電力巡檢機器人綜合管理平臺開發(fā)與應用

王永強

摘要：目前，隨著我國社會主義市場經濟的飛速發(fā)展，我國的電力技術日新月異，信息化水平持續(xù)提升，人工智能技術得到了廣泛的應用。變電站內監(jiān)測對象眾多，常規(guī)的在線監(jiān)測安裝范圍有限，一些施工困難或危險區(qū)域往往難以監(jiān)測，因此許多日常運維工作需要依靠人工巡檢完成。站內存在大量的設備，且較分散，人工巡檢工作量大，導致運維人員工作負荷和壓力較大，特別是在電力管廊等工況復雜的環(huán)境中，更加增加了安全風險和隱患。隨著電網規(guī)模的不斷擴大，近年來巡檢機器人得到了廣泛的使用，陸續(xù)取代了許多人工巡檢業(yè)務，通過遠程數據采集，對電氣設備本體及其運行情況開展監(jiān)測分析，包括了母線溫升、變壓器絕緣油各參量等。

關鍵詞：電力巡檢機器人;綜合管理;平臺開發(fā);應用

引言

綜合管理平臺綜合應用了系統工程、ABC管理法等現代化管理方法，以科學管理為基礎，利用計算機信息技術和網絡通信技術，實現對電氣預防性試驗數據的動態(tài)管理，提高處理問題的及時性和靈活性;優(yōu)化整合崗位職能和勞動力配置，使其在生產組織結構、信息溝通等方面更加協調，促進了管理方式的全面創(chuàng)新，形成了一整套新的管理體系。

1電力巡檢機器人整體結構

巡檢機器人是電力巡檢系統的核心，是完成變電站主動巡檢的執(zhí)行體，主要由電站檢測設備，升降機構，行走機構，電源，無線通訊設備，后臺數據管理等組成。電站檢測設備主要包括紅外熱成像儀、工業(yè)照相機、聲音探測器等;升降機構主要用來調節(jié)紅外熱成像儀以及攝像機的高度和角度;行走機構主要就是控制機器人按照預定行走路徑前進;機器人的電源是電池，當機器人完成巡檢任務后，會自動返回機房充電;無線通訊設備負責機器人和控制中心的信息交互;后臺管理中心負責將機器人接收回的數據進行處理等。

2電力巡檢機器人功能特點

電力巡檢機器人能夠利用可見光、紅外線、氣體等傳感器實現對設備運行及環(huán)境狀態(tài)的智能感知，可以代替人工對配電室電柜本體、安防與環(huán)境進行監(jiān)測，范圍可覆蓋配電室內全部待檢測設備。本文介紹的室內電力巡檢機器人系統，具有以下優(yōu)點：（1）自動化程度高，控制靈活。電力巡檢機器人采用激光導航技術，基于目標任務以及規(guī)劃路徑，既能夠自主對巡檢路線進行規(guī)劃，實現自動巡檢，也可以在操作界面進行手動控制。（2）可實時監(jiān)控。電力巡檢機器人在到達規(guī)定的地點后，能夠按照要求立即進行拍照監(jiān)視;通過搭載高清相機，還可實現遠程監(jiān)控記錄，并將實時數據反饋至站點服務器。（3）安全可靠。巡檢機器人在行駛過程中能夠自行規(guī)避障礙物及高危設備，安全性、可靠性高。（4）及時分析報警。電力巡檢機器人能夠對發(fā)現的異常情況，進行自主分析并預警;可自動記錄設備巡檢狀態(tài)參數信息，并形成報表。

3電力巡檢機器人綜合管理平臺開發(fā)與應用

3.1業(yè)務功能架構

①電力巡檢機器人一體化應用平臺，滿足超視距控制、多維度監(jiān)測、運行狀態(tài)實時評估的要求，實現站內多類設備告警顯示、切換操作及表計數據智能研判，及時上送異常監(jiān)測評估結果，規(guī)范接口協議，并具有第三方巡檢設備可擴展功能，統一部署和管控。②試制符合變電站工作環(huán)境的電力巡檢機器人，具備各項工況參量的詳細監(jiān)測，能夠達到站內智能巡檢和分析研判的功能。③事故數據及時上報及現場異常狀態(tài)傳輸機制分析，滿足各類情況的設備裝置故障預測和狀態(tài)評估要求的高級應用，為站內運維業(yè)務奠定堅實的數據基礎。④以當前電力調度業(yè)務網絡、輔助決策及實時監(jiān)控平臺的運行，實現系統間互動互通、數據共享，縮短告警處理時間。3圖像識別描述總體識別流程如下：首先以柜體為單位拍攝全景圖，然后依次定位柜體上的各個儀表，并調整相機倍率和焦距，拍攝待識別儀表的大圖，最后根據儀表類型調用相應的圖像識別算法，得到識別結果。在二次對焦功能中，需要根據標定的模板從全景圖中定位待識別的儀表，得到儀表的具體位置和尺寸，從而調整相機參數實現儀表大圖的拍攝和后續(xù)識別。儀表按照識別策略大致可分為LED型儀表、指示燈型儀表、指針型儀表和機械狀態(tài)型儀表。

3.2推進系統設計及受力分析

由于機器人在充油環(huán)境下運動，推進系統采用微型噴射泵推進，該方式不會產生氣泡，可保證變壓器油的清潔性。為保證機器人具有多個自由度靈活運動的能力，在機器人的中環(huán)矢量布置四個噴射泵，使機器人具備橫移、前后、旋轉三自由度運動能力;垂直方向布置兩個噴射泵，使機器人具備下潛的能力，由于噴射泵不能反轉，當機器人上浮時，需要關閉噴射泵，機器人依靠正浮力上浮。由于機器人外形結構采用球形設計，機器人前后、左右都是軸對稱的，同時機器人水平噴射泵呈矢量布置，因此機器人在左移、右移、前進、后退所受到的阻力和推力大小相同。

3.3基于模糊PID的電力巡檢機器人路徑糾偏

電力巡檢機器人通過配備各種先進儀器，可有效得對電氣設備進行巡檢，及時發(fā)現設備的溫度異常情況，跟蹤關注站內的各種儀表變化趨勢，協助工作人員更全面地了解設備的健康狀況，代替人工進行一些重復、繁雜、高危險的巡檢任務。由于變電站的特殊性，機器人需要按照其巡檢任務來規(guī)劃路徑，并在任務路線上進行精確定位，讀取并識別任務傳感器來完成需要檢測的任務，完成巡檢任務后需要返回充電房。因此電力巡檢機器人需要準確的導航定位系統。機器人的導航方式，有一種是通過模式識別技術進行導航，也就是用攝像頭、雙目攝像頭、激光雷達等進行導航;還有一種是通過地圖和定位信號來導航。電力巡檢機器人是利用地面鋪設磁條導航配合RFID定位實現機器人的巡檢與定位。磁導航機器人是利用磁導航傳感器來感應鋪設在地面上的磁條來進行路徑跟蹤和行駛。它具有定位精確，靈活性較好，導引原理簡單可靠，容易實現等優(yōu)點。

3.4EUP-UCB算法

傳統基于UCB的信道選擇算法由于忽視了長期能耗、高可靠低時延通信約束以及任務數據的優(yōu)先級，導致時延和能耗增大、任務卸載頻繁失敗等問題。為此本文提出實現能量感知、高可靠低時延通信約束感知以及任務優(yōu)先級感知的EUP-UCB算法。具體實現過程如下：1）能量感知：當能耗遠遠超出當前能量預算時，較大的權重值F（t）使巡檢機器人傾向于降低能耗，即選擇休眠，實現能量感知。2）高可靠低時延通信約束感知：，θ_nt與Z^Q（t）、Z^H（t）和Z^W（t）的加權和呈負相關，當高可靠低時延要求偏差變大時，，θ_nt大幅度減小。巡檢機器人傾向于降低Z^Q（t）、Z^H（t）和Z^W（t）的值來實現高可靠低時延通信約束感知。

結語

總之，電力巡檢機器人系統在呼和佳地開閉站投入使用后，有效降低了運維人員勞動強度，提高了工作效率，保障了配電站設備的安全穩(wěn)定運行。目前，實際使用過程中發(fā)現電力巡檢機器人尚存在一些問題需要進一步解決。例如，機器人在執(zhí)行自動巡檢任務時，路徑規(guī)劃不夠精確，有時存在舍近求遠的情況，在導航算法等方面仍需繼續(xù)完善。

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