變電設(shè)備帶電檢修機器人技術(shù)應(yīng)用分析

何曉春，李 明

（國網(wǎng)靖遠縣供電公司，甘肅 白銀 730900）

由于傳統(tǒng)的帶電作業(yè)一般需要以人工的方式來完成相關(guān)的技術(shù)任務(wù)，技術(shù)工人的個人素質(zhì)對電力維護作業(yè)的有效性影響較大。運行和維護中存在的狹窄環(huán)境以及缺乏安全設(shè)備也進一步降低了人為因素的維護效率，特別是與其他類型的操作相比，操作的難度和安全性是重要的方面，采用融合機械、電子等先進技術(shù)的檢修機器人作為主要運維人員，將助力電力行業(yè)實現(xiàn)高可靠性的發(fā)展需求。

1 動力智能巡檢機器人概述

由于電力線具有多面性和廣泛性，電力線長期暴露在惡劣的環(huán)境中，電網(wǎng)中的輸電線路存在機械張力、材料老化和電閃絡(luò)等問題，運行安全及嚴(yán)重腐蝕和其他可能導(dǎo)致電源線磨損的現(xiàn)象。在此背景下為保證供電質(zhì)量，需要對輸電線路進行巡檢，及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)和電力設(shè)備運行中的隱患，電力智能巡檢機器人具有高度智能化、自動化程度，在巡線中發(fā)揮著很大的作用，可以監(jiān)測電網(wǎng)和電力設(shè)備周圍環(huán)境的變化，消除電力在運行中電網(wǎng)和電力設(shè)備的隱患。電力智能巡檢機器人基本上是集機械系統(tǒng)、自動控制、通訊和檢測為一體的巡線設(shè)備，機械設(shè)備是電動智能巡檢機器人的核心內(nèi)容，結(jié)合我國電動智能巡檢機器人的使用現(xiàn)狀，巡檢機器人的機械系統(tǒng)主要有以下要求，一是電動智能巡檢機器人巡檢機器人機械系統(tǒng)，使巡檢機器人在使用過程中完成滾動、跳躍和躲避動作，在特定空間位置靈活協(xié)調(diào)動作。二是電動智能巡檢機器人的機械結(jié)構(gòu)具有承載能力，可以根據(jù)實際需要完成特定設(shè)備和設(shè)備的運輸和安裝，此外電力智能巡檢機器人由于結(jié)構(gòu)輕方便攜帶，機器人進行帶電作業(yè)的方式如圖1所示。

圖1 機器人進行帶電作業(yè)

2 帶電機器人技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用意義

技術(shù)是電力企業(yè)實現(xiàn)突破的關(guān)鍵，科學(xué)技術(shù)的進步是電力行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，不斷開發(fā)新技術(shù)并形成完善成熟的技術(shù)開發(fā)體系，是推動電力行業(yè)升級的重要舉措，目前我國電力行業(yè)在創(chuàng)新技術(shù)上的應(yīng)用還有很多不足，很多領(lǐng)域不能進行技術(shù)的擴展。所以大力推動電力技術(shù)的升級是電力企業(yè)的首要問題，電動機器人技術(shù)是電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵，其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可以進一步推動行業(yè)的發(fā)展，同時能推進各項技術(shù)的升級和業(yè)務(wù)水平的提高。首先，電動機器人通過大數(shù)據(jù)對用戶信息系統(tǒng)進行分析，根據(jù)用戶需求進行用戶的精準(zhǔn)管理。其次，電動機器人可以利用大數(shù)據(jù)和強大的計算能力提升整體的服務(wù)水平，帶給客戶更好的用戶體驗；再次，電動機器人可以替代人力工作量，減少人力資源的付出，同時機器人的穩(wěn)定性能夠有效減少人為因素對設(shè)備運行造成的誤差，并對維護和作業(yè)進行詳細記錄，包括歷史數(shù)據(jù)和設(shè)備的使用狀態(tài)以及設(shè)備性能和狀態(tài)。最后，通過對信息的分析，可以有效地實現(xiàn)各種資源和數(shù)據(jù)的整合，提高信息化管理水平，平衡資源管理與數(shù)據(jù)管理之間的協(xié)調(diào)問題，促進電力企業(yè)管理水平的提高。

3 機器人維修工作的應(yīng)用解析

3.1 螺栓和引流線的維護

變電站設(shè)備定期檢修中最常見的問題就是螺栓松動或接頭過熱，采用傳統(tǒng)的維護操作需要停止變電站設(shè)備進行線路維護。而通過機器人技術(shù)，對變電站設(shè)備的維護工作流程進行了優(yōu)化創(chuàng)新，一是可以利用機器人強大的隔離功能實現(xiàn)實時維護工作，二是比較簡單的螺栓問題，快速處理可實現(xiàn)空載運行，減少對變電站線路的影響，同時能夠最快速度地檢測母線側(cè)隔離開關(guān)及相關(guān)設(shè)備螺栓，自動拆卸和安裝端口下的維護工作也是如此易于處理。

3.2 氣體吹掃和除冰

近期，變電站外部設(shè)施積塵等問題頻發(fā)，尤其是冬季受凍雨影響，冰層覆蓋線路，有著很大的安全隱患。同時，缺乏專業(yè)的智能檢測維修設(shè)備，以致在設(shè)備的維護時需要停電作業(yè)，造成電力系統(tǒng)的停運，而且需要大量人力進行手工作業(yè)。智能機器人的出現(xiàn)，提供了新的解決方案，其中使用智能機器人執(zhí)行實時維護任務(wù)，并使用絕緣氣體進行清潔和除冰以實現(xiàn)有效的防冰解決方案。機器人在維修工作時會攜帶高壓風(fēng)機，在平臺設(shè)備的引導(dǎo)下運行到作業(yè)位置，并重建需要維修的工作面，使用機械臂固定操作面的頂部和底部，對絕緣體軸的有效噴涂半徑進行計算并用絕緣體噴氣裝置對準(zhǔn)操作面進行噴氣操作。同時要保證機器人攜帶足夠的工作氣體進行噴涂作業(yè)與保證作業(yè)過程中的除冰效果，將泵放在機器人身體上讓高壓干式絕緣通過絕緣風(fēng)管把氣體輸送到指定位置，達到清潔除冰的效果。為了檢測疏水性，機器人的噴槍結(jié)合視覺控制系統(tǒng)來提取液滴的成分，機器人在執(zhí)行除冰除污任務(wù)時，一方面要保證有足夠的工作能量，另一方面要完善數(shù)據(jù)分析，了解機器人在工作狀態(tài)下的工作性能預(yù)測并及時處理，機器人對注氣情況進行必要的數(shù)據(jù)感知，了解噴射產(chǎn)生的力并注意可能對變電站設(shè)備產(chǎn)生的不利影響以及損失。

3.3 復(fù)雜的空間檢查和維護工作

為了在復(fù)雜空間內(nèi)使用機器人進行變電站設(shè)備維護操作的帶電操作，需要組合測試設(shè)備來執(zhí)行這些維護操作。由于機器人需要較大的工作空間以確保其任務(wù)的實用性和有效性，當(dāng)機器人在有限空間內(nèi)進行科學(xué)協(xié)調(diào)任務(wù)時，會調(diào)整分析現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)，環(huán)境和規(guī)劃須適應(yīng)工作空間的要求。此外，如果工作環(huán)境中存在障礙物，機器人須對障礙物進行詳細的數(shù)據(jù)分析，以檢測障礙物對后續(xù)維護的影響。機器人需要旋轉(zhuǎn)部分相關(guān)結(jié)構(gòu)，以便執(zhí)行復(fù)雜空間內(nèi)的有效維護任務(wù)。當(dāng)前，隨著變電站設(shè)備的不斷發(fā)展，變電站設(shè)備呈現(xiàn)集中化、小型化的趨勢，既提高了設(shè)備利用效率又縮小了檢修空間。這些設(shè)備的實時維護以及其復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境對機器人有了更高的要求，需要技術(shù)更先進、體積更小的機器人才能更高效地執(zhí)行。

4 機器人技術(shù)在變電站設(shè)備在線維護中的應(yīng)用

4.1 巡檢機器人軟件技術(shù)開發(fā)

在巡檢機器人的軟件開發(fā)中，應(yīng)根據(jù)智能電站的實際建設(shè)要求，對巡檢機器人的軟件控制系統(tǒng)進行開發(fā)和設(shè)計。其中持續(xù)集成理論目前廣泛應(yīng)用于軟件系統(tǒng)開發(fā)，因此該技術(shù)可用于巡檢機器人的軟件開發(fā)。在無線通信技術(shù)的情況下智能發(fā)電廠內(nèi)有多個傳感器放置，每個傳感器設(shè)備都采用無線通信技術(shù)向智能控制模塊發(fā)送數(shù)據(jù)信息，也可以通過無線通信技術(shù)發(fā)送控制命令。所以，在關(guān)于巡檢機器人的軟件開發(fā)中，為了使巡檢機器人軟件具有更好的應(yīng)用性能，必須具備與無線通信系統(tǒng)更好的數(shù)據(jù)通信功能，在巡檢機器人軟件持續(xù)安排部署之前對軟件代碼進行測試，合格后就需要進入下一階段，最終使巡檢機器人軟件控制系統(tǒng)完成開發(fā)。

4.2 調(diào)度配電的具體應(yīng)用

動力傳動機器人全面采用大數(shù)據(jù)分析及人工智能等新技術(shù)，改變傳統(tǒng)的人工動力傳動方式，構(gòu)建機器人模型智能動力傳動，可大大使傳動時間縮短，避免各種人為因素影響擴大傳動范圍，對電力調(diào)度發(fā)展具有重大意義。隨著對配電機器人研究和深入，帶電機器人正逐漸應(yīng)用于主艦的前景，2019年廣東省隨著電力調(diào)度機器人的發(fā)展，成功開發(fā)了一種完全程序智能化的送電方式，國內(nèi)外聯(lián)合電網(wǎng)“智能調(diào)度員（AO）”系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠程操作，有效斷開設(shè)備與系統(tǒng)的連接實現(xiàn)全過程智能安全檢查。

4.3 導(dǎo)航搜索模塊

電力智能巡檢機器人的作業(yè)現(xiàn)場往往在野外，在這種情況下電力智能巡檢機器人在工作過程中不可避免地會受到高壓輸電線路周圍強電場和磁場的影響，因此有必要嚴(yán)格控制傳感器在動力智能巡檢機器人導(dǎo)航系統(tǒng)中的使用。如今，隨著我國電力智能機器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將視覺導(dǎo)航技術(shù)用于機器人導(dǎo)航變得越來越普遍，應(yīng)用視覺導(dǎo)航技術(shù)后，動力智能巡檢機器人可以進行更廣泛的探索，更大的范圍和更高的探測精度不僅可以快速完成目標(biāo)信息的收集，還可以使設(shè)計模塊中使用的電磁傳感器優(yōu)化檢測線。

4.4 電力維護應(yīng)用

當(dāng)前，電力設(shè)備維護工作需要大量人員進行，它們不僅效率較低，而且整體環(huán)境和氣候變得越來越復(fù)雜，實施難度也越來越大。2019年，浙江平湖電力率先利用智能機器人有效克服臺風(fēng)、雷暴和冰凍等惡劣天氣，開展前期檢查維護工作。在有關(guān)人機交互控制的文檔中討論到如何使用電力線上的帶電螺栓機器人，這些機器人作業(yè)反饋時通過視覺和力有效地增強了現(xiàn)場工作。在研究過程中專門描述了清潔和機器人的檢測系統(tǒng)，這樣可以使帶電機器人平穩(wěn)運行確保腔內(nèi)無盲點檢測真正實現(xiàn)。

5 維修機器人整體運行檢查及維護升級

維修機器人進行現(xiàn)場工作時，工作狀態(tài)和姿勢對工作效果有很大的影響，因此在機器人工作時需要進行必要的工作姿勢檢測和分析。在實際應(yīng)用過程中，機器人的工作姿勢及狀態(tài)符合科學(xué)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，同時確保相關(guān)任務(wù)滿足實時運維需求。在檢測過程中機器人手臂的位置可能會根據(jù)運動將機器人設(shè)備的中心移動到不同的角度，必須注意確保機器人中心改變時機器人不會移動。當(dāng)出現(xiàn)這些問題時一方面要保證機器人實時維修工作的穩(wěn)定性，另一方面要提高機器人在運行過程中的維修工作效率，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進行信息統(tǒng)計和信息分析，進一步保證整機運行的穩(wěn)定專業(yè)性。另外，基于高效節(jié)能數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)技術(shù)，優(yōu)化作業(yè)軌跡，以使機器人作業(yè)效率得到有效提高，機器人訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)，通過組織數(shù)據(jù)，為基于機器人運動軌跡數(shù)據(jù)分析的未來作業(yè)路線設(shè)定提供數(shù)據(jù)支持。采集以智能運維為核心，提高變電站設(shè)備實時維護中機器人的工作效率和工作時間，運用科學(xué)技術(shù)對指導(dǎo)性維護操作中的具體問題進行分析和關(guān)聯(lián)。并為后續(xù)改進提供技術(shù)支持。

6 結(jié)束語

智能電力巡檢機器人的出現(xiàn)和應(yīng)用將改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)對電網(wǎng)和電力設(shè)備人工巡檢的方式和解決存在的勞動強度大、巡檢效率低、巡檢質(zhì)量不均勻等問題，使巡檢質(zhì)量滿意并利用信息技術(shù)共享檢驗信息。電力智能巡檢機器人是目前電力行業(yè)應(yīng)用最廣泛的線路及電力設(shè)備巡檢工具，是智能技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品，不僅可以完成電力線路和設(shè)備的日常巡檢，還包括紅外測溫等現(xiàn)實功能和廣泛的使用環(huán)境，大大提高了檢測效率和檢測質(zhì)量，補充了惡劣環(huán)境下的人工檢測問題，具有廣泛的應(yīng)用可能性。