變電站智能巡檢機(jī)器人巡視路線優(yōu)化

楊 杰，楊 曦，陳行曉，陳群鋒

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司，浙江 杭州 311232）

隨著機(jī)器人制造技術(shù)的不斷進(jìn)步與完善，變電站智能巡檢機(jī)器人在變電站日常的設(shè)備運(yùn)維管理中發(fā)揮的作用越來越顯著。通過對智能巡檢機(jī)器人的合理運(yùn)用，其在變電站運(yùn)維工作中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在現(xiàn)場設(shè)備各類型巡視、設(shè)備的紅外測溫及表計數(shù)據(jù)抄錄、設(shè)備現(xiàn)存缺陷隱患的跟蹤等方面[1]。在500 kV變電站無人值守的深入推進(jìn)的背景下，為更好的對事故應(yīng)急狀態(tài)下變電站電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行掌控，運(yùn)用智能巡檢機(jī)器人代替運(yùn)維人員對故障設(shè)備進(jìn)行先期巡檢，將發(fā)揮越來越重要的作用。

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)由計算機(jī)監(jiān)控后臺、通信導(dǎo)航系統(tǒng)、充電電源系統(tǒng)、機(jī)器人本體等組成，以機(jī)器人技術(shù)、電力設(shè)備非接觸檢測技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、模式識別技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等各類技術(shù)為支撐，能夠以全自主、本地或遠(yuǎn)方遙控模式代替或輔助人工進(jìn)行變電站巡檢，巡檢內(nèi)容包括設(shè)備溫度、儀表等，具有檢測方式多樣化、智能化、巡檢工作標(biāo)準(zhǔn)化、客觀性強(qiáng)等特點(diǎn)。同時，系統(tǒng)集巡視內(nèi)容、時間、路線、報表管理于一體，實現(xiàn)了巡檢全過程自動管理，并能夠提供數(shù)據(jù)分析與決策支持[2]。

1 智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

目前，變電站的智能巡檢機(jī)器人已實現(xiàn)對全站電氣設(shè)備的紅外和可見光的覆蓋，通過預(yù)設(shè)的巡視任務(wù)，對全站不同區(qū)域電氣設(shè)備進(jìn)行不間斷的周期性的巡檢，而對于新增的有特殊要求的任務(wù)，則須要通過人工進(jìn)行設(shè)置?，F(xiàn)場實際勘查中，以事故處理時的需求為導(dǎo)向，通過現(xiàn)場的智能巡檢機(jī)器人長期以來的運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整合，并結(jié)合模擬故障，對智能巡檢機(jī)器人在事故處理時的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢驗，得出智能巡檢機(jī)器人在對設(shè)備進(jìn)行巡視時，按照預(yù)定設(shè)置的路線，遵循設(shè)備間隔順序依次對各設(shè)備進(jìn)行巡檢，若事故處理時，須對特定間隔的特定設(shè)備進(jìn)行快速檢查，但智能巡檢機(jī)器人的行進(jìn)路線并未按照最短路線進(jìn)行，而是從外圍繞了一圈，這樣就無法滿足事故應(yīng)急時的快速響應(yīng)。

2 智能巡檢機(jī)器人路線的改進(jìn)

無人值守變電站內(nèi)發(fā)生電氣設(shè)備異常及故障等情況時，由于現(xiàn)場沒有運(yùn)維人員在第一時間去現(xiàn)場獲取故障設(shè)備信息，主站除了通過監(jiān)控后臺、工業(yè)視頻等設(shè)備及時了解相關(guān)信息，也須通過現(xiàn)場的智能巡檢機(jī)器人對故障設(shè)備進(jìn)行更進(jìn)一步的全面觀測。

在事故應(yīng)急處理狀態(tài)下，須現(xiàn)場的智能巡檢機(jī)器人能夠快速高效的到達(dá)故障設(shè)備所在位置，并獲取現(xiàn)場故障設(shè)備的關(guān)鍵信息。目前，變電站內(nèi)的智能巡檢機(jī)器人采用感應(yīng)激光點(diǎn)位的方式進(jìn)行定位巡檢，智能巡檢機(jī)器人沿著事先規(guī)劃設(shè)置的路徑對設(shè)備展開巡視檢查。變電站現(xiàn)場激光點(diǎn)位的設(shè)置基本上是按照日常巡視的行進(jìn)路線進(jìn)行鋪設(shè)，通過觀察機(jī)器人對不同區(qū)域設(shè)備的巡視情況，發(fā)現(xiàn)智能巡檢機(jī)器人存在著巡視路線不夠合理及繞道等現(xiàn)象，在事故應(yīng)急過程中，就無法快速到達(dá)某些故障設(shè)備所在位置，進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況的信息采集。

智能巡檢機(jī)器人在對變電站現(xiàn)場電氣設(shè)備進(jìn)行巡視檢查時，能否順利到達(dá)目標(biāo)設(shè)備，其導(dǎo)航系統(tǒng)在其中扮演了非常重要的角色。導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)智能巡檢機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)設(shè)備，依靠的是場地中巡檢線路上鋪設(shè)的激光點(diǎn)位，智能巡檢機(jī)器人通過其底盤上安裝的傳感器來接收巡檢線路上的激光點(diǎn)位信息，以此來引導(dǎo)機(jī)器人按照相應(yīng)的巡檢路線到達(dá)目標(biāo)設(shè)備所在位置[3]。因此，裝有激光點(diǎn)位的巡檢路線的位置布局如何確定，也將最終影響智能巡檢機(jī)器人的路線選擇及事故應(yīng)急時的處理效率。

對于500 kV 變電站常規(guī)的AIS 設(shè)備，其設(shè)備區(qū)域的分布特點(diǎn)一般包括500 kV設(shè)備區(qū)、220 kV設(shè)備區(qū)、主變及35 kV 設(shè)備區(qū)，智能巡檢機(jī)器人則根據(jù)巡檢線路上的激光點(diǎn)位對上述區(qū)域展開巡視。依據(jù)站內(nèi)設(shè)備布局及智能巡檢機(jī)器人的導(dǎo)航方式特點(diǎn)，采用幾何模型進(jìn)行環(huán)境建模[4]，將500 kV 變電站內(nèi)設(shè)備環(huán)境抽象化為智能巡檢機(jī)器人的導(dǎo)航軌跡模型，其典型的軌跡模型如圖1所示。

如圖1 所示模型可知，按照目前的巡視軌跡，能夠滿足智能巡檢機(jī)器人對站內(nèi)電氣設(shè)備各個巡視點(diǎn)的覆蓋。智能巡檢機(jī)器人按照設(shè)定好的的巡視路線對各個間隔設(shè)備依次開展巡檢和紅外測溫等工作。

圖1 典型巡視軌跡模型圖

當(dāng)現(xiàn)場電氣設(shè)備發(fā)生故障或異常情況時，此時主站須無人值守變電站內(nèi)的智能巡檢機(jī)器人立即啟動應(yīng)急任務(wù)對現(xiàn)場故障設(shè)備進(jìn)行巡檢，由于發(fā)生故障或異常的設(shè)備存在著隨機(jī)性，假設(shè)機(jī)器人在圖1中的1 號點(diǎn)位，故障或異常設(shè)備在220 kV 設(shè)備區(qū)的2號點(diǎn)位，由圖1的機(jī)器人導(dǎo)航軌跡圖可知，智能巡檢機(jī)器人行進(jìn)的最近距離路線是經(jīng)3 號點(diǎn)位一側(cè)到達(dá)目標(biāo)設(shè)備，由此可知，此段路線從220 kV設(shè)備區(qū)一側(cè)繞了一段路，并非最優(yōu)路線，在事故應(yīng)急時，影響了智能巡檢機(jī)器人到達(dá)故障設(shè)備的時間。

通過對變電站電氣設(shè)備所處位置的現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行勘察分析，并結(jié)合智能巡檢機(jī)器人本體的底盤驅(qū)動結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其直行轉(zhuǎn)彎時對周邊空間的要求，發(fā)現(xiàn)可以充分利用變電站現(xiàn)場的電纜蓋板及在符合安全及機(jī)器人運(yùn)行條件的位置增設(shè)相應(yīng)巡視路線，以此來擴(kuò)展智能巡檢機(jī)器人巡視軌跡的多樣性和可選擇性。

變電站現(xiàn)場的電氣設(shè)備的位置布局比較復(fù)雜，而在變電站設(shè)計之初，就預(yù)留了相應(yīng)充足的空間給電纜進(jìn)行布設(shè)，因此電纜蓋板所在的路線上基本能夠躲開設(shè)備障礙物，符合作為機(jī)器人巡視路線選項的條件。

在對變電站現(xiàn)場地理環(huán)境及設(shè)備布局特點(diǎn)進(jìn)行深入調(diào)查分析后，選取合適的電纜蓋板所在通道或新增部分通道作為智能機(jī)器人巡檢線路的補(bǔ)充，可以有效完善機(jī)器人的導(dǎo)航軌跡，提高機(jī)器人的巡檢效率?，F(xiàn)場電纜蓋板設(shè)計時一般高于路面水平位置，須在電纜蓋板與巡視路面之間鋪設(shè)適合機(jī)器人行進(jìn)的斜坡路。在充分合理利用現(xiàn)場電纜蓋板通道及新增部分通道的基礎(chǔ)上，可將智能機(jī)器人的典型巡視導(dǎo)航軌跡模型優(yōu)化為圖2所示。

圖2 改進(jìn)后典型巡視軌跡模型示意圖

由圖2 可知，當(dāng)智能機(jī)器人在充電房中待命或在執(zhí)行巡檢任務(wù)中接收到事故應(yīng)急響應(yīng)任務(wù)命令時，由于可供選擇的路徑增多，經(jīng)過設(shè)定好的路線規(guī)劃方法計算，靈活選擇就近巡視軌跡對目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行巡檢，可有效提高事故應(yīng)急響應(yīng)速度。

若能再變電站設(shè)計之初，通過統(tǒng)籌協(xié)調(diào)規(guī)劃，引入道路交通路線規(guī)劃的可行理念，提前規(guī)劃預(yù)留智能機(jī)器人的巡視路線，可有效提高智能機(jī)器人巡視路線的合理性和實用性。

3 結(jié)束語

鑒于智能巡檢機(jī)器人在變電站實際使用過程中，在執(zhí)行任務(wù)過程中的路徑選擇存在不足，不能實現(xiàn)快速的響應(yīng)。本文在充分分析產(chǎn)生的原因以及現(xiàn)場實際勘察基礎(chǔ)上，充分利用變電站內(nèi)的電纜蓋板或增加輔助道路等形式，豐富機(jī)器人的路線選擇，當(dāng)機(jī)器人處在靜止或運(yùn)動過程中接到應(yīng)急指令時，能夠快速找到就近路線，采用合適的算法進(jìn)行路線規(guī)劃，提高了到達(dá)目標(biāo)設(shè)備的實效性。