智能巡檢機器人在變電運維工作中的應用

傅利

（國網(wǎng)四川省電力公司技能培訓中心，四川 成都 610000）

對變電站電氣設備進行定期巡視，迅速獲取變電站電氣設備的狀態(tài)信息并及時發(fā)現(xiàn)電氣設備的缺陷和隱患，是保障變電站安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。隨著機器人、圖像識別和導航等技術(shù)水平的提升，利用變電站智能巡檢機器人代替人工對變電站電氣設備進行檢測是一種便捷、可靠和經(jīng)濟的技術(shù)手段。變電站智能巡檢機器人是移動機器人在固定場景下的應用類型，機體一般搭載高清可見光攝像頭、紅外攝像頭和拾音裝置等傳感設備，用于輔助或代替工人完成設備的巡檢。使用機器人能夠完成高效率、大范圍、標準統(tǒng)一的巡檢內(nèi)容，不僅能有效降低勞動強度，而能有效提高變電站運維管理的智能化、自動化水平。

一、變電站智能巡檢機器人的優(yōu)勢

智能巡檢機器人系統(tǒng)在變電站的設備巡檢工作中廣泛運用，保障了變電站設備安全運行，增強了系統(tǒng)可靠性，減輕了人員勞動強度，在惡劣天氣和人員疲勞特殊時段的替代人工作業(yè)等方面具有較高的作用，得到基層單位的高度認可。特別是紅外熱像巡檢和可見光表計巡檢功能最為實用。有效的解決了過去僅僅依靠人工巡檢存在的檢測質(zhì)量參差不齊、人員勞動強度大、工作效率低、設備異常發(fā)現(xiàn)處理不及時等問題，有效提高了電網(wǎng)安全可靠性和減少了勞動力投入。

（一）巡視頻次有保障

智能巡檢機器人巡視設備少受天氣、人員等因素制約，可按固定周期和路線，對預定的巡視點進行可見光和紅外檢測，確保巡視點每次都能按時巡視到位。

（二）巡視質(zhì)量高

智能巡檢機器人可以對巡視點的儀表讀數(shù)進行可見光拍照并識別，對越限的讀數(shù)自動報警；對設備外觀進行可見光拍照并遠傳至有人值守場所；對瓷瓶破裂放電閃絡、滲漏油等進行性缺陷實現(xiàn)遠方人工識別定位；對設備易發(fā)熱部位進行紅外檢測，并自動判別溫度超限和報警。

（三）實現(xiàn)對個別部位的不間斷巡視

如果設備出現(xiàn)嚴重缺陷，就可以讓智能巡檢機器人不間斷地對缺陷部位進行監(jiān)控，一旦缺陷繼續(xù)發(fā)展就立即報警，提醒運維人員進行處置，人工巡視就很難做到這一點。

（四）可以在不適宜人員巡視的場所進行巡視

因滅弧后SF6 氣體含有毒物質(zhì)，不適宜人員進入，此時就可以讓智能巡檢機器人進入故障區(qū)域拍照上傳，讓有關(guān)人員掌握現(xiàn)場情況，并采取相應的措施進行處置。

二、智能巡檢機器人在變電運維工作中應用存在的缺點與不足

通過對某供電公司10 站智能機器人巡檢系統(tǒng)，在設備巡檢、紅外測溫、操作檢位工作上的應用指標的統(tǒng)計，量化機器人巡檢系統(tǒng)的實際應用情況，并對該系統(tǒng)存在的缺點與不足進行了分析討論。

智能巡檢機器人巡檢內(nèi)容包括變電站戶外一次設備的外觀、聲音，溫度、油位、SF6 氣體密度、避雷器泄漏電流、指示等各類表計讀數(shù)，斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘的分合狀態(tài)、全部一次設備本體和接頭的紅外測溫等。巡檢系統(tǒng)借助后臺紅外專家分析系統(tǒng)、圖像識別技術(shù)、伺服技術(shù)進行設備狀態(tài)評估，實現(xiàn)了對各類變電設備分合狀態(tài)、運行監(jiān)視、實時感知、狀態(tài)評價、監(jiān)視預警和故障診斷功能。運維人員在運維站能遠程瀏覽機器人的狀態(tài)及巡視結(jié)果，并能遠程控制機器人，開啟和設置巡檢任務，切實減輕了運維人員巡檢工作量。

（一）巡視檢查功能

對于例行巡檢和紅外測溫工作，系統(tǒng)按照設置的時間自動啟動巡視任務，按照預設路線進行巡視。巡檢數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)橋?qū)崟r傳輸?shù)奖O(jiān)控后臺。系統(tǒng)通過圖像識別技術(shù)將成像自動轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)，并與系統(tǒng)設置的告警值進行比較，越限時系統(tǒng)自動生成告警提示。特巡工作為運維人員通過后臺設置手動開啟，運維人員設置特巡觀測點后，系統(tǒng)自動規(guī)劃巡檢路徑，系統(tǒng)自動完成。

1.巡檢覆蓋率：巡檢覆蓋率是指智能機器人巡檢系統(tǒng)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)點數(shù)覆蓋人工例行巡檢和紅外測溫設備記錄數(shù)據(jù)點數(shù)的比率，是智能巡檢系統(tǒng)取代人工例行巡檢和紅外測溫工作的重要參考指標。以下為某供電公司10 座變電站智能巡檢機器人覆蓋率情況：10 座變電站巡檢覆蓋率均達到99%以上。

2.圖像識別率：某供電公司10 座變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)從投運至2020 年12 月份，共執(zhí)行例行巡檢任務1012 次、特殊巡視145 次。10 座變電站圖像識別率在89%至96%之間。

（二）特殊情況下的巡檢功能缺陷

①大雨時，密集雨滴會遮擋機器人超聲屏障，造成機器人停止原地，不能完成巡視任務。且表計表面覆蓋雨滴，影響機器人可見光成像效果。②大霧、霧霾時，能見度較低會嚴重影響智能機器人可見光成像效果，造成成像效果不佳、表計數(shù)據(jù)不能讀取。③冰雪天氣，地面敷冰易造成機器人行進時滑離軌道，停止工作。④檢修時，由于圍欄遮擋機器人設定的巡視路線，目前機器人巡檢技術(shù)不能實現(xiàn)遇到屏障重新規(guī)劃路線的要求，造成巡視區(qū)域內(nèi)有檢修任務時，不能啟動該區(qū)域的例行巡檢任務。

（三）紅外測溫功能

某供電公司10 座變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)從投運至2020 年12 月份，共執(zhí)行紅外測溫任務1012 次，發(fā)現(xiàn)并跟蹤缺陷21 項，與PMS2.0 系統(tǒng)登錄缺陷一致。10 座變電站紅外測溫識別率為100%。智能巡檢機器人進行紅外測溫工作實現(xiàn)了對每臺設備本體、接點、觸頭的定位觀測、定焦拍攝，確保了數(shù)據(jù)的識別率達到100%。較人工普測工作采用全站僅分區(qū)域掃射的工作方式，智能巡檢機器人數(shù)據(jù)采集更為精確、全面，并且建立了后臺趨勢分析，有利于輔助運維人員跟蹤發(fā)熱點的在線分析和跟蹤觀測工作。

（四）對二次設備及直流系統(tǒng)巡檢功能

目前大多數(shù)已投入運行的智能巡檢機器人基本能夠完成對站內(nèi)一次設備的全面巡檢，但由于站內(nèi)直流系統(tǒng)及二次設備多位于變電站獨立的小室或是主控樓內(nèi)，且室內(nèi)設備的門口均設置有防鼠擋板。這客觀上給巡檢機器人設置了“路障”，使之無法有效地對此類設備開展巡視檢查工作。然而，站內(nèi)直流系統(tǒng)及二次設備對變電站的安全穩(wěn)定運行同樣至關(guān)重要。因此，使巡檢機器人能夠有效發(fā)揮自主判斷，對二次設備與直流系統(tǒng)完成巡檢是必要的。

（五）表計位置不合理使巡檢數(shù)據(jù)存在偏差

變電站智能巡檢機器人通過搭載的高清攝像頭可以對壓力、油位、避雷器泄漏電流等表計進行讀取，為運維人員提供比較準確的巡檢數(shù)據(jù)，但它仍存在弊端。

首先，有些壓力表、油位計相對于地面的位置過高、夾角過大，當巡檢機器人行進到固定監(jiān)測點位時，機器人云臺攝像頭對目標設備或表計亦有著相對較為固定的角度。不利于巡檢機器人的觀測。其次，針對人工巡視而設計的壓力表、油位計，客觀上也對機器人采集數(shù)據(jù)造成了影響。例如，有些壓力表隱藏于設備表面下部或是表計指針過小而不方便機器人采集數(shù)據(jù)。

（六）改進措施

機器人巡檢系統(tǒng)的開發(fā)應用是探索一種全新的變電站設備運行維護方式，以支撐并部分代替人工巡檢工作，減輕運行人員的勞動強度。就目前來說，要真正扮演起變電站設備巡檢工作的主角，還有很多工作要做。以下針對調(diào)研巡檢機器人應用中存在的問題，提出方案優(yōu)化措施：

1.提升巡檢覆蓋率措施：增大設備柜門觀測窗，以滿足巡檢機器人要求，進一步提升巡檢覆蓋率。

2.提升機器人夜間巡檢能力措施：機器人攝像頭自帶補光燈，滿足夜間巡檢要求。

3.提升圖像識別率措施：提升硬件配置水平，采用高清攝像機。

4.提升操作檢位速度措施：一是增加機器人巡視道路，設置便捷通道，減少機器人在切換觀測點和巡檢區(qū)域切換上的耗時。二是配置兩臺機器人分工協(xié)作：兩臺機器人分區(qū)協(xié)作方式，同時或交替巡檢的工作方式，將大大減少一臺機器人在切換觀測點和巡檢區(qū)域上的耗時。

5.提升對二次設備及直流系統(tǒng)巡檢措施：首先，對現(xiàn)有的保護室或主控室其中一個門進行改造，改造成類似機器人充電室的自動卷閘門，當巡檢機器人靠近時可以自動開門，進入后自動關(guān)門。從而也可以避免小動物誤入室內(nèi)。其次，對于新建變電站在規(guī)劃設計時，可以考慮將機器人的充電室與保護室設置到一起，統(tǒng)一規(guī)劃、設計巡檢路徑，從而順利解決其對室內(nèi)二次設備及直流系統(tǒng)的巡檢問題。

6.解決表計位置不合理使巡檢數(shù)據(jù)存在偏差措施：對位置偏高或設計存在缺陷的壓力表、油位計可以在設備周圍適當?shù)奈恢梅胖梅垂忡R，應用鏡面的反射原理，將表計“轉(zhuǎn)移”到適合觀測的位置，以兼顧人工觀測和巡檢機器人觀測兩種巡檢方式。

三、智能巡檢機器人的實際應用

（一）發(fā)現(xiàn)設備發(fā)熱缺陷案例

2020 年3 月17 日，巡視人員將機器人放置在110kVA 變電站，并制定巡視計劃，按照計劃2020 年3 月17 日13：00 對變電站110kV 設備區(qū)域進行全面巡視，2020 年3 月17 日13：55 智能巡檢機器人發(fā)現(xiàn)110kV 側(cè)B 線斷路器B 相靠母線側(cè)線夾發(fā)熱。

經(jīng)運維人員觀察對比，根據(jù)相關(guān)標準判斷這是一條一般發(fā)熱缺陷，于是將此缺陷上報至PMS 系統(tǒng)中。

通過此次機器人發(fā)現(xiàn)設備發(fā)熱的案例不難看出機器人紅外測溫準確，可以及時發(fā)現(xiàn)電氣設備缺陷情況。利用智能巡檢機器人開展無人值守變電站巡視工作，可以和人工巡視進行互相補充，在一定程度上能夠提高巡視密度，對及時發(fā)現(xiàn)設備缺陷和隱患具有十分積極的作用。

檢測相關(guān)信息：測試環(huán)境：溫度4.9℃相對濕度：11.6%白天晴風速：1 級

（二）在日常運維中的應用

以某變電站的智能巡檢機器人應用為例，該變電站劃分任務區(qū)域4 個，每區(qū)域存在1 天的任務周期，白天的可見光任務包括計數(shù)器、避雷器泄露電流表、溫度表、油位計、SF6 壓力、開關(guān)刀閘分合位置，需同時留存可見光圖譜，夜晚的紅外任務共涉及12 個檢測點，包括刀閘類設備、開關(guān)類設備、接線、動靜觸頭等，需同時留存可見光及紅外圖譜。在變電站日常運維中，智能巡檢機器人能夠負責較為繁瑣的巡視工作，解放運維人員，運維工作的效率和質(zhì)量也能夠隨之實現(xiàn)長足提升。

四、智能巡檢機器人在變電運維工作中的應用發(fā)展

智能巡檢機器人要能逐步替代人工巡檢，目前例巡、特巡任務已逐步移交智能巡檢機器人；待智能機器人巡檢系統(tǒng)進一步完善和提升，將可全面接替人工巡檢任務，實現(xiàn)24h全站全設備安全巡檢，特別是在高溫、大負荷、和新投入設備運行后以及大風、霧天、冰雹、冰雪、雷雨后，巡視任務尤其繁重且環(huán)境惡劣，采用智能機器人巡檢可減輕巡視人員的勞動強度、并在惡劣天氣條件中代替運行人員對部分設備完成巡檢工作。

（一）工作效率更高

目前，智能巡檢機器人兼具了讀取設備表計、油溫數(shù)值，測量接線點溫度，分析異常，聲光報警等功能，能24h 全天候待命，無論白天黑夜，隨時在站內(nèi)巡檢。工作人員可以根據(jù)季節(jié)變化和用電負荷的峰值將變電站的巡檢任務數(shù)據(jù)錄入巡檢機器人系統(tǒng)中，機器人可以根據(jù)各個站的不同需求進行定時的自動巡視，也可以由后臺操作人員直接對它下達命令，對重點設備或可疑點進行隨時巡視，而一旦巡視過程中出現(xiàn)了超過正常數(shù)值的可疑點，它還會通過聲光報警通知電腦前的監(jiān)控人員。

（二）運維質(zhì)量更好

對一些影響電力系統(tǒng)安全運營的非量化因素，如TV 油位、斷路器是否有氣體泄漏等，由巡檢人員主觀描述紀錄，描述語言隨人員不同而不同，對以后的故障分類和系統(tǒng)分析都增加了處理難度；對于一些量化的表計數(shù)據(jù)記錄也因為人員不同而出現(xiàn)一定的偏差；采用智能機器人巡檢系統(tǒng)的數(shù)字化處理，可實現(xiàn)標準統(tǒng)一和描述統(tǒng)一，從而提升了系統(tǒng)的標準化、智能化水平。

五、結(jié)語

智能巡檢機器人是一種全新的巡檢方式和手段，在變電運維工作中的應用，有效的提高了巡檢的質(zhì)量和工作效率，提高了巡檢工作的安全性，減輕了運維人員的工作負擔，因此，在實際工作中，我們要不斷的摸索和創(chuàng)新，對智能機器人的巡檢系統(tǒng)進行完善，從而能夠完全發(fā)揮出巡檢機器人的功能和作用，推動變電系統(tǒng)運行的智能化和現(xiàn)代化。