智能巡檢機器人在變電站中的應用及研究

孫本鶴，王廣玲，王 波

中國三峽新能源（集團）股份有限公司，山東 濟南 250002

0 引言

隨著科技水平的不斷提升，現(xiàn)代化的通信網(wǎng)絡已經(jīng)升級到5G網(wǎng)絡，信息的傳輸速度不斷加快。同時，大數(shù)據(jù)、云平臺、邊緣計算等技術水平也在不斷提升，有效提高了數(shù)據(jù)的處理速度和計算機編程效果。同時，紅外熱像和紫外探測等傳感器的技術應用水平的有效提升，為巡檢工作提供了信息基礎。通過將語音、生物識別等技術融入機器學習中，提高了人工智能的學習效果，為智能巡檢機器人的構建提供了關鍵技術。

1 智能巡檢機器人概述

智能巡檢機器人是在智能系統(tǒng)的基礎上，將識別傳感系統(tǒng)以及計算和信息處理系統(tǒng)等進行結合，為機器人提供更多的功能，使其能夠憑借探測設備，對變電站的實際情況進行測量，并對所測量的數(shù)據(jù)進行智能分析，找出運行不合理或故障問題，并結合故障情況給出分析報告，以幫助維修人員及時維護管理。在使用人工對變電站進行巡檢時，一方面，成本消耗相對較大，人工檢修過程中存在一定的危險性，而且人工巡檢時間相對有限，新能源場站多實行集控管理，少人或無人值守，想要實現(xiàn)全天性的巡檢，需配置大量運維人員，成本消耗較大；另一方面，人工巡檢的精確度難以保障，有豐富經(jīng)驗的巡檢人員能夠發(fā)現(xiàn)并判斷潛在安全隱患，而新員工或者缺乏足夠經(jīng)驗的人員只能憑借檢查設備，發(fā)現(xiàn)已發(fā)生的故障，維修效率較低，可能發(fā)生巡檢維修不及時的問題。另外，工作人員在長時間的巡檢工作中，精力會不斷下降，從而無法保證巡檢的精準度。

通過使用智能巡檢機器人，能夠簡化巡檢過程，由人工或者智能程序對機器人進行控制，使用傳感器，使其通過不同方式探測變電站中設備的情況和變化趨勢，有利于提高檢測精準度，并且機器人能夠保持24 h不間斷的巡檢，避免發(fā)生檢測疲勞的情況，從而有效提升巡檢的安全性和可靠性。

2 智能巡檢機器人的系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結構

機器人智能巡檢系統(tǒng)結構分為4層。（1）感知層。在巡視主機中設置相應的傳感器，對周圍的環(huán)境、場景等進行檢查和感知，機器人使用高清相機、紅外相機、溫濕度測量設備等，對變電站環(huán)境進行探測。（2）數(shù)據(jù)層。感知層中測量的數(shù)據(jù)云傳入數(shù)據(jù)層，進行儲存和傳輸[1]。通過相應的接口與探測器、數(shù)據(jù)庫等進行連接，并將數(shù)據(jù)進行初步整理，上傳至專門的文件夾或者數(shù)據(jù)庫，再通過總數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸出去。（3）服務層。對數(shù)據(jù)進行識別和分析，通過智能程序對巡檢過程中得到的信息進行判斷和鑒別，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在缺陷時，給出相應的處理措施，通過智能聯(lián)動的方式共享信息。（4）應用層。對共享信息進行識別和執(zhí)行，在系統(tǒng)、工程等配置的幫助下，構建單位模型，并給出相應的警報或者維修信號，同時給出故障報告相關數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的人工處理。

2.2 控制系統(tǒng)

變電站智能巡檢機器人在運行過程中主要有2個控制系統(tǒng)。（1）基站控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，由人工對智能巡檢機器人進行遙控，工作人員利用計算機對機器人的巡視路線、行為等進行控制。通過基站設定編程程序，對機器人下發(fā)相關指令，如巡視路線、巡視時間、探測信息種類等，使其能夠按照程序設定進行自動巡視。機器人在程序控制下進行相應的工作，完成指令要求，并將數(shù)據(jù)進行上傳。（2）自主控制計算機系統(tǒng)。機器人通過核心系統(tǒng)的計算對行動進行控制。在運行過程中，使用導航系統(tǒng)對機器人的位置進行確定，同時對周圍的環(huán)境進行監(jiān)控，結合導航和監(jiān)控信息對巡檢的路徑進行規(guī)劃。智能系統(tǒng)對機器人的運動、行為等系統(tǒng)進行控制，并監(jiān)控和檢測整個巡檢過程，收集和分析變電站的實際情況。

3 智能巡檢機器人的關鍵技術

3.1 導航定位技術

導航定位技術主要是磁導航技術和激光導航技術，通過應用該技術，使機器人能夠在規(guī)劃的路線中移動。在使用磁導航技術時，需要提前在變電站巡檢路徑中設置相應的磁性材料，以便機器人對行進路線進行識別和感應，避免發(fā)生路線錯誤或失控的情況。利用激光導航技術時，通過激光對障礙物進行檢測和識別，并規(guī)劃出相應的路線，避免發(fā)生碰撞的情況。其中，激光導航技術的應用效果更加靈活，并且路線規(guī)劃更為準確，不容易發(fā)生碰撞等意外。

3.2 檢測識別技術

智能巡檢機器人應具有較強的檢測識別技術，以便對變電站中的不同情況進行識別，收集環(huán)境中的信息，并對信息進行分析，了解變電站中是否存在故障或問題。在對變電站進行檢測時，主要對設備的外觀情況進行檢測，對開關狀態(tài)進行識別，對變電站中不同的表計、壓板、把手、位置、油溫表等的狀態(tài)和相關數(shù)據(jù)進行讀取和識別，同時使用紅外線測量設備溫度。使用智能巡檢機器人對變電站進行巡視時，可以通過激光雷達等技術對站內(nèi)情況進行單位重構，為工作人員提供變電站的三維全景，明確站內(nèi)主要的一次及二次設備的坐標情況，展示不同的構件情況，具有較強的真實性[2-3]。

3.3 圖像識別技術

在對站內(nèi)設備進行識別時，通過圖像識別技術，對不同時間段設備進行拍照和對比，分析出設備是否存在問題。在紅外線識別的過程中，能夠通過紅外熱成像攝像機對站內(nèi)不同設備的紅外光譜進行獲取和展示，測量設備的表面溫度。例如，在變電站開關柜內(nèi)部的線路老化時，電路電阻變大會導致發(fā)熱情況，使用紅外光譜能夠檢測到該處的溫度異常，從而發(fā)現(xiàn)線路老化等故障，并給出預警。

3.4 自動充電技術

為了保證智能巡檢機器人的正常運行，應使其在工作過程中對自身電量進行識別，從而在電量下降到相應標準后，進行自主充電，避免出現(xiàn)機器人電量不足而無法運行的問題。由于智能巡檢機器人需要充電，在設計巡檢路線和巡檢工作時，應將充電時間考慮進去，避免充電影響正常的巡檢工作。同時，應保持充電的安全性，設置專門的充電樁，智能巡檢機器人通過信號識別后，與充電樁進行對接，實現(xiàn)安全充電。充電樁應具有防誤觸等功能，避免對環(huán)境和工作人員產(chǎn)生危險。

4 智能巡檢機器人應用于變電站中的優(yōu)缺點

智能巡檢機器人在變電站巡檢工作中，具有一定的優(yōu)勢。（1）機器人具有智能系統(tǒng)，能夠自主對檢測到的信息進行識別和處理，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)多方聯(lián)動，提高了巡檢工作的實際效率。（2）在運行過程中具有安全性，一方面所檢測的信息通過智能加密手段，能夠有效避免信息泄露的情況，保障檢測數(shù)據(jù)的安全；另一方面，由機器人代替人工在惡劣天氣和環(huán)境中進行檢測，能夠避免對工作人員的安全造成傷害，同時準確了解實際的情況和環(huán)境數(shù)據(jù)，幫助了解變電站具體情況。（3）在機器人系統(tǒng)中融合了多種技術，能夠有效對環(huán)境進行探測，并對周圍的實際情況進行識別，通過系統(tǒng)的分析作出決策。在發(fā)現(xiàn)故障后，能夠對故障的實際情況進行檢測，給出詳細的報告并及時預警，由工作人員進行檢修。（4）機器人巡檢的操作較為簡單，監(jiān)控畫面清晰，且能夠智能識別和分析，方便運維和管理。

雖然智能巡檢機器人優(yōu)點較多，但也存在一定的缺點。受到技術水平的影響，智能巡檢機器人的各項功能系統(tǒng)還有待開發(fā)和細化，而且其在運行中可能會受到一定的干擾，智能化程度有限，需要加強對其系統(tǒng)的編程，提升其智能化水平。此外，在對環(huán)境進行識別時，其識別的技術還有待提升，以提高監(jiān)控真實度和全面性。

此外，智能巡檢機器人在作業(yè)的過程中，應保證整體的安全性，一方面，對機器人自身的運行軌跡和情況進行監(jiān)控和識別，保障巡檢工作的正常進行；另一方面，對工作人員進行識別，與其工作運行軌跡進行對比，避免誤觸和互相影響，保證正常巡檢工作的開展。

5 智能巡檢機器人在新能源場站中的應用可行性

以110 kV甘肅定西南川變電站為例，對智能巡檢機器人在其新能源場站中的應用可行性進行分析。在實際運行過程中，首先，機器人運行時，利用單位可視化技術，對變電站內(nèi)部的運行狀態(tài)進行建模，構建出三維實景，將實景中的數(shù)據(jù)與SCADA系統(tǒng)進行關聯(lián)，并在實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集的過程中對實景進行更新，使工作人員能夠在三維畫面中任意選擇監(jiān)控畫面。其次，在對變電站內(nèi)進行檢測時，不僅能夠對設備情況進行安全監(jiān)控，還能夠識別工作人員是否佩戴安全防護裝置，發(fā)現(xiàn)異常情況后對其進行抓拍取證，并進行語音播報提醒。再次，在系統(tǒng)中能夠對多重功能和數(shù)據(jù)進行觀察，數(shù)據(jù)融合效果良好，方便工作人員操作。最后，聯(lián)動攝像機和機器人，可以多視角對變電站進行觀察。由此可知，智能巡檢機器人在實際的應用中具有良好的適用性，并且在新能源場站中具有較強的實用性。

6 結束語

綜上所述，在變電站中使用智能巡檢機器人，不僅能夠提高巡檢工作的檢測效果，還能夠使相關企業(yè)有效降低人力成本，同時能夠提高變電站的整體巡檢質量。同時，將智能巡檢機器人應用在新能源場站的巡檢工作中的可行性較高。