智能巡檢機器人在變電站運維工作中的應用

黃 濤

陜西省地方電力（集團）有限公司安康供電分公司，陜西 安康 725000

0 引言

由于科技的發(fā)展和電力系統(tǒng)的改革，智能電網(wǎng)的建設速度逐漸加快，目前有一種趨勢，即采用部分替代人工巡檢的變電站巡檢機器人集成技術、電氣設備的非接觸控制技術、多傳感器綜合技術、模式識別技術、導航定位技術和網(wǎng)絡技術可實現(xiàn)全天候、全方位、全自主、智能化的變電站監(jiān)控，從而有效降低變電站運行成本，以及相關人員的勞動強度，使變電站巡檢工作實現(xiàn)自動化、智能化[1]。

1 智能巡檢機器人概述

變電站智能巡檢機器人投入使用后，通過機器人的自主運動和云臺動作，利用攝像機的焦點和紅外溫度計采集可見光和相關數(shù)據(jù)，對變電站運行的設備進行日常檢查，完成紅外測溫，時鐘讀數(shù)，設備油位、狀態(tài)檢測等工作。通過分析歷史背景曲線和數(shù)據(jù)，可以提高設備的可預測性，為狀態(tài)維護和狀態(tài)評估提供有效的數(shù)據(jù)支持[2-3]。

1.1 檢測方式和內(nèi)容

（1）方式。檢測方式分為全自動和手動兩種。全自動化檢驗可分為常規(guī)檢驗和特殊檢驗。通過操作者在遠程控制系統(tǒng)中預先設置巡檢任務，機器人啟動和執(zhí)行檢查任務。對于一些特殊工作模式，需要單獨設置特殊作業(yè)、檢查對象、特定路線等，啟動人工檢查模式。這種情況經(jīng)常發(fā)生在檢查特定設備、查看某一設備或在檢修需要繞過部分設備時。遠距離檢查模式由遠程控制系統(tǒng)中的操作員控制，通過機器人控制按鈕，或操作者進行手動遠程控制，在完成所有巡邏任務后，控制機器人會智能繞道到某個位置。

（2）內(nèi)容。檢測內(nèi)容包括系統(tǒng)環(huán)境中各種設備的外觀，設備外殼和連接器的環(huán)境溫度，設備的斷開等可拆卸方式，壓力表和其他設備的數(shù)據(jù)可用性，泄漏電流參數(shù)等，變壓器和其他主要設備的工作狀況。功能驗證機器人的設備外殼將圖像傳感器、拾音器和熱濕傳感器結(jié)合在一起，能夠裝載所采集的所有信息，包括圖像、音頻等功能。

1.2 功能

（1）紅外測溫功能。該機器人可以加載紅外熱像儀，能自動對焦、自動監(jiān)測哨兵溫度，根據(jù)設定的閾值，實時顯示圖像熱點的相關溫度值，自動進行故障分析和報警。

（2）圖像識別功能。該系統(tǒng)能讀出指針和指針的數(shù)據(jù)，識別斷路器等開關的狀態(tài)，識別設備表面的損傷和潔凈度，自動記錄識別結(jié)果，與閾值參數(shù)匹配，當超過閾值后，自動發(fā)出危險警告。

（3）數(shù)據(jù)采集功能。智能機器人檢查員安裝傳感器，收集設備聲音信號，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦δ芊諏印？蓪σ纛l進行分析，并對與正常樣品不符的音頻進行報警。

（4）其他功能。智能巡檢機器人在三維模式下放置符合定位性能的相關雷達導航模塊，可以按預定路線到達目的地，自動避障，自動進入指定停車地點。該智能巡檢機器人還具有防撞、單按鍵回車、電池報警等功能。

2 智能巡檢機器人運維工作的應用技術類型

2.1 軟件系統(tǒng)的選擇

在智能巡檢機器人對變電站檢查的階段，由于不同類型以及功能不同，所需要的軟件系統(tǒng)也不相同，就會導致系統(tǒng)中配備的軟件條件存在差異化。對于站控監(jiān)控系統(tǒng)軟件，應使用統(tǒng)一的控制軟件進行保障，以保證軟件的整體有效性，實現(xiàn)系統(tǒng)控制的基本目標。

2.2 智能巡檢機器人設施的研發(fā)及完善

智能巡檢機器人應用過程中，需要確定機器人的初始檢測目標，并制定機器人的發(fā)展目標，在建設初期，應在其性能穩(wěn)定的情況下盡量控制其成本投資，從而提高智能巡檢機器人的整體功能性。另外，應配置一間智能巡檢機器人專用的充電室。鑒于機器人生產(chǎn)和操作的相對差異，不同類型的機器人對充電過程有不同的要求，因此，充電室需要滿足不同類型的智能巡檢機器人的充電，注重系統(tǒng)邏輯關系的優(yōu)化配置，從而使機器人在執(zhí)行各種充電任務時能隨時切換，從而有效提高智能巡檢機器人的充電質(zhì)量，以免在機器人巡檢新技術應用階段因動力不足而影響工作進度。在智能巡檢機器人的使用階段，必須對智能巡檢機器人的驅(qū)動轉(zhuǎn)向結(jié)構進行優(yōu)化，從而提高在變電站運維過程中的效率。

2.3 智能巡檢機器人遠程規(guī)范操作的應用

同一座變電站，需要制訂遠程控制規(guī)則，使巡檢機器人實現(xiàn)一體化控制。OEM接口和數(shù)據(jù)處理規(guī)則的應用需要與變電站運行需求相結(jié)合，并具有統(tǒng)一的接口，使接口以及數(shù)據(jù)規(guī)范應用的效率得到提高。目前，智能機器人與集電所實現(xiàn)雙向信息交互的目標是成功的。為了實現(xiàn)對人員、設備等狀態(tài)信息的有效控制，在配置數(shù)據(jù)接口時要簡化多分類機器人的控制，優(yōu)化服務交互數(shù)據(jù)格式，設置交互目標和機器人控制，明確巡檢的主要任務包括過程、路徑等要求。

3 智能巡檢機器人在變電站運維工作中的具體應用

3.1 智能巡檢機器人在室外清理工作中的應用

當檢測到變電站設備的運轉(zhuǎn)后，機器人可以設定特定的室外運動路徑，由于在室外進行清理工作中存在較多的障礙物，因此為避免機器人受到這些障礙物的影響，必須優(yōu)化超聲波控制系統(tǒng)，通過發(fā)射超聲波，接收回波信號中的內(nèi)容。若路徑上有多個障礙物，機器人將收到控制中心的指令，當障礙物清除后，機器人在檢測站恢復正常運行模式，所設定的路線基本沒有障礙物，而是分支或部分環(huán)境可能排入路線。同時，變電站運行的監(jiān)測與控制一般要求連續(xù)24 h運行，這要求智能巡檢機器人能夠進行夜間巡視，保證電氣設備的穩(wěn)定運行。智能巡檢機器人在電站巡檢時，必須采用先進的光學儀器，保證機器人的視覺感知，使智能巡檢機器人夜班作業(yè)時，也能保障其工作質(zhì)量。

3.2 智能巡檢機器人在測溫工作中的應用

紅外測溫作為變電站智能機器人操作與維護的一項常規(guī)技術，能全面地研究變電站在運行過程中的環(huán)境溫度及設備問題，不同類型的設備，其合閘狀態(tài)和負荷不同，因此相應的設備溫度也不相同。智能巡檢機器人在對變電站進行維護檢測過程中，所測量的數(shù)據(jù)也會和人工測量數(shù)據(jù)有一定誤差。利用智能巡檢機器人在日常維護和操作過程中，能有效彌補試驗中的不足，全面分析電廠電氣設備的溫度數(shù)據(jù)，采取適當措施演示電氣設備的溫度變化。智能巡檢機器人具有的紅外測溫功能，能有效地控制電氣設備的溫度，檢測電氣設備的溫度和環(huán)境溫差，與歷史數(shù)據(jù)進行比較，分析數(shù)據(jù)測試內(nèi)容的準確性，提高智能巡檢機器人在變電站的應用效率。在實際應用中，為了消除熱應力缺陷，設備絕緣主要由應力分布異常引起。出現(xiàn)電壓熱缺陷時，會產(chǎn)生電流泄漏，從而引起電氣設備的不正常加熱冷卻。采用紅外測溫技術制成熱譜圖，對正常和異常狀況進行對比分析，揭示產(chǎn)生應力的熱缺陷的來源及部位。

3.3 在一體化集控子站系統(tǒng)中的應用

為了保證變電站的正常運行和維護，在運行階段，需要對其進行一體化集成控制，在達到運行目標的基礎上，設置合適的數(shù)據(jù)接口和服務接口，確保工作按預定目標進行。在子系統(tǒng)確定統(tǒng)一標準規(guī)則后，需要提高其向系統(tǒng)平臺傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信息的交互效果，為智能機器人應用中主站的運行和管理提供相應的保障，建立集電所一體化系統(tǒng)，是實現(xiàn)機器人智能巡檢儀工作效率的必要環(huán)節(jié)。假定服務器位于湍流操作控制中心，安裝相關的系統(tǒng)程序，以確保正確的通信設備和硬件被有序地使用。通過控制終端設置無線接入模塊，機器人通過專用數(shù)據(jù)鏈路和傳輸網(wǎng)絡進入交換機，提高了通信效率。

3.4 智能巡檢機器人在視覺技能中的應用

針對變電站電力設備的熱缺陷進行視覺技術的應用，是變電站維修操作中對智能巡檢機器人設計的要求。紅外線測溫法主要應用于電氣設備的熱缺陷檢測，對其母線的接點溫度和開關點溫度與同類設備配有機器人的溫度進行分析比較，了解具體安裝溫度參數(shù)，從而確定電氣設備運行中的障礙和問題。若智能巡檢機器人在運行和維護過程中發(fā)現(xiàn)電氣設備溫度數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，將自動報警并提醒電氣管理員維修故障的電氣設備，以確保電氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。智能巡檢機器人利用視覺方式滲透到線路導航設計中。具體地說，智能巡檢機器人將提取道路兩邊的邊線，計算邊界交點。另外，智能檢測機器人的計算機視覺技術，主要用于圖像處理，防止自然環(huán)境對圖像清晰度的影響，如降雨等，從而保證圖像傳輸?shù)那逦群唾|(zhì)量，為更好地進行電氣設備維修管理打下良好的基礎。此外，還必須保證圖像的高精度，并充分利用智能機器人系統(tǒng)來檢測目標，以有效地完成電力電子儀表中電力設備的獨立識別任務，如測量油表液位等，一般都是基于視覺技術的智能巡檢機器人，與傳統(tǒng)的手動操作和維護控制相比，可充分發(fā)揮其在電力儀表中的作用。

4 結(jié)束語

將智能巡檢機器人應用于變電站內(nèi)部，是一種功能完善、性能優(yōu)良的智能設備，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。在進行變電站運維過程中，智能巡檢機器人的應用范圍正逐步增大，是實現(xiàn)無人值守控制目標的必要措施。但智能巡檢機器人在實際應用階段還需要大量的技術手段，變電站的運維工作難免會有其自身問題，這就需要對應用技術進行改進和優(yōu)化，充分認識到智能巡檢機器人對變電站運維的影響。為此，變電站工作人員還應結(jié)合現(xiàn)場實際操作方法，采取有針對性的控制方法，使智能巡檢機器人能夠順利完成任務。