移動(dòng)機(jī)器人在500kV 超高壓變電站中的應(yīng)用分析

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。

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