智能巡檢機(jī)器人技術(shù)在水電站的設(shè)計(jì)應(yīng)用

田方 王飛 劉禮華

摘要：本文以減小巡檢人員勞動(dòng)強(qiáng)度，保障巡檢人員人身安全，提升電站智能化智慧化技術(shù)水平為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)機(jī)器人巡檢技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及電站人工巡檢制度的現(xiàn)實(shí)需求、電站環(huán)境特點(diǎn)等的分析，提出一種智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在水電站的應(yīng)用方案。

關(guān)鍵詞：智能化;巡檢機(jī)器人;人工巡檢;設(shè)計(jì)應(yīng)用

1前言

近年來(lái)國(guó)家重點(diǎn)推動(dòng)水電工程設(shè)計(jì)、建設(shè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，研發(fā)和建設(shè)數(shù)字流域和數(shù)字水電，促進(jìn)智能水電廠、智能電網(wǎng)、智能能源網(wǎng)友好互動(dòng)。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展完善，智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在水電站進(jìn)行了應(yīng)用試點(diǎn)，但在水電站巡檢領(lǐng)域尚未實(shí)現(xiàn)廣泛成熟的應(yīng)用。本文根據(jù)水電站巡檢需求、電站環(huán)境特點(diǎn)以及機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀提出一套適于水電站的智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)施方案。智能巡檢機(jī)器人技術(shù)在水電站的設(shè)計(jì)應(yīng)用將為提升水電站智慧化水平、實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理、降本增效提供重要的手段，從而全面提升發(fā)電企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

2設(shè)計(jì)背景

機(jī)器人技術(shù)及其智能識(shí)別、驅(qū)動(dòng)器技術(shù)、設(shè)備檢測(cè)監(jiān)測(cè)感知技術(shù)等在水電站站的應(yīng)用實(shí)施，對(duì)促進(jìn)水電站數(shù)字化信息化水平，提高電站安全預(yù)警防控能力及突發(fā)事件應(yīng)急處理能力、加快信息技術(shù)與安全生產(chǎn)深度融合等具有重要意義。

2.1實(shí)施的可行性及必要性

2.1.1智能巡檢機(jī)器人技術(shù)的成熟

隨著人工智能技術(shù)迅速發(fā)展，機(jī)器人、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)日趨成熟。工業(yè)機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定巡檢、多種探測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)、分析、識(shí)別且受環(huán)境因素影響低等優(yōu)勢(shì)逐步凸顯。以人工智能技術(shù)為契機(jī)，創(chuàng)新發(fā)展水電站運(yùn)營(yíng)管理新模式，利用“機(jī)器人”“智能視覺(jué)”等新技術(shù)為水電站安全運(yùn)維發(fā)展開(kāi)創(chuàng)新的方向。

2.1.2水電站人工巡檢存在的弊端

目前水電站巡檢方式主要依靠人工進(jìn)行定時(shí)檢查、駐點(diǎn)值守。一方面，依靠人工檢查容易受到個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、主觀意識(shí)的影響，同時(shí)受到監(jiān)測(cè)手段、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析方面的制約，往往花費(fèi)大量人力而不能得到有效的數(shù)據(jù)結(jié)果。而人工巡檢采集到的數(shù)據(jù)信息范圍、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性等方面均存在不足，采集到的數(shù)據(jù)難以數(shù)字化、系統(tǒng)化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、檢修維護(hù)等方面進(jìn)行全面綜合分析，并制定出檢修計(jì)劃、維護(hù)方案等高級(jí)功能;另一方面，人工巡檢還存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，且隨著設(shè)備使用年限的增長(zhǎng)，設(shè)備故障率逐步增高，需要投入更多的人力物力進(jìn)行巡檢、維護(hù)，運(yùn)維成本隨之大幅度增加。

因此人工巡檢工作實(shí)施效果存在諸多不足且巡檢工作質(zhì)量難以穩(wěn)定保障。

2.1.3電站自動(dòng)化系統(tǒng)存在的監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)

水電站發(fā)展已進(jìn)入智能化智慧化建設(shè)加速推進(jìn)的新階段，而目前現(xiàn)有的傳感器技術(shù)對(duì)于漏水、漏氣、漏油、局部放電、機(jī)械異形、線路異物等狀況監(jiān)測(cè)尚無(wú)成熟有效的解決方案。人工巡檢受巡檢班次、間隔時(shí)間等因素制約，往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處置。

2.1.4運(yùn)維人員編制精簡(jiǎn)，加強(qiáng)電站管控

隨著電站智能化智慧化相關(guān)技術(shù)的不斷應(yīng)用、成熟、發(fā)展以及集控中心的建立各電站運(yùn)行維護(hù)人員數(shù)量配置逐步精簡(jiǎn)。大量現(xiàn)場(chǎng)巡視工作與逐步精簡(jiǎn)的人員配置存在較為突出的矛盾。

引入機(jī)器人巡檢系統(tǒng)，利用機(jī)器人集成最新的機(jī)電一體化和信息化技術(shù)，替代人工對(duì)水電站設(shè)備進(jìn)行全面高頻次巡檢，確保設(shè)備自主化安全可靠運(yùn)行，提升智能巡檢管理水平，提高巡檢過(guò)程的可控性。實(shí)現(xiàn)巡檢人員部分或完全的替代有利于電站運(yùn)行維護(hù)人員數(shù)量的減少，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低運(yùn)營(yíng)成本。

3設(shè)計(jì)目標(biāo)

3.1安全運(yùn)維技術(shù)創(chuàng)新

在智能巡視機(jī)器人替代人工現(xiàn)場(chǎng)巡視的基礎(chǔ)上，充分利用圖像識(shí)別、紅外熱成像、聲音采集分析等技術(shù)，完善現(xiàn)地巡檢信息采集范圍以及數(shù)字化水平。有機(jī)結(jié)合智能化電站管控一體化平臺(tái)，使巡檢機(jī)器人系統(tǒng)充分參與到電站管控平臺(tái)對(duì)電站運(yùn)行維護(hù)的智能分析決策中，提升電站智能運(yùn)檢水平。

3.2安全巡檢、覆蓋全面

水電站設(shè)備眾多、巡檢區(qū)域范圍廣，在布置有高電壓電氣等設(shè)備的區(qū)域?qū)θ松戆踩嬖谝欢ǖ陌踩[患。對(duì)于海拔三千米以上的電站，高寒缺氧環(huán)境惡劣的地區(qū)，對(duì)于巡視人員的安全危害的可能更大。而巡檢機(jī)器人在滿足運(yùn)動(dòng)、防護(hù)、安全的條件下，可以不受上述因素的影響，巡檢區(qū)域完全覆蓋全部電站樞紐建筑物，避免環(huán)境及設(shè)備等對(duì)巡視人員的危害的可能。

4系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)概述

水電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)基于機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)平臺(tái)搭載多組高性能傳感器實(shí)現(xiàn)圖像采集、語(yǔ)音對(duì)講、局放檢測(cè)、環(huán)境采集以及智能導(dǎo)航與避障、充電等功能，系統(tǒng)后臺(tái)實(shí)現(xiàn)的綜合信息智能分析等功能。

4.2系統(tǒng)設(shè)備

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，主要包括：各型機(jī)器人（輪式機(jī)器人、履帶式機(jī)器人、軌道式機(jī)器人）充電單元、監(jiān)測(cè)平臺(tái)（包括服務(wù)器、平臺(tái)軟件）組成。如圖4-1所示機(jī)器人將巡檢的數(shù)據(jù)通過(guò)專有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備異常預(yù)警、安全管控及數(shù)據(jù)智能分析等功能。

4.3通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)采用有線及無(wú)線通信方式，配置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及若干個(gè)無(wú)線路由器組成局域網(wǎng)（如圖4-2），監(jiān)測(cè)平臺(tái)及巡檢機(jī)器人通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接。

巡檢機(jī)器人系統(tǒng)站內(nèi)通信主要采用無(wú)線傳輸方式，即巡檢機(jī)器人本體采集的相關(guān)信息、數(shù)據(jù)通過(guò)站內(nèi)專用無(wú)線AP網(wǎng)絡(luò)與站控終端系統(tǒng)進(jìn)行信息交互。無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)應(yīng)具備較高的抗干擾性，適應(yīng)電站高電壓、大電流、強(qiáng)電磁場(chǎng)的特殊環(huán)境，進(jìn)行穩(wěn)定高速的信息傳輸。

4.4巡檢機(jī)器人形式及數(shù)量的選擇

目前巡檢機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)器人載體主要包括輪式機(jī)器人、導(dǎo)軌式機(jī)器人及履帶式機(jī)器人等形式。由于電站樞紐的建筑較為復(fù)雜，現(xiàn)階段單一類型

的巡檢機(jī)器人尚不具備應(yīng)對(duì)多種樞紐結(jié)構(gòu)的能力。因此，需根據(jù)電站建筑物不同高程、不同設(shè)備間，配置不同類型的巡檢機(jī)器人。如在主廠房發(fā)電機(jī)層、母線層、水輪機(jī)層、蝸殼層、GIS室、主變平臺(tái)、升壓站等位置配置輪式機(jī)器人，在壩區(qū)邊坡等位置設(shè)置導(dǎo)軌式機(jī)器人。

不同層高及不同區(qū)域的機(jī)器人配置數(shù)量，需考慮滿足巡檢周期、巡檢時(shí)長(zhǎng)以及巡檢機(jī)器人巡航能力那等多種因素，確定巡檢機(jī)器人的配置數(shù)量。

5總結(jié)

智能巡檢機(jī)器人技術(shù)在水電站的應(yīng)用是對(duì)電站傳統(tǒng)巡檢模式的創(chuàng)新。實(shí)現(xiàn)利用現(xiàn)有成熟機(jī)器人技術(shù)替代人工完成電站巡檢工作。智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)“狀態(tài)跟蹤、狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)分析、科學(xué)決策、綜合協(xié)調(diào)”等過(guò)程，提升電站智能化、精細(xì)化運(yùn)行管理水平，極大的確保提升生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

隨著機(jī)器人巡檢技術(shù)的不斷升級(jí)完善，將最終全面取代人工巡檢制度。同時(shí)機(jī)器人巡檢技術(shù)的應(yīng)用、成熟也會(huì)極大的促進(jìn)提高水電站智能化智慧化的技術(shù)水平。

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