無人值守變電站的智能巡檢機(jī)器人運(yùn)用

孫舶皓 張瀟

[摘 ? ?要 ]隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，變電站值班員數(shù)量不足矛盾突出。隨著變電站值守模式向無人方向轉(zhuǎn)變，人工巡視工作量加大。通過使用機(jī)器人輔助人工對(duì)變電設(shè)備巡檢，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行可靠巡檢。介紹巡檢機(jī)器人技術(shù)發(fā)展歷程，通過電力公司變電站智能巡檢機(jī)器人研究，介紹巡視系統(tǒng)框架，在變電站中應(yīng)用智能巡檢機(jī)器人，分析產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。使用巡檢機(jī)器人可降低變電站工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備巡檢工作質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]無人值守變電站;智能巡檢機(jī)器人;電網(wǎng)工程

[中圖分類號(hào)]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）06–0–02

[Abstract]With the rapid development of power grids， the contradiction of insufficient number of substation attendants is prominent. With the shift of the substation duty mode to unmanned， the workload of manual inspections has increased. By using robots to assist manual inspections of substation equipment， reliable inspections of equipment can be carried out. Introduce the development process of inspection robot technology， through the research of intelligent inspection robots in power company substations， introduce the framework of inspection systems， apply intelligent inspection robots in substations， and analyze the social and economic benefits. The use of inspection robots can reduce the labor intensity of substation workers and improve the quality of equipment inspection work.

[Keywords]unattended substation; intelligent inspection robot; power grid engineering

隨著電力科技的發(fā)展，我國(guó)電力系統(tǒng)自動(dòng)化得到很大提升。變電站值班方式趨向無人化，變電站巡檢工作是保證安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，變電站數(shù)量增多為日常巡檢帶來較大困難。變電站內(nèi)運(yùn)行電壓等級(jí)較高，使得站區(qū)占地面積較大，為變電站現(xiàn)場(chǎng)巡檢工作帶來困難，使用機(jī)器人進(jìn)行變電站巡檢被廣泛應(yīng)用。變電站巡檢工作不斷改進(jìn)，但未解決巡檢到位率低等問題，無法提升現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員工作態(tài)度。文章對(duì)變電站巡檢機(jī)器人在電力公司變電站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析，變電站運(yùn)行設(shè)備型號(hào)多，過去采用PDA輔助人工巡視，使用機(jī)器人巡檢可以規(guī)避安全隱患，提高巡檢工作可靠性。

1 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)分為基站系統(tǒng)與移動(dòng)站系統(tǒng)?；鞠到y(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)集線器、基站導(dǎo)航定位規(guī)劃系統(tǒng)等組成。后臺(tái)工程機(jī)系統(tǒng)采用C++編程語言開發(fā)設(shè)計(jì)，為操作人員提供交互界面，規(guī)劃?rùn)C(jī)器人運(yùn)動(dòng)路線。移動(dòng)站系統(tǒng)分為控制檢測(cè)與移動(dòng)系統(tǒng)模塊，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制，移動(dòng)站導(dǎo)航定位，紅外測(cè)溫圖像采集等功能。移動(dòng)站控制程序采用C++編程語言開發(fā)設(shè)計(jì)，根據(jù)后臺(tái)工程機(jī)控制命令控制運(yùn)動(dòng)，上傳機(jī)器人采集可見光圖像等數(shù)據(jù)。

基站采用無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，系統(tǒng)接入電力系統(tǒng)內(nèi)部生產(chǎn)光纖通信網(wǎng)絡(luò)。機(jī)器人巡檢系統(tǒng)軟件控制系統(tǒng)分為微型嵌入式軟件系統(tǒng)，基站與移動(dòng)軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)分工協(xié)作完成巡檢任務(wù)。移動(dòng)站系統(tǒng)有與第三方協(xié)作模塊，控制系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，基站系統(tǒng)是控制中心?；军c(diǎn)增加變電站設(shè)備聲音檢測(cè)功能;增加儀表識(shí)別讀數(shù)功能?；鞠到y(tǒng)是后臺(tái)主機(jī)、無線通信設(shè)備等設(shè)備組成，后臺(tái)工程機(jī)系統(tǒng)采用C++編程語言開發(fā)設(shè)計(jì)，功能包括監(jiān)控機(jī)器人狀態(tài)信息等。基站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包、機(jī)器人控制、任務(wù)管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等?；灸K包括巡檢任務(wù)管理模塊，圖像監(jiān)控模塊等。

巡檢任務(wù)管理模塊實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建刪除機(jī)器人巡檢任務(wù)，人機(jī)界面中新建巡檢任務(wù)，提前設(shè)定執(zhí)行任務(wù)時(shí)間。把巡檢任務(wù)中包括設(shè)備發(fā)送移動(dòng)機(jī)器人。機(jī)器人執(zhí)行巡檢任務(wù)拍攝可見光圖像，系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)設(shè)定抓取圖像，操作人員對(duì)特定角度拍照。機(jī)器人控制模塊完成功能包括控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使用紅外測(cè)溫儀對(duì)設(shè)備測(cè)溫等。許多機(jī)器人運(yùn)動(dòng)常用控制命令在鍵盤設(shè)定快捷鍵，如用鍵盤方向鍵控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向。系統(tǒng)建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，對(duì)表計(jì)數(shù)據(jù)及外觀檢測(cè)記錄實(shí)時(shí)保存，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)把數(shù)據(jù)區(qū)信息長(zhǎng)期保存處理。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模塊功能靈活。

移動(dòng)站機(jī)械結(jié)構(gòu)分為外殼、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。外殼設(shè)計(jì)需保證符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由于變電站環(huán)境復(fù)雜，保證機(jī)器人在各種環(huán)境下工作。外殼分為主殼體、后殼體。外殼具有良好適應(yīng)性，具有防水防潮等性能。充電機(jī)構(gòu)作用是為機(jī)器人配備電池提供電能，應(yīng)使其具有自動(dòng)充電能力。充電裝置收到充電信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)充電插片插入充電極板充電。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)承擔(dān)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)，巡檢機(jī)器人采用輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，利用電機(jī)差速轉(zhuǎn)向。布置形式便于實(shí)現(xiàn)，，滿足機(jī)器人設(shè)計(jì)要求。

2 基于變電站機(jī)器人巡視系統(tǒng)設(shè)備模式識(shí)別

機(jī)器人啟動(dòng)巡檢任務(wù)，排查可見光圖像，基站設(shè)備模式識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別斷路器設(shè)備分合狀態(tài)，機(jī)器人每次?？课恢么嬖谄睿庹諚l件較好，可根據(jù)可見光圖像判斷設(shè)備開關(guān)狀態(tài)。設(shè)備模式要在各時(shí)段將需檢測(cè)設(shè)備以巡檢機(jī)器人視角拍照，建立可見光圖片庫(kù)，將圖片庫(kù)圖片設(shè)備位置標(biāo)明。機(jī)器人巡檢任務(wù)中，將拍攝圖像與相應(yīng)圖片匹配，依照?qǐng)D片庫(kù)編號(hào)對(duì)應(yīng)確定拍攝圖片設(shè)備位置。

系統(tǒng)首要問題是建立圖品庫(kù)。為保證巡檢機(jī)器人拍攝圖像與圖片庫(kù)圖像匹配正確，需使圖片庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)圖片清晰。需要考慮?？奎c(diǎn)不同季節(jié)、不同時(shí)刻圖像亮度及陰影部分存在差異，為消除影響因素，需將不同時(shí)間拍攝圖片存入圖片庫(kù)。春秋季陽光對(duì)地面角度類似，按四季陽光角度順序選擇時(shí)間段。在圖片庫(kù)中對(duì)?？奎c(diǎn)建立目錄，按不同因素以樹形結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存。某些天氣照片亮度相同，減少建立圖片庫(kù)工作量。圖像匹配時(shí)系統(tǒng)根據(jù)拍攝圖像季節(jié)，通過光敏器等判斷天氣情況，提高結(jié)果準(zhǔn)確性。機(jī)器人巡檢任務(wù)中將拍攝圖像上傳到基站系統(tǒng)，機(jī)器人每次拍攝停靠位置等存在偏差，需要設(shè)計(jì)消除偏差的算法。

機(jī)器人工作中上傳圖像與圖片庫(kù)匹配，系統(tǒng)正確識(shí)別圖像包含設(shè)備。系統(tǒng)截取機(jī)器人巡檢中上傳圖像某區(qū)域，算法完成匹配后標(biāo)準(zhǔn)圖片包含相關(guān)設(shè)備標(biāo)注在上傳圖像中。上傳圖像對(duì)應(yīng)拍攝紅外熱圖匹配，出現(xiàn)異常報(bào)警引起運(yùn)維人員注意。采用匹配算法運(yùn)算速度決定檢測(cè)所需時(shí)間，匹配圖片需用時(shí)4 s，巡檢中運(yùn)算在機(jī)器人行使中完成，相同圖片中包含多個(gè)設(shè)備，?？奎c(diǎn)拍攝圖片包含設(shè)備多，每個(gè)設(shè)備檢測(cè)識(shí)別時(shí)間短?？梢员ＷC圖像設(shè)備準(zhǔn)確性，適用于多個(gè)設(shè)備實(shí)時(shí)匹配檢測(cè)。

機(jī)器人云臺(tái)安裝可見光攝像頭，便于不同距離設(shè)備拍攝照片。紅外熱像儀焦距較長(zhǎng)，在可見光攝像頭位于較短焦距時(shí)，紅外熱像儀拍攝圖像處于可見光拍攝圖像中間。紅外圖像得到匹配，攝像頭并排安裝，拍攝圖像存在微小角度差異。圖像匹配時(shí)需進(jìn)行調(diào)整，最后結(jié)果誤差由于運(yùn)算產(chǎn)生，對(duì)設(shè)備檢測(cè)得出溫度數(shù)值準(zhǔn)確。建立圖片庫(kù)考慮涉及環(huán)境因素，機(jī)器人在任何天氣下拍攝圖片可與圖片庫(kù)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)圖片匹配。

3 變電站設(shè)備聲音采集分析

當(dāng)前變電站運(yùn)行主要靠運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢，很多設(shè)備需工程師通過聲音判斷是否異常，人工檢查方式存在巡檢人員安全與巡檢效果問題。人工巡檢效果不穩(wěn)定，聲音識(shí)別可以協(xié)助人工巡檢，變電站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行聲音穩(wěn)定與故障聲音存在差異，電力巡檢機(jī)器人平臺(tái)搭建聲音識(shí)別功能，協(xié)助變電站無人值守實(shí)現(xiàn)安全巡檢。聲音識(shí)別技術(shù)應(yīng)用可以有效檢測(cè)變電站設(shè)備異常聲音，消除人員工作為先。后臺(tái)軟件可實(shí)時(shí)接收分析音頻數(shù)據(jù)，保證巡檢質(zhì)量。

矢量化是重要的模式分類法，可以對(duì)待識(shí)別者加墨，用LBG算法對(duì)語音特征模式聚類，尋找測(cè)試語音平均最小量化失真距離?？梢詫⒆冸娬驹O(shè)備運(yùn)行聲音特征提取，待識(shí)別聲音特征與聲音庫(kù)特征不符，則認(rèn)為設(shè)備異常。在LER3000程序巡檢數(shù)據(jù)界面，巡檢采集設(shè)備音頻信息顯示音頻。功能檢測(cè)設(shè)備異常聲音發(fā)出警報(bào)。音頻訓(xùn)練是聲音識(shí)別的前提，將設(shè)備運(yùn)行聲音采集訓(xùn)練得到特征庫(kù)。音頻識(shí)別根據(jù)待檢測(cè)聲音特征對(duì)比得到識(shí)別結(jié)果。聲音識(shí)別功能在高抗設(shè)備異常聲音識(shí)別中得到良好效果。目前集成在LER3000機(jī)器人程序中，對(duì)變電站無人值守模式起到積極作用。

4 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)應(yīng)用效果

變電站工作中需對(duì)設(shè)備定期巡檢，運(yùn)維人員主要通過視聽嗅覺等人體觀感巡檢，可以看出設(shè)備有無漏油情況，夜間閉燈查看設(shè)備是否存在發(fā)光現(xiàn)象;刮風(fēng)時(shí)需檢查線路擺動(dòng)情況，通過與設(shè)備外殼接觸檢查設(shè)備是否正常工作。如觸摸變壓器外殼檢查變壓器振動(dòng)情況。設(shè)備發(fā)生故障前通常出現(xiàn)放電聲音，設(shè)備絕緣損壞散發(fā)異味。設(shè)備出現(xiàn)安全隱患有時(shí)無法發(fā)現(xiàn)，與巡視人員業(yè)務(wù)水平，工作經(jīng)驗(yàn)等有關(guān)。

在高壓惡劣氣象下，我國(guó)電力行業(yè)沿用人工巡檢方式，對(duì)人體有害，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，給電網(wǎng)安全帶來隱患。智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)根據(jù)基站預(yù)設(shè)巡檢任務(wù)，利用機(jī)器人攜帶攝像頭完成工作，包括對(duì)設(shè)備紅外測(cè)溫等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱缺陷等異常。及時(shí)報(bào)警提醒運(yùn)維人員注意設(shè)備異常，運(yùn)維人員可查看基站后臺(tái)計(jì)算機(jī)生成巡檢報(bào)表，機(jī)器人工作按照程序設(shè)定執(zhí)行，保證較高巡視質(zhì)量。過去變電站值班方式為有人值守，值班人員負(fù)責(zé)變電站日常工作;無人值守運(yùn)維一體化推行，變電站運(yùn)維增加多項(xiàng)維修項(xiàng)目。變電站內(nèi)設(shè)備巡視工作量增大，包括對(duì)站內(nèi)設(shè)備紅外測(cè)溫工作，對(duì)無功設(shè)備投入測(cè)溫等。使用機(jī)器人巡檢系統(tǒng)可減少運(yùn)維人員工作量。

為更好地使用智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，站內(nèi)制定巡檢機(jī)器人運(yùn)行規(guī)程，對(duì)巡檢任務(wù)安排等各方面規(guī)范。使用機(jī)器人后變電站可見光設(shè)備巡視工作減少47.5 h工作時(shí)間，在設(shè)備巡視方面減少工作時(shí)間。通過使用智能巡檢機(jī)器人完成變電站設(shè)備巡檢，達(dá)到減少工作量的效果，減少不必要經(jīng)濟(jì)損失。系統(tǒng)有點(diǎn)體現(xiàn)在準(zhǔn)確度高、抗干擾性好等。經(jīng)電力公司變電站使用表明智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)測(cè)得設(shè)備數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比具有很高準(zhǔn)確度。變電站中電壓等級(jí)高，對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成干擾。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備，機(jī)器人實(shí)時(shí)上傳拍攝可見光圖像，判斷設(shè)備工作狀態(tài)是否正常。

變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)應(yīng)用帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益，通過使用變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)，完成設(shè)備儀表識(shí)別與無人值守模式結(jié)合。巡檢機(jī)器人在變電站運(yùn)行發(fā)現(xiàn)多次設(shè)備發(fā)熱缺陷，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。通過適用變電站智能機(jī)器人與巡檢系統(tǒng)減少每日巡視記錄設(shè)備數(shù)據(jù)工作;機(jī)器人代替人工檢測(cè)，值班人員不便在戶外活動(dòng)可代替人工巡視。系統(tǒng)運(yùn)行多次發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱缺陷及時(shí)報(bào)警，降低變電站經(jīng)濟(jì)損失。使用智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)降低巡視人員大意等導(dǎo)致設(shè)備缺陷發(fā)展事故，減輕運(yùn)維人員工作量。變電站在惡劣工作下影響工作人員積極性，采用智能機(jī)器人巡檢方式保證巡檢工作質(zhì)量。

5 結(jié)束語

變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)安全檢測(cè)運(yùn)行設(shè)備、監(jiān)測(cè)工作溫度、相關(guān)故障警報(bào)異響等，提高工作效率，排除潛在設(shè)備缺陷。文章研究變電站中智能巡檢機(jī)器人，探討在變電站現(xiàn)場(chǎng)工作中的應(yīng)用，介紹巡檢系統(tǒng)總體框架、移動(dòng)站系統(tǒng)。詳細(xì)描述基站系統(tǒng)各模塊，LEP3000軟件操作方法。對(duì)變電站機(jī)器人巡檢系統(tǒng)設(shè)備模式識(shí)別介紹，總結(jié)系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)，分析在變電站中應(yīng)用產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。使用系統(tǒng)提高設(shè)備巡檢工作質(zhì)量，為無人值守變電站運(yùn)行提供創(chuàng)新設(shè)備檢測(cè)方法。實(shí)際應(yīng)用中存在一些不足，后期可將在線監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)整合到系統(tǒng)中，增加遠(yuǎn)程控制功能，在通道處采取加高措施。

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