提高變電站工作的效率,實(shí)現(xiàn)變電站巡檢工作的智能化轉(zhuǎn)變。
參考文獻(xiàn)
[1]彭林,王紹亞.巡檢機(jī)器人在無(wú)人值守變電站的應(yīng)用探究[J].電子世界,2017(01):157,159.
[2]山東電力集團(tuán).電力設(shè)備紅外測(cè)溫診斷技術(shù)工作手冊(cè).
[3]成大仙.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2008.
[4]祖麗楠.變電站巡檢機(jī)器人導(dǎo)航方法研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2013.